Тема 4. Елементи та вузли пристроїв телемеханіки.
Класифікація елементів телемеханіки.
Електромагнітне реле
Елементи на інтегральних мікросхемах.
Логічні елементи. Тригери. Дешифратори. Шифратори. Лічильники.
Регістри. Розподільники і комутатори.
6.Кодоперетворювачі.
Компаратори.
Частотні селектори.
Мікропроцесорні контролери.
10.Мультиплексор, демультиплексор.
11. Перетворювачі інформації(АЦП, ЦАП)
1. Класифікація елементів телемеханіки.
Будь-яка система або пристрій автоматики та телемеханіки виконується з цілого ряду вузлів, блоків чи субблоків, що збираються з певних елементів. Елемент перетворює вплив, який він отримав від попереднього елемента або вузла, та передає до наступного елемента або вузла. Якщо для такого перетворення на елемент подається додаткова енергія, то за певних умов він може здійснити й підсилення поданого впливу.
До елементів можна віднести електронні лампи, електромагнітні реле, напівпровідникові прилади (діоди, транзистори, інтегральні мікросхеми), магнітні елементи, лампи тліючого розряду, котушки індуктивності, конденсатори, резистори тощо.
Всі основні елементи можна поділити на три групи:
з використанням безконтактної технології;
контактні елементи (електромагнітні реле);
елементи з ниткою розжарення (електронні, освітлювальні тощо).
До безконтактних елементів відносять напівпровідникові прилади, тиратрони тліючого розряду і феромагнітні елементи Крім значного терміну експлуатації, вони потребують меншого догляду в процесі експлуатації, краще переносять вібрацію, можуть працювати у вологих, запилених чи агресивних середовищах, споживають значно менше енергії.
Історично першими дискретними схемами автоматики були схеми, побудовані на основі електромеханічних контактних апаратів (реле, контакторів, магнітних пускачів та ін.). Потім почали використовувати безконтактні релейні елементи, які отримали назву логічних елементів. У цих елементах використовували транзистори, діоди, резистори, магнітні осердя з обмотками тощо. Надалі, у зв’язку з розвитком інтегральної мікроелектроніки, для побудови схем автоматики стали широко застосовувати інтегральні мікросхеми.
У телемеханіці безконтактні елементи повністю замінили електронні лампи, але остаточно витіснити контактні елементи не змогли. Оскільки не завжди доцільно ускладнювати схему і замінювати виконавчі електромагнітні реле в пристроях телемеханіки, наприклад, тиристорами, якщо вони вмикаються декілька разів на годину, а іноді й значно рідше.
2. Електромагнітне реле
Електромагнітне реле – це комутаційний пристрій для перемикання електричних ланцюгів електромагнітним полем; застосовується в схемах автоматики, телемеханіки, керування електроприводами, електроенергетичними і технологічними установками, в системах контролю. Реле електромагнітне дозволяє регулювати напруги і струми, виконувати функції запам'ятовуючих та перетворюючих пристроїв, фіксувати відхилення параметрів від заданих значень тощо.
До специфічних властивостей електромагнітних реле відносять:
майже повну відсутність гальванічного зв’язку між вхідними та вихідними ланцюгами;
незначні втрати потужності в контактному переході;
велике значення відношення опорів контакту у розімкнутому та
замкненому станах, незалежно від дії електричних та магнітних кіл; - нечутливість до температурних перевантажень тощо. Реле поділяються:
За часом спрацювання:
безінерційні ( 10-3с);
швидкодіючі ( 0,05с);
нормальні (0,05с t 0,15с); - уповільнені (0,15с t 1с); - реле часу (t 1с).
За видом фізичної величини, на яку реагують:
електромагнітні;
магнітоелектричні;
електродинамічні;
індукційні;
феромагнітні;
електронні та іонні; - електротеплові; - резонансні.
Електромагнітні реле постійного струму бувають нейтральні (однаково реагують на напрямок струму) та поляризовані ( напрямок переміщення якоря залежить від напрямку струму в обмотці); характерна висока чутливість, малий час спрацювання.
При спрацюванні реле одні контакти замикаються, а інші розмикаються, що веде до замикання або розмикання відповідних електричних кіл. Електромагнітне реле, принцип дії якого є загальними для будь-якого типу, складається з основи (1), якоря (2), котушки з витків дроту (3) та рухливих і закріплених контактів (4). Усі деталі кріпляться на основі (рис. 1). Якір виконаний з можливістю повороту і утримується пружиною. Коли на обмотку котушки подається напруга, за її виткам протікає електричний струм, створюючи електромагнітні сили в осерді. Вони притягують якір, який повертається і замикає рухливі контакти з парними нерухомими. У випадку вимкнення струму якір повертається пружиною назад. Разом з ним переміщаються рухомі контакти. Від типової конструкції відрізняються тільки герконові реле, де контакти, осердя, якір і пружина поєднані в одиній парі електродів.
Рисунок 1 – Електромагнітне реле
Електрична схема електромагнітного реле (рис. 2) ілюструє, як електрична енергія перетворюється в магнітну, яка потім долає зусилля пружини й переміщує контакти. Електричні ланцюга котушки і комутації нічим не пов'язані. За рахунок цього незначні струми можуть керувати великими. В результаті реле електромагнітне є підсилювачем струму або напруги. Функціонально воно включає три основні елементи: сприймаючий, проміжний та виконавчий. Першим з них є обмотка, що створює електромагнітне поле. По ній проходить контрольований струм, за досягнення заданого порогового значення якого відбувається вплив на виконавчий елемент – електричні контакти, замикаючі або тих, що розмикають вихідний ланцюг.
Рисунок 2 – Електрична схема електромагнітного реле
Промисловість випускає електромагнітні реле трьох основних електромагнітних систем: клапанного типу (із поворотним якорем), соленоїдного типу (із якорем, що втягується) та із поперечним рухом якоря (рисунок 3).
Реле клапанного типу (рисунок 3, а) мають значний надлишковий момент в кінці ходу якоря, що забезпечує добре притискання контактів. Тому реле такого типу широко використовуються в якості проміжних реле із великою кількістю контактів. На базі цієї системи також виконують вказівні реле. Ці реле мають значне споживання електроенергії та низький коефіцієнт повернення.
Реле соленоїдного типу (рис. 3, б) мають великий хід якоря і забезпечують значне зусилля. Таку систему використовують для виготовлення реле прямої дії та деяких типів проміжних реле.
У реле з поперечним рухом якоря (рисунок 3, в) вибором раціональних профілів полюсів електромагніту і самого якоря можна одержати різну залежність моменту повороту якоря від кута повороту. У таких реле можна використати значно більші кути повороту якоря, ніж у реле інших системи.
Рисунок 3 – Схеми електромагнітних реле
а – клапанного типу; б – соленоїдного типу; в – з поперечним рухом якоря.
Реле з поперечним рухом якоря мають низьке споживання електроенергії, високий коефіцієнт повернення та високу точність спрацьовування. Систему з поперечним рухом якоря використовують у вимірювальних реле струму та напруги.
В системах автоматики іноді потрібно застосовувати реле, що реагують на полярність електричного сигналу. У цих випадках використовують поляризовані реле. У магнітній системі поляризованих реле поряд із звичайним магнітопроводом додатково встановлюють постійний магніт. Тому рухома частина переміщується в той або інший бік під загальною дією двох магнітних потоків: від котушок реле і від постійного магніту. Такі реле реагують як на значення вхідного сигналу, так і на його полярність.
Реле змінного струму спрацьовують при живленні обмотки змінним струмом певної частоти і конструктивно відрізняються від реле постійного струму виконанням якоря та осердя – із листової сталі (зменшуються витрати на гістерезис та струми Фуко), наявністю кільця (з міді – для усунення вібрації полюсів). Керують навантаженням 0,1...104 Вт.
Оскільки сила притягування якоря реле пропорційна квадрату струму (потоку), вона не залежить від знаку. Тому електромагнітну систему можна використати як для постійного, так і для змінного струму.
Основними типами контактних реле в телемеханіці є електромагнітні реле постійного струму РЭС та РЭН – реле електромагнітні нейтральнее (спрацьовує від будь-якої полярності струму). У виконавчих колах систем телемеханіки використовують реле типу РЭН, як потужніші.
3. Елементи на інтегральних мікросхемах.
Використання електронних пристроїв для розв'язання найскладніших задач призводить до постійного ускладнення їхніх електронних схем. Аналіз розвитку електронної техніки показує, що упродовж десяти років складність електронних пристроїв збільшується приблизно вдесятеро. Якщо десять років тому використовували електронні пристрої з кількістю активних елементів до 107, то сьогодні є електронні пристрої з кількістю елементів близько 108. За той самий час істотно зросла швидкодія електронних пристроїв, зменшились їхні габарити, зокрема, і напівпровідникових приладів. Розміри одного активного елемента зменшились до 0,2 мкм, що дає змогу розміщувати в одній мікросхемі 106–107 елементів. Створення нових електронних пристроїв з великою кількістю елементів стало можливим на базі мікроелектроніки та наноелектроніки. Це новий напрям електроніки, який охоплює проблеми створення мікромініатюрних електронних пристроїв, що відрізняються надійністю, низькою вартістю, високою швидкодією і малою споживаною потужністю. Основним конструктивнотехнічним принципом мікроелектроніки є елементна інтеграція – об’єднання в одному складному мініатюрному компоненті багатьох найпростіших елементів (діодів, транзисторів, резисторів тощо). Отриманий в результаті такого об’єднання складний мікрокомпонент називають інтегральною мікросхемою (ІМС).
Інтегральна мікросхема – мікроелектронний виріб, до складу якого входить не менше ніж п’ять активних елементів (транзисторів, діодів) і пасивних елементів (резисторів, конденсаторів), які виготовляють в одному технологічному процесі. Ці елементи електрично з’єднані між собою, вміщені в загальний корпус і є нероздільним цілим.
Інтегральна мікросхема – мініатюрний мікроелектронний виріб, елементи якого нерозривно пов'язані конструктивно, технологічно та електрично. Виконує певні функції перетворення, оброблення сигналу, накопичення інформації та має високу щільність упакування електрично з'єднаних між собою елементів і компонентів, які є одним цілим з точки зору вимог до випробувань та експлуатації.
Класифікація інтегральних схем. В залежності від технології виготовлення ІМС розрізняють:
напівпровідникові мікросхема (монолітні) – всі елементи і міжелементні з'єднання виконані на одному напівпровідниковому кристалі (наприклад, кремнії, германії, арсеніді галію, оксиді гафнію). Щільність упакування сучасних напівпровідникових ІМС сягає 105 елементів на 1 см3 для шостого ступеня інтеграції. Лінійні розміри окремих елементів і відстані між ними можуть бути зменшені до 1 мкм.
плівкові інтегральні мікросхеми – всі елементи та міжелементні з'єднання виконані у вигляді плівок. Висока точність виконання плівкових елементів може бути використана під час виготовлення мікросхем за суміщеною технологією, в якій активні і частину пасивних елементів виконують в об’ємі напівпровідника, а іншу частину пасивних елементів – на його поверхні в тонкоплівковому виконанні. Застосування двох технологій підвищує вартість таких ІМС, проте дає змогу істотно збільшити точність їхніх параметрів.
гібридні мікросхеми (мікрозбірки) – крім напівпровідникового кристалу містить трохи безкорпусних діодів, транзисторів і (або) інших електронних компонентів, поміщених в один корпус. Щільність упакування гібридних ІМС дещо менша – до 150 елементів на 1 см3, ступінь інтеграції – перший і другий. Гібридні ІМС перспективні для пристроїв з невеликою кількістю елементів, в яких може бути забезпечена висока точність параметрів.
Останнім часом застосовують суміщену технологію, за якою в гібридних мікросхемах як навісні компоненти використовують безкорпусні напівпровідникові ІМС. За такою технологією виготовляють мікросхеми до шостого ступеня інтеграції для швидкодіючих ЕОМ.
За видом оброблюваної інформації – поділяють на цифрові та аналогові.
Аналогові ІМС призначені для оброблення та перетворення аналогових сигналів і реалізують такі основні аналогові функції: підсилення, порівняння, перемноження, обмеження, частотну фільтрацію. Кожна із названих функцій є відповідною математичною операцією, яку здійснюють ІМС над аналоговими сигналами:
функція підсилення – це збільшення миттєвих значень сигналу в К разів без нелінійних спотворень у необмеженій смузі частот;
функція порівняння – це зіставлення двох аналогових сигналів з деякою заданою точністю;
функція перемноження дає змогу отримати результат перемноження двох аналогових сигналів;
функція обмеження встановлює межі допустимих змін миттєвих значень сигналу, які він не може перейти. Розрізняють обмеження зверху, знизу та двостороннє обмеження;
функція частотної фільтрації – це виділення потрібного діапазону частот із повного спектра сигналу, в якому здійснюється передавання його гармонік.
Перелічені основні аналогові функції утворюють у сукупності повний набір операцій, необхідних для перетворення та оброблення аналогових сигналів. Аналогові ІМС виготовляють переважно у вигляді напівпровідникових ІМС та великих інтегральних мікросхем (ВІС).
Цифрові ІМС призначені для оброблення та перетворення цифрових сигналів і реалізують логічні та арифметичні операції та операції запам’ятовування цифрової інформації. При цьому звичайно використовують двійкову систему числення. Двійкова система порівняно з іншими системами дає змогу найпростіше реалізувати арифметичні дії.
Основою будови цифрових ІМС є так звані логічні елементи, тобто електронні схеми, які виконують найпростіші логічні операції, до яких належать:
операція логічного заперечення (інверсія) – функція “НЕ”;
операція логічного додавання (диз’юнкція) – функція “АБО”; – операція логічного множення (кон’юнкція) – функція “І”.
Ці елементарні логічні функції утворюють так званий основний логічний базис. З їхньою допомогою можна реалізувати будь-яку складну логічну функцію. Інтегральні логічні елементи становлять основу складніших мікросхем та цифрових пристроїв і систем. Найпоширенішими є цифрові ІМС на біполярних та МДН-транзисторах.
З погляду інтеграції основними параметрами ІМС є щільність упакування і ступінь інтеграції. Щільність упакування характеризується кількістю елементів в одиниці об’єму ІМС, ступінь інтеграції – кількістю елементів, які входять до складу ІМС. За ступенем інтеграції всі ІМС поділяють на: ІМС першого ступеня інтеграції – до 10 елементів, другого ступеня – від 10 до 100 елементів, третього ступеня – від 100 до 1000 елементів і т.д.
За ступенем інтеграції вирізняють:
мала інтегральна схема (МІС) – до 100 елементів у кристалі,
середня інтегральна схема (СІС) – до 1000 елементів в кристалі,
велика інтегральна схема (ВІС) – до 10 тис. елементів в кристалі,
надвелика інтегральна схема (НВІС, VLSI – англ. very-large-scale integration) – понад 10 тисяч елементів в кристалі.
Застосування мікросхем істотно збільшує надійність електронних пристроїв, тому що надійність мікросхем загалом, до складу яких входить велика кількість елементів, не поступається надійності окремих транзисторів, діодів, резисторів.
На відміну від напівпровідникових діодів і транзисторів, ІМС є не окремими елементами, а цілими функціональними вузлами, призначеними для перетворення електричних сигналів.
3. Логічні елементи. Тригери. Дешифратори. Шифратори. Лічильники.
Логічний елемент – пристрій, призначений для обробки інформації в цифровій формі (послідовності сигналів високого – «1» і низького – «0» рівнів у двійковій логіці, послідовність «0», «1» та «2» в трійковій логіці, послідовності «0», «1», «2», «3», «4», «5», «6», «7», «8» та «9» в десятковій логіці). Фізично логічні елементи можуть бути виконані механічними, електромеханічними (на електромагнітних реле), електронними (на діодах і транзисторах), пневматичними, гідравлічними, оптичними способами тощо.
Інтенсивність відмов контактів апаратів складає 10-5 1/год ( 1 на 105 спрацювань). Автоматичні системи керування сільськогосподарського виробництва інколи мають від 40 до 2000 електротехнічних елементів, число спрацювань яких досягає декілька сотень на годину. Досвід експлуатації показує, що через 20000 спрацювань контактів треба зупиняти лінію для профілактичного обслуговування та ремонту. Практика показує, що складні системи релейної автоматики (потокові лінії в тваринництві) безвідмовно працюють не більше декілька десятків годин.
Заміна електромеханічних пристроїв на безконтактну апаратуру доцільна як захід підвищення швидкодії та надійності систем автоматики. Безконтактні пристрої виконуються на логічних елементах складених з транзисторів, інтегральних мікросхем. На вхід логічного елементу подаються електросигнали від датчиків, стандартизованих за рівнем струму та напруги, а на виході під’єднуються електромеханічні пристрої автоматики та інші виконавчі елементи.
Із розвитком електротехніки від механічних логічних елементів поступово перейшли до електромеханічних логічних елементів (на електромагнітних реле), а потім до електронних логічних елементів на електронних лампах, пізніше - на транзисторах. Після підтвердження в 1946 р. теореми Джона фон Неймана про економічність показникових позиційних систем числення стало відомо про переваги двійкової та трійкової систем числення в порівнянні з десятковою системою числення. Від десяткових логічних елементів перейшли до двійкових логічних елементів. Двійковість та трійковість дозволяє значно скоротити кількість операцій і елементів, що виконують цю обробку, порівняно з десятковими логічними елементами.
Логічний елемент (ЛЕ) – це електронний пристрій, що реалізує одну з логічних операцій. Логічні елементи являють собою електронні пристрої, у яких оброблювана інформація закодована у вигляді двійкових чисел, відображуваних напругою (сигналом) високого і низького рівня. Термін «логічні» прийшов в електроніку з алгебри логіки, що оперує зі змінними величинами і їхніми функціями, що можуть приймати тільки два значення: «істинно» чи «хибно». Для позначення чи істинності хибності висловлень використовують відповідно символи 1 чи 0. Кожна логічна змінна може приймати тільки одне значення: 1 чи
0.
Функціональні залежності між логічними змінними можуть бути описані логічними формулами або таблицями істинності. У таблиці істинності відображаються всі можливі поєднання (комбінації) вхідних змінних і відповідні їм значення функції Y, що виходять в результаті виконання якої-небудь логічної операції. При одній логічній змінній повний набір складається з чотирьох функцій, які приведені в таблиці 1.
Основними логічними функціями є:
логічне заперечення (інверсія)
логічне додавання (диз’юнкція) - логічне множення (кон’юнкція)
До більш складних функцій алгебри логіки відносяться:
функція рівнозначності (еквівалентності)
функція нерівнозначності (додавання по модулі два)
функція Пірса (логічне додавання з запереченням)
функція Шеффера (логічне множення з запереченням)
В основі алгебри логіки і схем цифрової техніки лежать три основні елементарні операції: І - логічне множення, або кон'юнкція, АБО - логічне додавання, або диз'юнкція та НЕ - логічне заперечення, або інверсія.
Ці три функції разом дозволяють записати будь-яку іншу, як завгодно складну логічну операцію. Цю властивість називають функціональною повнотою, а три логічні операції І, АБО, НЕ разом називають базисними операціями (функціями) або коротко базисом.
Логічний елемент НЕ називається інвертором. Він є найпростішим елементом з одним входом і одним виходом.
Схема НЕ реалізує операцію заперечення (інверсію). Елемент НЕ змінює значення напруги вхідного логічного сигналу так, що на виході елемента з'являється напруга з логічно протилежним значенням: якщо на вході схеми 0, то на виході 1; якщо на вході 1 на виході 0. Його умовне графічне позначення і таблиця істинності представлені на рис. 4.
| Х | Y |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
У
вітчизняному позначенні ЛЕ зображають у вигляді прямокутника, всередині якого є позначення операції. Входи схеми знаходяться зліва, вихід – справа. Якщо на виході (чи на вході) стоїть кружечок, це означає операцію заперечення (інверсії). а б в
Рисунок 4 – Умовне графічне позначення (а – вітчизняне, б – міжнародне) і таблиця істинності (в) елемента НЕ
Схема «І» реалізує кон’юнкцію (логічне множення) двох або більше логічних значень. Одиниця на виході схеми «І» буде тоді і тільки тоді, коли на всіх входах будуть одиниці. Коли хоча б на одному вході буде нуль, на виході також буде нуль.
-
-
X1
X2
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
-
а б в
Рисунок 5 – Умовне графічне позначення (а – вітчизняне, б – міжнародне) і таблиця істинності (в) двовхідного елемента І
Операція кон’юнкції на функціональних схемах позначається знаком & (читається як «амперсенд»), є скороченим записом англійського слова «and».
Схема «АБО» реалізовує диз’юнкцію (логічне додавання) двох або більш логічних значень. Коли хоча б на одному вході схеми «АБО» буде одиниця, на її виході також буде одиниця. Нуль на виході одержуємо тільки тоді, коли на всіх входах нулі. На схемі операція диз’юнкції позначається знаком «1».
-
Х1
Х2
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
а б в
Рисунок 6 – Умовне графічне позначення (а – вітчизняне, б – міжнародне) і таблиця істинності (в) двовхідного елемента АБО
Окрім описаних, існує множина логічних елементів, що виконують більш складні логічні перетворення. Ці перетворення є комбінаціями найпростіших логічних операцій.
Тригер (англ. trigger, flip-flop) – електронна логічна схема, яка має два стійкі стани, в яких може перебувати доки не зміняться відповідним чином сигнали керування. Напруги і струми на виході тригера можуть змінюватися стрибкоподібно.
В арифметичних та логічних пристроях для збереження інформації найчастіше використовують тригери – пристрої з двома стійкими станами по виходу, які містять елементарну запам’ятовувальну комірку (бістабільна схема БС) і схему керування (СК). Схема керування перетворює інформацію, яка надходить, на комбінацію сигналів, що діють безпосередньо на входи елементарної запам’ятовувальної комірки. Для забезпечення надійного перемикання в точках А для деяких тригерів повинні бути кола затримки. З цією метою можуть використовуватися запам'ятовувальні елементи на основі БС того ж типу, що вже є у тригері. Схему такого тригера називають схемою типу M-S (master-slave), оскільки стан однієї БС, яку називають веденою, повторює стан додаткової БС, яку називають ведучою.
Тригери широко використовуються для формування імпульсів, у
генераторах одиничних сигналів, для побудови подільників частоти, лічильників, перерахункових пристроїв, регістрів, суматорів, у пристроях керування тощо. У більшості серій інтегральних елементів містяться тригери різних типів, у тому числі універсальні.
Класифікація тригерів.
за способом організацїі логічних зв’язків розрізняють тригери з запуском (RS-тригери); з лічильним входом (Т-тригери); тригери затримки (Dтригери); універсальні (JK-тригери); комбіновані (наприклад, RST-, JKRS-, DRS-тригери).
за способом запису інформацїі тригери поділяють на несинхронізовані (асинхронні, нетактові) і синхронізовані (тактові). Асинхронні тригери сприймають інформаційні сигнали та реагують на них безпосередньо в момент їх появи на інформаційних входах тригера. Синхронні тригери реагують на інформаційні сигнали за умов наявності дозволяючого сигналу на спеціальному керуючому вході С, який називають входом синхронізації.
Синхронні тригери поділяються на тригери із статичним та динамічним управлінням по синхровходу. Тригери із статичним управлінням (керовані рівнем сигналу) сприймають інформаційні сигнали за умови надходження на синхровхід рівня логічної одиниці (прямий С-вхід) або нуля (інверсний С-вхід). Тригери із динамічним управлінням (керовані фронтом сигналу) сприймають інформаційні сигнали при зміні сигналу на С-вході з 0 на 1 (прямий динамічний С-вхід) або з 1 на 0 (інверсний динамічний С-вхід).
За принципом побудови синхронні тригери можна поділити на одноступеневі та двоступеневі. Одноступеневі тригери мають лише один ступінь запам’ятовування інформації, а у двоступеневих тригерах таких ступенів два. Спочатку інформація записується у перший ступінь, потім переноситься у другий і потрапляє на вихід тригера. Двоступеневі тригери також називають тригерами типу MS (від англійського Master – Slave, тобто «майстер – помічник»). Ця абревіатура відображає характер роботи тригера: вхідна ступень виробляє нове значення вихідної змінної Q, а вихідна ступень його копіює.
за кількістю інформаційних входів тригери можуть бути з одним, двома та багатьма входами.
за способом запам’ятовування інформації тригери можуть бути з логічною і фізичною організацією пам’яті. Перші виконують на логічних елементах І, АБО, НЕ, І-НЕ, АБО-НЕ, І-АБО-НЕ тощо, а другі є елементами запам’ятовувальних пристроїв, у яких використовують нелінійні властивості матеріалів або нелінійні вольт-амперні характеристики компонентів.
З класифікації тригерів за їх функціональними можливостями стає зрозумілим, що назва тригера за цією ознакою цілком визначається типами його
входів. Тригер будь-якого типу має два виходи: прямий Q та інверсний Q Стан тригера визначається за прямим виходом.
Головними показниками тригерів є їх швидкодія, чутливість, потужність, що споживається від джерела живлення, захищеність від перешкод та функціональні можливості.
Швидкодія визначається максимальною частотою перемикань станів тригера і досягає сотень мегагерц.
Чутливість тригера визначається найменшою напругою на вході (пороговою напругою), при якій відбувається перемикання тригера.
Захищеність тригера від перешкод визначається його спроможністю працювати за умов впливу на нього різноманітних перешкод.
Функціональні можливості визначаються кількістю та типом входів тригера.
Для повного визначення тригера достатньо задати його структурну схему на підставі базових логічних елементів (частіше за все використовують елементи ІНЕ, АБО-НЕ) та закон функціонування тригера у вигляді логічної функції або таблиці переходів.
В основі тригерів всіх типів лежить основний (базовий) RS-тригер з прямими або інверсними входами.
Рисунок 7 – Схема тригера на транзисторах
Асинхронний RS-тригер з прямими входами має два інформаційні входи R та S, які використовуються для встановлення його відповідно у стан 0 та 1, а
т
акож два виходи: прямий Q та інверсний Q . Цей тригер побудований на двох логічних елементах АБО-НЕ, які об’єднано у контур. Схема та графічне позначення тригера подані на рис. 8 а,б відповідно. 
Рисунок 8 – Асинхронний RS-тригер з прямими входами: а – схема з’єднання логічних елементів, б – позначення на схемах
У цій схемі вихід кожного елемента АБО-НЕ підключено до одного із входів іншого елемента. Саме таке з’єднання й забезпечує два стійких стани тригера. У RS - тригерах з прямими входами сигналами управління є тільки одиничні рівні сигналів. Сигнали, які призводять до перемикання елементів, називають активними, а ті, які не призводять до такого перемикання – пасивними. Для елементів АБО-НЕ активним сигналом є сигнал логічної 1.
Нехай ми маємо на входах тригера R=0 та S=0. Якщо початковий стан тригера Q=0, то з виходу Q логічний 0 подається до одного із входів елементу В; при цьому на обох входах елементу В діють логічні нулі і на виході елементу
Q0 є сигнал 1. З виходу елементу В логічна 1 потрапляє на вхід елементу А, що забезпечує на його виході рівень логічного 0. Це один із стійких станів тригера. У
стані 1 тригера Q=1, і відповідно Q0, при цьому на обох входах елементу А діють логічні рівні 0, що забезпечує Q=1.
Таким чином, у кожному з двох стійких станів тригера елементи А і В знаходяться у протилежних станах. Перемикання тригера з одного стійкого стану до іншого відбувається при надходженні активних сигналів на входи. Якщо R=1, тобто, якщо тригер знаходився у стані 0 (Q=0), то цей стан не зміниться. Якщо ж тригер знаходився у стані 1, то при надходженні сигналу R=1 він перейде до стану 0. Аналогічно, якщо S=1, то Q=1.
Одночасне надходження активних сигналів 1 на обидва входи (S=R=1) є неприпустимим, через те, що при цьому на обох входах встановлюється стан 0, а після припинення дії активних сигналів стан тригера лишатиметься невизначеним: через випадкові чинники тригер може перейти до стану 1 або 0. Наведений вище алгоритм функціонування тригера може бути наглядно поданий за допомогою таблиці переходів (табл.1).
У цій таблиці Qt – початковий стан тригера, Qt+1 – наступний стан тригера, у який він перейде після надходження на його входи комбінації сигналів R та S.
Таблиця1
-
R
S
Qt
Qt+1
Режим роботи тригера
0
0
0
0
0
1
0
1
Qt
Режим зберігання інформації
Універсальний JK-тригер функціонує майже так само, як і звичайний RSтригер. При цьому вхід J виконує роль входу S, а вхід K- входу R. Таким чином активний сигнал (рівень логічної 1), поданий на вхід J, переводить тригер у стан 1, а поданий на вхід К – у стан 0. Різниця полягає лише у тому, що при J=K=1 тригер змінює свій стан на протилежний. JK-тригер не має заборонених комбінацій вхідних сигналів, наявність яких була головною вадою RS-тригерів.
Найпростіший JK-тригер у базисі І-НЕ можна побудувати на тому ж наборі елементів, що й розглянутий вище синхронний RS-тригер. Схема такого тригера подана на рис. 9. Алгоритм його функціонування поданий у таблиці переходів 4.
Таблиця 2
| J | K | Qt+1 |
| 0 | 0 | Qt |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | t  Q |
Нехай тригер знаходиться у стані 0 (Q=0, Q =1), а на його входах діють сигнали J=K=0. При цьому на виходах обох елементів І-НЕ – рівні логічної 1. У відповідності до рядка 4 з таблиці 1, така комбінація вхідних сигналів (R=S=1) у асинхронному RS-тригері з інверсними входами забезпечує режим зберігання інформації (стан тригера лишається незмінним). Якщо ж подати на входи тригера сигнали J=K=1,
то вихідний сигнал елементу В не зміниться, а на виході елементу А з’явиться сигнал логічного 0. При такій комбінації вхідних сигналів (R=1 S=0) асинхронний RS-тригер з інверсними входами переходить до стану 1 (рядок 2 таблиці 2). Аналогічні міркування можна провести стосовно одиничного початкового стану тригера. Таким чином, JK-тригер при надходженні на його входи сигналів J=K=1 дійсно переходить до протилежного стану.
На практиці застосовуються значно складніші схеми JK-тригерів ніж та, яку ми щойно розглянули.
По-перше, реальні JK-тригери завжди мають вхід синхронізації для розширення їх функціональних можливостей.
По-друге, синхронні JK-тригери завжди мають двохступеневе запам’ятовування інформації. У цьому випадку вони мають у своєму складі два RS-тригери, один з яких називають керованим, а другий – керуючим. Часто такі тригери називають MS-тригерами (від англ. Master-Slave). Така побудова синхронних тригерів (не тільки JK, але й будь-яких типів) дозволяє усунути можливість встановлення тригера у невизначений стан через перехідні процеси при перемиканні або при короткочасних змінах вхідних сигналів. Графічне позначення двохступеневого синхронного JK-тригера наведено на рис.10.
D і T тригери
Тригер з лічильним входом (Т-тригер).
Як було розглянуто раніше, при надходженні на обидва інформаційні входи JK-тригера рівней логічної 1 (J=K=1), він переходить до протилежного стану. З цієї точки зору найбільш доцільним способом перетворення JK-тригера на Ттригер є просте об’єднання його J і K-входів для отримання лічильного Т-входу, як це зображено на рис.11а.
На практиці частіше за все використовують схему Т-тригера, у якій у якості Т-входу використовують вхід С синхронного JK-тригера, а на J,K входи подають рівень логічної 1, як це зображено на рис.11б. Алгоритм функціонування Ттригера (однаковий для схем на рис.11а та 11б подано у вигляді таблиці переходів (табл.3). Умовне графічне зображення тригера показано на рис.11в.
Рисунок 11 – Побудова Т-тригера на основі JK (а, б); позначення на схемах (в)
1 2 3