Bascule à transistor :un circuit logique séquentiel pour stocker des données binaires

Êtes-vous intéressé à apprendre ou à fabriquer des circuits numériques tels que ceux que l'on trouve dans les ordinateurs, les équipements de communication et d'autres types de systèmes similaires ? La première chose à regarder devrait être la bascule du transistor.

Les blocs de construction fondamentaux des bascules sont les portes logiques, qui sont des modèles électroniques idéalisés qui implémentent des fonctions booléennes. Ces portes logiques peuvent avoir plusieurs composants, comme des condensateurs et des résistances, mais ce sont principalement des transistors.

Nous avons détaillé les différents types de circuits à bascule ainsi que leurs schémas de câblage ci-dessous. Lisez la suite pour savoir comment vous pouvez les fabriquer pour votre projet.

Qu'est-ce qu'une bascule ?

Une bascule est un circuit logique séquentiel doté d'une certaine forme de mémoire intégrée. Par conséquent, vous pouvez utiliser les données des entrées actuelles, des entrées précédentes et (ou) des sorties précédentes pour parcourir le système.

Le circuit se compose de plusieurs portes logiques qui aboutissent à deux états stables (un niveau logique 0 ou 1), faisant d'une bascule un multivibrateur bistable.

Différents types de portes logiques

Source :Wikimedia Commons.

La différence entre les circuits à bascule et à bascule est que ces derniers sont déclenchés par front. Le déclenchement sur front signifie qu'ils disposent d'un signal de commande pour coordonner les actions du circuit numérique. L'entrée de commande est généralement un signal d'horloge dédié, ce qui en fait des systèmes synchrones.

Cependant, un circuit de verrouillage est déclenché par niveau, ce qui signifie que sa sortie peut changer si les entrées changent. Il n'y a pas d'impulsion d'horloge ou d'événement d'horloge pour les activer, ce sont donc des systèmes asynchrones.

Il convient de noter que les verrous sont les éléments essentiels des circuits à bascule, et ce sont des éléments de mémoire volatiles qui perdent leurs données en cas de panne de courant.

Types de tongs

Il existe quatre types de bascules, chacune avec une conception de circuit et une table de vérité différentes.

Bascule SR

Une bascule SR tire son nom de ses entrées S (set) et R (Reset).

Circuit bascule SR cadencé avec portes NAND à couplage croisé.

Source :Wikimedia Commons.

C'est la bascule la plus couramment utilisée parmi les quatre, elle possède le circuit le plus simple et sa table de vérité est similaire à la bascule SR.

Table de vérité du verrou SR.

Tongs JK

Un circuit numérique JK améliore la conception de la bascule SR en garantissant que S et R ne sont pas élevés simultanément. Ce faisant, il élimine la possibilité d'être dans un état interdit.

Circuit bascule JK utilisant des portes NAND.

Source :Wikimedia Commons.

Il a la table de vérité suivante.

Table de vérité des bascules JK.

Bascule D

Également connu sous le nom de bascule "Data" ou "Delay", ce circuit est une cellule mémoire à un bit avec une broche d'entrée (D). Il est le plus couramment utilisé dans les systèmes électroniques numériques pour créer des registres et des compteurs.

Circuit bascule D utilisant une porte NON et 4 portes NAND.

Source :Wikimedia Commons.

La sortie du circuit ne change que sur le front montant de l'horloge, ce qui donne cette table de vérité.

Table de vérité de la bascule D.

Bascule en T

Une bascule T est une version à entrée unique d'une bascule JK, connectant les deux alimentations pour former une entrée T. Le T signifie Toggle car le circuit peut compléter son état.

Circuit bascule en T utilisant des portes NAND

Source :Wikimedia Commons.

Le circuit présente cette table de vérité.

T table de vérité flip flop.

Applications des tongs

• Compteurs
• Diviseurs de fréquence
• Registres de stockage
• Registres à décalage
• Verrouiller
• Mémoire
• Commutateur d'élimination des rebonds
• Stockage des données
• Transfert de données
• Registres

Circuits bascules à transistors

Les portes logiques sont les principaux éléments des bascules, mais ce sont des modèles représentant la logique en électronique. Les circuits électriques réels ont des composants à couplage croisé pour contrôler ce flux de courant. Les valeurs de leurs tables de vérité indiquent soit un chiffre binaire 1 (haute tension) ou 0 (basse tension).

Ils comprennent des composants tels que des transistors, des résistances et des condensateurs, et voici comment créer trois des circuits les plus courants.

La bascule à un transistor

Comme les autres bascules conventionnelles, le transistor de type simple stocke un bit de données, il possède un ensemble d'entrées de réglage et de réinitialisation ainsi qu'une boucle de rétroaction pour maintenir les états stables.

Outre le transistor (NPN), le circuit comprend un ensemble de deux diodes, deux condensateurs, six résistances et une LED.

Un schéma de circuit de bascule à un transistor.

À partir du schéma ci-dessus, vous pouvez régler le circuit en activant la tension d'alimentation sur C2. Cette impulsion de 5V augmente la tension de base sur le transistor et amplifie le signal d'horloge. C1 et D1 redresseront le signal de sortie, faisant apparaître la tension continue résultante sur C2.

Le circuit maintient une boucle de rétroaction positive qui maintient la bascule à l'état ON. D2 empêche le transistor d'être saturé (ayant trop de courant), ce qui empêche un état ON continu qui éliminerait le signal de rétroaction positive.

Pour éteindre le circuit, déchargez C2 ou supprimez le signal d'horloge pendant une courte période. Même si vous reconnectez le signal d'horloge, la bascule restera désactivée car les résistances 6K8 et 3K3 et le condensateur C2 atténuent fortement l'entrée haute.

Circuit bascule D utilisant des transistors

Un circuit de bascule de type D a un verrou D à porte comme base de son câblage, mais ajoute un circuit d'horloge pour en faire une bascule D déclenchée par front.

Un schéma de circuit de transistor à bascule D.

La partie inférieure du schéma composé du transistor, du condensateur et de trois résistances forme le mécanisme de l'horloge.

Une horloge externe fournit la tension de base et le transistor ne peut transmettre les données d'entrée que lorsqu'il a une tension de base positive.

La résistance R6 et le condensateur C1 convertissent le signal d'horloge à onde carrée en signaux de pointe pointus pour identifier le front montant.

Dans l'ensemble, la section de verrouillage a deux transistors et quatre résistances, et à partir de là, la section d'horloge, l'entrée de courant se dirige vers le transistor de verrouillage dans le circuit.

Si la sortie Q est un 0 logique, vous pouvez appliquer un signal positif sur la broche Clock et la broche Data In. Cette action change les données ou l'état stockés en un.

L'entrée d'horloge charge la base du transistor et polarise en direct la jonction base-collecteur. Par conséquent, lorsque le signal positif Data In entre, il provoque de petits flux de courant du bas au collecteur et dans le verrou.

Le courant finit par déclencher le verrou, le faisant passer son état à 1 à Q. Pour appliquer un 0 logique, mettez à la terre la broche Data In, et il remettra Q à 0 et stockera ce bit.

T Flip Flop utilisant des transistors discrets

Les bascules à bascule sont très similaires aux bascules de données, mais au lieu d'avoir une entrée de données, la broche reçoit son signal de la sortie complémentaire Q'.

Schéma de circuit d'un transistor à bascule en T

L'objectif est d'obtenir une entrée de données faible lorsque la sortie est élevée et une entrée de données élevée lorsque le travail est faible. Par conséquent, Q'' est vital dans l'équation.

Cependant, comme il s'agit d'un circuit discret, le système ne fonctionnera pas car cela revient à connecter la base du transistor à son collecteur. Vous pouvez résoudre ce problème en introduisant un condensateur supplémentaire C2 connecté en série et une résistance R8 connectée à la sortie Q.

Le condensateur crée un décalage entre les signaux d'entrée et de sortie tandis que la résistance décharge le condensateur. Ces deux éléments garantiront que la sortie du transistor est comme prévu, en changeant d'état en continu.

Résumé

En conclusion, les bascules à transistors sont les éléments de base de la plupart des circuits électroniques et informatiques en raison de leur fonction de mémoire intégrée.

Si votre projet nécessite de tels circuits, il est moins cher d'acheter les composants décrits ci-dessus, puis de construire l'unité vous-même.

Contactez-nous pour en savoir plus sur ces composants et les PCB dont vous avez besoin pour configurer les circuits.