Logique numérique avec commentaires

Avec une porte simple et des circuits logiques combinatoires, il existe un état de sortie défini pour tout état d'entrée donné. Prenons la table de vérité d'une porte OU, par exemple :

Pour chacune des quatre combinaisons possibles d'états d'entrée (0-0, 0-1, 1-0 et 1-1), il existe un état de sortie défini et non ambigu. Que nous ayons affaire à une multitude de portes en cascade ou à une seule porte, cet état de sortie est déterminé par la ou les tables de vérité pour la ou les portes du circuit, et rien d'autre.

Cependant, si nous modifions ce circuit de porte de manière à donner un retour de signal de la sortie à l'une des entrées, des choses étranges commencent à se produire :

Nous savons que si A vaut 1, la sortie doit être 1, aussi. Telle est la nature d'une porte OU :toute entrée « haut » (1) force la sortie « haut » (1). Si A est "faible" (0), cependant, nous ne pouvons pas garantir le niveau logique ou l'état de la sortie dans notre table de vérité.

Étant donné que la sortie renvoie à l'une des entrées de la porte OU, et nous savons que toute entrée 1 à une porte OU fait la sortie 1, ce circuit se «verrouillera» dans l'état de sortie 1 après tout moment où A vaut 1. Lorsque A est 0, la sortie peut être 0 ou 1, selon l'état antérieur du circuit !

La bonne façon de compléter la table de vérité ci-dessus serait d'insérer le mot latch à la place du point d'interrogation, montrant que la sortie conserve son dernier état lorsque A est 0.

Tout circuit numérique utilisant une rétroaction est appelé multivibrateur . L'exemple que nous venons d'explorer avec la porte OU était un exemple très simple de ce qu'on appelle un bistable multivibrateur. Il est appelé « bistable » car il peut rester stable dans l'un des deux états de sortie possibles, 0 ou 1.

Il existe aussi des monostables multivibrateurs, qui n'en ont qu'un un état de sortie stable (cet autre état étant momentané), que nous explorerons plus tard ; et astable multivibrateurs, qui n'ont pas d'état stable (oscillant entre une sortie de 0 et 1).

Un multivibrateur astable très simple est un onduleur dont la sortie est directement renvoyée à l'entrée :

Lorsque l'entrée est 0, la sortie passe à 1. Cette sortie 1 est renvoyée à l'entrée en tant que 1. Lorsque l'entrée est 1, la sortie passe à 0. Cette sortie 0 est renvoyée à l'entrée en tant que 0, et le cycle se répète.

Le résultat est un oscillateur haute fréquence (plusieurs mégahertz), s'il est mis en œuvre avec une porte inverseuse à semi-conducteurs :

S'il est mis en œuvre avec une logique de relais, l'oscillateur résultant sera considérablement plus lent, cyclant à une fréquence bien dans la plage audio.

Le buzzer ou vibromasseur circuit ainsi formé a été largement utilisé dans les premiers circuits radio, comme un moyen de convertir un courant continu basse tension stable en courant continu pulsé qui pourrait ensuite être augmenté en tension via un transformateur pour produire la haute tension nécessaire au fonctionnement des amplificateurs à tube à vide .

Les ingénieurs d'Henry Ford ont également utilisé le circuit buzzer/transformateur pour créer une haute tension continue pour faire fonctionner les bougies d'allumage sur les moteurs automobiles Model T :

Empruntant la terminologie des anciens circuits d'avertisseurs mécaniques (vibrateurs), les ingénieurs de circuits à semi-conducteurs se référaient à tout circuit avec deux ou plusieurs vibrateurs reliés entre eux en tant que multivibrateur . Le multivibrateur astable mentionné précédemment, avec un seul « vibrateur », est plus couramment implémenté avec plusieurs portes, comme nous le verrons plus tard.

Les multivibrateurs les plus intéressants et les plus largement utilisés sont de la variété bistable, nous allons donc les explorer en détail maintenant.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur les circuits de verrouillage