Flip Flop do transistor:um circuito lógico sequencial para armazenar dados binários

Você está interessado em aprender ou fazer circuitos digitais como os encontrados em computadores, equipamentos de comunicação e outros tipos de sistemas semelhantes? A primeira coisa a olhar deve ser o flip-flop do transistor.

Os blocos de construção fundamentais dos flip-flops são as portas lógicas, que são modelos eletrônicos idealizados que implementam funções booleanas. Essas portas lógicas podem ter vários componentes, como capacitores e resistores, mas são principalmente transistores.

Detalhamos os diferentes tipos de circuitos de flip-flop e seus diagramas de fiação abaixo. Continue lendo para descobrir como você pode fazê-los para o seu projeto.

O que é um flip-flop?

Um flip-flop é um circuito lógico sequencial que possui alguma forma de memória interna. Portanto, você pode usar os dados das entradas atuais, entradas anteriores e (ou) saídas anteriores para percorrer o sistema.

O circuito consiste em várias portas lógicas que resultam em dois estados estáveis ​​(um nível lógico 0 ou 1), tornando um flip-flop um multivibrador biestável.

Diferentes tipos de portas lógicas

Fonte:Wikimedia Commons.

A diferença entre os circuitos latch e flip-flop é que os últimos são acionados por borda. O disparo de borda significa que eles têm um sinal de controle para coordenar as ações do circuito digital. A entrada de controle é geralmente um sinal de clock dedicado, o que os torna sistemas síncronos.

No entanto, um circuito de trava é acionado por nível, o que significa que sua saída pode mudar se as entradas mudarem. Não há pulso de clock ou evento de clock para ativá-los, portanto, são sistemas assíncronos.

Vale a pena notar que as travas são os elementos essenciais em circuitos flip flop, e são elementos de memória voláteis que perdem seus dados se houver uma falha de energia.

Tipos de chinelos

Existem quatro tipos de flip-flops, cada um com um design de circuito e tabela verdade diferentes.

Flip Flop SR

Um flip-flop SR recebe seu nome de suas entradas S (set) e R (Reset).

Circuito de flip-flop SR com clock com portas NAND cruzadas.

Fonte:Wikimedia Commons.

É o flip-flop mais usado entre os quatro, tem o circuito mais simples e tem uma tabela verdade semelhante ao latch SR.

Tabela verdade de travas SR.

Flip Flop JK

Um circuito digital JK melhora o design do flip-flop SR, garantindo que S e R não sejam altos simultaneamente. Ao fazer isso, elimina a possibilidade de estar em um estado proibido.

Circuito de flip-flop JK usando portas NAND.

Fonte:Wikimedia Commons.

Tem a seguinte tabela verdade.

Tabela verdade do flip-flop JK.

D flip-flop

Também conhecido como flip flop “Data” ou “Delay”, este circuito é uma célula de memória de um bit com um pino de entrada (D). É mais comumente usado em sistemas eletrônicos digitais para fazer registradores e contadores.

Circuito de flip-flop D usando uma porta NOT e 4 portas NAND.

Fonte:Wikimedia Commons.

A saída do circuito só muda na borda de subida do clock, resultando nesta tabela verdade.

Tabela verdade do flip-flop D.

Flip Flop T

Um flip-flop T é uma versão de entrada única de um flip-flop JK, conectando os dois feeds para formar uma entrada T. O T significa Toggle porque o circuito pode complementar seu estado.

Circuito de flip-flop T usando portas NAND

Fonte:Wikimedia Commons.

O circuito apresenta esta tabela verdade.

Tabela verdade do flip-flop T.

Aplicações de chinelos

• Contadores
• Divisores de frequência
• Registros de armazenamento
• Registros de deslocamento
• Trava
• Memória
• Interruptor de eliminação de rejeição
• Armazenamento de dados
• Transferência de dados
• Registros

Circuitos de flip-flop de transistor

As portas lógicas são os principais elementos nos flip-flops, mas são modelos que representam a lógica na eletrônica. Circuitos elétricos reais têm componentes de acoplamento cruzado para controlar esse fluxo de corrente. Os valores em suas tabelas verdade indicam um dígito binário 1 (alta tensão) ou 0 (baixa tensão).

Eles incluem componentes como transistores, resistores e capacitores, e aqui vamos fazer três dos circuitos mais comuns.

O flip-flop de um transistor

Como outros flip-flops convencionais, o transistor de tipo único armazena um bit de dados, possui um conjunto de entradas de configuração e reinicialização, além de um loop de feedback para manter os estados estáveis.

Além do transistor (NPN), o circuito possui um conjunto de dois diodos, dois capacitores, seis resistores e um LED.

Um diagrama de circuito flip-flop de um transistor.

A partir do diagrama acima, você pode definir o circuito ativando a tensão de alimentação para C2. Este pulso de 5V aumenta a tensão de base no transistor e amplifica o sinal de clock. C1 e D1 retificarão o sinal de saída, fazendo com que a tensão DC resultante apareça em C2.

O circuito mantém um loop de feedback positivo que mantém o flip-flop no estado ON. D2 evita que o transistor fique saturado (com muita corrente), o que impede um estado ON contínuo que eliminaria o sinal de feedback positivo.

Para desligar o circuito, descarregue C2 ou remova o sinal do relógio por um curto período. Mesmo se você conectar o sinal de clock novamente, o flip-flop permanecerá desligado porque os resistores 6K8 e 3K3 e o capacitor C2 atenuam fortemente a entrada alta.

Circuito de flip-flop D usando transistores

Um circuito flip-flop tipo D tem uma trava D fechada como a base de sua fiação, mas adiciona um circuito de clock para torná-lo um flip-flop D acionado por borda.

Um diagrama de circuito de transistor de flip-flop D.

A seção inferior do diagrama, composta pelo transistor, capacitor e três resistores, forma o mecanismo do relógio.

Um relógio externo fornece a tensão base, e o transistor só pode transmitir os dados de entrada quando tem uma tensão base positiva.

O resistor R6 e o ​​capacitor C1 convertem o sinal de clock de onda quadrada em sinais de pico agudo para identificar a borda de subida.

No geral, a seção de trava tem dois transistores e quatro resistores, e desta a seção de clock, a corrente de entrada se dirige para o transistor de trava no circuito.

Se a saída Q for um 0 lógico, você pode aplicar um sinal positivo no pino Clock e no pino Data In. Esta ação altera os dados ou estado armazenados para um.

A entrada do relógio carrega a base do transistor e direciona a base para a junção do coletor. Portanto, quando o sinal positivo Data In chega, ele causa pequenos fluxos de corrente do fundo para o coletor e para a trava.

A corrente acaba acionando o latch, fazendo com que ele mude seu estado para 1 em Q. Para aplicar um 0 lógico, aterre o pino Data In, e ele mudará Q de volta para 0 e armazenará este bit.

Flip Flop T usando transistores discretos

Os flip-flops de alternância são muito semelhantes aos flip-flops de dados, mas em vez de ter uma entrada Data In, o pino recebe seu sinal da saída complementar Q'.

Um diagrama de circuito de transistor de flip-flop T

O objetivo é obter uma entrada de dados baixa quando a saída for alta e uma entrada de dados alta quando o trabalho for baixo. Portanto, Q' é vital na equação.

Porém, por se tratar de um circuito discreto, o sistema não funcionará, pois equivale a conectar a base do transistor ao seu coletor. Você pode resolver este problema introduzindo um capacitor extra C2 conectado em série e um resistor R8 conectado à saída Q.

O capacitor cria um atraso entre os sinais de entrada e saída enquanto o resistor descarrega o capacitor. Esses dois garantirão que a saída do transistor seja a esperada, mudando de estado continuamente.

Resumo

Em conclusão, os flip-flops de transistor são os blocos de construção fundamentais da maioria dos circuitos eletrônicos e de computador devido à sua função de memória interna.

Se o seu projeto exigir esses circuitos, é mais barato comprar os componentes descritos acima e construir a unidade você mesmo.

Entre em contato conosco para saber mais sobre esses componentes e os PCBs necessários para configurar os circuitos.