Flip-Flop de Transistor: Circuito Lógico Sequencial Fundamental para Armazenamento Confiável de Dados Binários

Você tem interesse em aprender ou criar circuitos digitais como os encontrados em computadores, equipamentos de comunicação e outros sistemas semelhantes? A primeira coisa a analisar deve ser o flip-flop de transistor.

Os blocos fundamentais dos flip-flops são 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 abaixo os diferentes tipos de circuitos flip-flop e seus diagramas de fiação. Continue lendo para descobrir como você pode fazê-los para seu projeto.

O que é um Flip-Flop?

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

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

A diferença entre circuitos latch e flip-flop é que estes últimos são acionados por borda (edge-triggered). Acionamento por 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 latch é acionado por nível (level triggered), o que significa que sua saída pode mudar se as entradas mudarem. Não há pulso de clock ou evento de clock para ativá-los, então são sistemas assíncronos.

Vale notar que latches são os elementos essenciais em circuitos flip-flop, e são elementos de memória volátil que perdem seus dados se houver uma falha de energia.

Tipos de Flip-Flops

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

Flip-Flop SR

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

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

Flip-Flop JK

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

Ele tem a seguinte tabela-verdade.

Flip-Flop D

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 de eletrônica digital para fazer registradores e contadores.

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

Flip-Flop T

Um flip-flop T é uma versão de entrada única de um flip-flop JK, conectando as duas entradas para formar uma entrada T. O T significa Toggle (alternar) porque o circuito pode complementar seu estado.

O circuito apresenta esta tabela-verdade.

Aplicações de Flip-Flops

• Contadores
• Divisores de frequência
• Registradores de armazenamento
• Registradores de deslocamento
• Latch
• Memória
• Eliminação de bounce em chaves
• Armazenamento de dados
• Transferência de dados
• Registradores

Circuitos Flip-Flop com Transistores

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

Eles incluem componentes como transistores, resistores e capacitores, e aqui está como 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, tem um conjunto de entradas set & reset mais um loop de realimentação para manter os estados estáveis.

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

No diagrama acima, você pode definir o circuito ativando a tensão de alimentação para C2. Este pulso de 5V eleva a tensão de base no transistor e amplifica o sinal de clock. C1 e D1 retificam o sinal de saída, fazendo a tensão DC resultante aparecer em C2.

O circuito mantém um loop de realimentação positiva que mantém o flip-flop no estado LIGADO. D2 impede que o transistor sature (tenha corrente excessiva), o que evitaria um estado LIGADO contínuo que eliminaria o sinal de realimentação positiva.

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

Circuito Flip-Flop D Usando Transistores

Um circuito flip-flop tipo D tem um latch D com porta como base de sua fiação, mas adiciona um circuito de clock para torná-lo um flip-flop D acionado por borda.

A seção inferior do diagrama consistindo do transistor, capacitor e três resistores, forma o mecanismo de clock.

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

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

No geral, a seção do latch tem dois transistores e quatro resistores, e a partir desta seção do clock, a entrada de corrente vai para o transistor do latch no circuito.

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

A entrada de clock carrega a base do transistor e polariza diretamente a junção base-coletor. Portanto, quando o sinal positivo Data In entra, causa pequenos fluxos de corrente de baixo para coletor e para o latch.

A corrente acaba disparando o latch, fazendo-o mudar seu estado para 1 em Q. Para aplicar uma lógica 0, aterre o pino Data In, e ele deslocará Q de volta para 0 e armazenará este bit.

Flip-Flop T Usando Transistores Discretos

Flip-flops toggle são muito semelhantes a flip-flops Data, mas em vez de ter uma entrada Data In, o pino recebe seu sinal da saída complementar Q'.

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

No entanto, como é um circuito discreto, o sistema não funcionará porque é equivalente 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. Estes dois garantirão que a saída do transistor seja a esperada, mudando de estado continuamente.

Resumo

Em conclusão, flip-flops de transistores são os blocos fundamentais da maioria dos circuitos eletrônicos e de computadores devido à sua função de memória embutida.

Se seu projeto requer tais 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 as PCBs que você precisa para configurar os circuitos.