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带反馈的数字逻辑

对于简单的门电路和组合逻辑电路,任何给定的输入状态都有一个明确的输出状态。以 OR 门的真值表为例:

对于输入状态的四种可能组合(0-0、0-1、1-0 和 1-1)中的每一种,都有一个明确的、明确的输出状态。无论我们是处理多个级联门还是单个门,输出状态都由电路中门的真值表决定,仅此而已。

然而,如果我们改变这个门电路以将信号从输出反馈到输入之一,奇怪的事情就会开始发生:

我们知道如果 A 是 1,输出 must 也为 1。这就是或门的性质:任何“高”(1) 输入都会强制输出“高”(1)。但是,如果 A 为“低”(0),则我们无法保证真值表中输出的逻辑电平或状态。

由于输出反馈到或门的输入之一,并且我们知道或门的任何 1 输入都会使输出为 1,因此该电路将在 A 为 1 后的任何时间“锁存”在 1 输出状态。当 A为 0,输出可以是 0 或 1,取决于电路的先前状态!

完成上述真值表的正确方法是插入单词latch 代替问号,表示当 A 为 0 时输出保持其上次状态。

任何采用反馈的数字电路都称为多谐振荡器 .我们刚刚用 OR 门探索的例子是一个非常简单的例子,叫做 双稳态 多谐振荡器。它被称为“双稳态”,因为它可以在两个之一中保持稳定 可能的输出状态,0 或 1。

还有单稳态 多谐振荡器,只有一个 稳定的输出状态(另一个状态是瞬时的),我们稍后会探讨;并且稳定 多谐振荡器,没有稳定状态(在输出 0 和 1 之间来回振荡)。

一个非常简单的非稳态多谐振荡器是一个逆变器,其输出直接反馈到输入:

当输入为 0 时,输出切换为 1。1 输出作为 1 反馈给输入。当输入为 1 时,输出切换为 0。0 输出作为 0 反馈给输入,如此循环往复。

结果是高频(几兆赫)振荡器,如果用固态(半导体)逆变器门实现:

如果使用继电器逻辑实现,生成的振荡器将慢得多,以音频范围内的频率循环。

蜂鸣器振动器 这样形成的电路在早期的无线电电路中被广泛使用,作为将稳定的低压直流电源转换为脉动直流电源的一种方式,然后可以通过变压器将其升压以产生操作真空管放大器所需的高压.

亨利福特的工程师还使用蜂鸣器/变压器电路来产生持续高压,以操作 T 型汽车发动机上的火花塞:

从旧的机械蜂鸣器(振动器)电路中借用术语,固态电路工程师将具有两个或多个振动器连接在一起的任何电路称为多谐振荡器 .前面提到的非稳态多谐振荡器,只有一个“振动器”,更常见的是用多个门来实现,我们稍后会看到。

最有趣和使用最广泛的多谐振荡器属于双稳态多谐振荡器,因此我们现在将详细探讨它们。

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