Триггеры в электронике

Хотя все узлы цифровой техники строятся из базового набора логических элементов, эти узлы можно разделить на два основных класса со следующими их принципиальными фундаментальными  отличиями:

1. узлы комбинационного типа: состояния выходов таких схем зависит только от текущего состояния входов;
2. узлы с памятью (или схемы последовательностного типа): текущее состояние выходов зависит не только от текущего состояния входов, но и от состояния входов в предшествующие моменты времени.. 

Простейшим примером схемы с памятью является триггер. Это одна из важнейших схем в цифровой электронике.

Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения: при переключении из одного состояния в другое напряжение на выходе скачкообразно изменяется.

Триггер – бистабильное устройство. Переключившись в одно из состояний, может перебывать в нем бесконечно долго даже при снятии внешних сигналов. Он строится из логических элементов первого уровня (И-НЕ, ИЛИ-НЕ и т. д.) и относится к логическим устройствам второго уровня.

Основное свойство триггера – способность запоминать и хранить логическое значение, что обусловлено наличием в схеме обратной связи. 

Триггеры строятся на основе дискретных элементов, логических элементов, интегральных микросхем или входить в состав ИМС. На практике триггеры выпускаются в виде микросхем в отдельном корпусе или входят в качестве элементов в состав больших интегральных схем (БИС) или программируемых логических матриц (ПЛМ).

Разные виды триггеров имеют разные виды управления. 

Классификация триггеров

Триггеры делят на два класса по способу записи информации:

1. синхронные (тактируемые):
   1. Имеется дополнительный вход управляющего сигнала и изменение состояния триггера происходит только при его наличии;
   2. По виду стробирования разделяются на:

• динамические;
• статические.

2. асинхронные (нетактируемые):
   1. Переход в новое состояние вызывается непосредственно изменением входных информационных сигналов. 

Основной и наиболее общий классификационный признак — функциональный.

Классификация по функциональным возможностям позволяет систематизировать статические симметричные триггеры по способу организации логических связей между входами и выходами триггера в определенные дискретные моменты времени до и после появления входных сигналов. 

Согласно такой классификации триггеры характеризуют числом логических входов и их функциональным назначением:

1. с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры);
2. универсальные (JK-триггеры);
3. с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
4. со счетным входом Т (Т-триггеры).

По способу восприятия тактовых сигналов триггеры могут быть управляемы:

• фронтом,
• уровнем. 

Некоторые сложные  триггерные устройства классифицируют по:

• числу устойчивых состояний (3 и более);
• числу уровней (3 и более);

и другим специфическим характеристикам.

Практическое использование

В качестве ячеек памяти

Благодаря тому, что триггер способен хранить информацию даже после снятия внешних сигналов, он может применяться в качестве ячеек памяти емкостью 1 бит. Из единичных элементов строятся матрицы для запоминания двоичных состояний – этот принцип применим к созданию статических оперативных запоминающих устройств (SRAM). 

Особенна такая память простой схемотехники, которая не требует дополнительных контроллеров:

• Это позволяет SRAM использовать в контроллерах и ПЛМ. 
• Но невысокая плотность записи препятствует использованию таких матриц в ПК и других мощных вычислительных системах.

В качестве делителей частоты

Соединяя такие бистабильные элементы в цепочки, можно получать различные коэффициенты деления. Та же цепочка может быть применена и как счетчик импульсов.

В качестве фиксаторов уровня

RS-триггеры используются в качестве фиксаторов уровня. То есть, когда в качестве источников логического уровня использованы механические коммутаторы (кнопки, переключатели), то при нажатии (вследствие дребезга контактов) сформируется не один (как необходимо), а множество сигналов — тогда нужен RS-триггер, подавляющий дребезг.

Электронные триггеры Шмитта используются для восстановления двухуровневого цифрового сигнала после влияния на него помех и искажений  в линиях связи, в фильтрах дребезга контактов, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования, в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения, в релаксационных автогенераторах. По ссылке можно узнать больше об этом специфическом виде триггеров.

На триггерах строятся цифровые линии задержки и другие элементы двоичной техники.

Область применения бистабильных устройств широка. Круг решаемых с их помощью задач во многом зависит от фантазии конструктора, особенно в сфере нетиповых решений.