Flipflop für Zähler

[Jakob C. (jakob_c)]

Hallo Leute
Ich habe aus zwei Nor-Gatter ein Flipflop gebaut und dann anschließend
es verbessert, indem ich die Ausgänge des Flipflops noch zwei weitere 
Und-Gatter verbunden habe.

Dadurch soll realisiert werden, dass es nur ein Eingangssignal reicht, 
um das Flipflop ein- und auszuschalten.

Ist das Ausgangssignal Q auf 1 und Clock gibt auch ein Signal
dann sollte ein Signal durch die Obere Und-Gatter zu dem Eingang S 
fließen.
So wird das Ausgangssignal Q2 (das untere Ausgangssignal) auf1 
geschaltet.


Sendet das Clock nochmal ein kurzes Signal müsste esdurch die Untere 
Und-Gatter zu dem Eingang R des Flipflops fließen und somit das Flipflop 
umschalten.

Allerdings verhält sich das Ding anders als man erwartet und ich 
verstehe das
überhaupt nicht. Wäre froh, wenn Ihr mir helfen könnt.
Ich weiß, es ist etwas komplex aber Ihr seid die Einzigen, die mir jetzt 
helfen könnt und ich schätze es sehr

[A. S. (rava)]

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/f/ff/T-FlipFlop-ersatz.png
?

[Sepp (Gast)]

Hi!

tut mir leid, aber so kann dir wohl keiner helfen. Woher sollen wir 
wissen, was V(n006) eigentlich ist? Du hättest da die relevanten signale 
mit Namen versehen sollen.
Außerdem, WAS genau ist den komisch?
Was sind das für komische Dioden am Ausgang?

Und: Warum nimmst Du keinen fertigen Baustein?
Zum übern ist sowas evtl. ganz gut, aber in der Praxis eher nicht...

[Harald W. (wilhelms)]

Jakob C. schrieb:

> Ich habe aus zwei Nor-Gatter ein Flipflop gebaut und dann anschließend
> es verbessert, indem ich die Ausgänge des Flipflops noch zwei weitere
> Und-Gatter verbunden habe.

Das bringt auch nicht viel. Für Zählzwecke brauchst Du ein MS-
(MasterSlave)Flipflop. Und das kauft man am besten fertig.
Gruss
Harald

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Das T-Flipflop, das du versuchst zu simulieren, ist bspw. hier 
beschrieben:

http://wearcam.org/ece385/lectureflipflops/flipflops/#Introduction_T_Flip_Flop

In der Schaltung und deiner Simulation stecken mehrere Probleme, die ich 
in der angehängten Simulation mit möglichst wenigen Änderungen zu 
umgehen versucht habe. Murks bleibt die Sache aber trotzdem ;-)

Problem 1:

Die Schaltung erwartet am CLock-Eingang CP einen kurzen Impuls, der 
gerade so lang ist, dass das Flipflop umspringt. Ist der Impuls zu kurz, 
passiert nichts, ist er zu lang, toggelt das Flipflop mehrmals hin und 
her. Man ahnt schon, dass so eine Schaltung in der Praxis nicht viel 
taugen kann.

Ein 20-ns-Impuls am CP-Eingang scheint in der Simulation ganz gut zu 
funktionieren. In der Realität kann das anders aussehen, insbesondere 
dann, wenn andere Mosfets eingesetzt werden.

Problem 2:

Die Default-Mosfets in LTspice sind fast für nichts zu verwenden, da sie 
ziemliche seltsame Parameter haben. Du musst stattdessen geeignete 
Mosfets aus der Bibliothek auswählen.

Ich habe die Mosfets in BSS123 (N-Kanal) und BSS84 (P-Kanal) geändert.

Problem 3:

Deine beiden NOR-Gatter sollten wohl so eine Art RTL-Gatter werden. 
Dabei fehlt aber jeweils eine Diode und der Pulldown-Widerstand.

Ich habe sie an entsprechender Stelle hinzugefügt.

Mit diesen Änderungen funktioniert die Simulation ganz passabel. Ich 
habe den Schaltplan etwas zusammengestaucht, damit er besser auf meinen 
Bildschirm passt.

Anmerkung 1:

Das RTL-NOR würde ich durch ein echtes CMOS-NOR ohne Dioden und 
Widerstände ersetzen. Hier findest du die Schaltung dafür:

http://www.play-hookey.com/digital_electronics/cmos_gates.html

Anmerkung 2:

Du hast die Dreifach-ANDs der oben verlinkten Schaltung als kaskadierte 
Zweifach-ANDs umgesetzt. Das ist unötiger Aufwand. Du kannst ein 
Zweifach-NAND durch Hinzufügen zweier weitere Mosfets zu einem 
Dreifach-NAND erweitern, der nachgeschaltete Inverter bleibt. Das 
Dreifach-AND besteht somit aus 8 Mosfets, so dass du insgesamt mit 16 
Mofets weniger auskommst. Die Schaltung wird dadurch auch schneller.

Weitere 4 Mosfets sparst du ein, wenn du das RS-Flipflop aus NAND- statt 
NOR-Gattern aufbaust, da dann die Inverter an den Ausgangen der 
Dreifach-ANDs entfallen. Da die vom RS-Flipflop zu den NAND-Eingängen 
rückgekoppelten Signale dann aber die falsche Polarität haben, musst du 
die entsprechenden Leitungen an den Ausgängen des RS-Flipflops 
vertauschen. Heraus kommt diese Schaltung, nur mit dem zusätzlichen 
T-Eingang:

A. S. schrieb:
> http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/f/ff/T-FlipFlop-ersatz.png

Anmerkung 3:

Um ein praxistaugliches T-Flipflop mit Flankentriggerung zu erhalten, 
solltest du es – wie von Harald empfohlen – nach dem 
Master-Slave-Prinzip aufbauen. Bei der Suche nach einem Schaltplan hilft 
dir sicher Google. Der Schaltungsaufwand ist deutlich höher, dafür darf 
aber der Clock-Impuls beliebig lang sein, ohne dass das Flipflop 
mehrmals umspringt.

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo Jakob,

wolltest du jetzt einfach ein FF um eine ganz andere Schaltung zu 
realisieren?
Falls ja, dafür gibt digitale Bausteine in LTspice:
[Digital] dflop, and, or, xor, ...
Ein T-FF kannst du ganz einfach mit einem D-FF bauen. Dazu den Ausgang 
Q\ mit dem Eingang D verbinden.

Wenn du ein T-FF selber bauen willst(halt zum Spaß), dann schau dir mal 
das Innenleben eines D-FF an. Das findet man oft in Datenblättern vom 
74HC74.