S-R Latch: Dasar-dasar, Kondisi Balapan, dan Aplikasi Praktis

Multivibrator bistabil memiliki dua keadaan stabil, demikian pula awalan bi. Salah satu keadaan disebut set dan yang lain reset. Bentuk paling dasar dari perangkat ini adalah set-reset (S-R) latch.

Untuk membangun S-R latch, dua gerbang NOR dirangkaikan sehingga output setiap gerbang memberikan umpan balik ke input gerbang lain, menciptakan topologi bersilang klasik yang ditunjukkan di bawah ini:

Output Q dan ¬Q diharapkan komplementer. Jika kedua input S dan R dijalankan tinggi, kedua output turun ke 0—suatu keadaan tidak valid atau ilegal untuk latch. Sebaliknya, S=1 dan R=0 “mengatur” latch (Q=1, ¬Q=0), sementara S=0 dan R=1 “mengatur ulang” (Q=0, ¬Q=1). Ketika kedua input adalah 0, latch mempertahankan keadaan sebelumnya.

Logika identik dapat diekspresikan dalam logika tangga, mencapai hasil yang sama:

Secara definisi, Q=1 dan ¬Q=0 adalah kondisi set; Q=0 dan ¬Q=1 adalah reset. Saat rangkaian pertama kali mendapatkan daya, kedua gerbang atau relai tidak bermuatan, yang menempatkan latch dalam keadaan output yang sama—situasi yang tidak stabil. Perangkat dengan cepat akan menyelesaikan ke set atau reset karena satu komponen bereaksi sedikit lebih cepat dari yang lain.

Jika kedua elemen cocok sempurna, mereka bisa osilasi seperti multivibrator astable saat dinyalakan, tidak pernah menetap ke keadaan stabil. Meskipun kecocokan sempurna itu jarang, siklus osilasi singkat hampir tidak terhindarkan, membuat keadaan akhir setelah dinyalakan tidak dapat diprediksi. Ketidakpastian ini berasal dari kondisi balapan antara dua relai (CR₁ dan CR₂).

Kondisi balapan terjadi ketika dua peristiwa yang saling eksklusif dipicu secara bersamaan oleh satu penyebab. Dalam latch ini, kontak interlocking normally-closed relai mencegah keduanya terkunci pada saat yang sama. Ketika kedua coil mulai tidak bermuatan—seperti setelah siklus daya penuh—setiap relai mencoba terkunci melalui kontak relai lain, dan yang pertama bermenang, memaksa yang lain untuk tetap mati. Hasilnya tergantung pada toleransi komponen, bukan pada desain, sehingga keadaan setelah dinyalakan tidak ditentukan.

Untuk menghilangkan balapan ini, relai penundaan waktu dapat disisipkan untuk memberikan satu relai keuntungan yang jelas. Skema berikut mendemonstrasikan pendekatan ini:

Saat dinyalakan, kontak penundaan TD₁ tetap terbuka selama satu detik, mencegah CR₂ untuk bermuatan melalui CR₁. CR₁ menerima daya pertama, bermuatan, dan kemudian membuka kontak normally-closednya, memastikan CR₂ tidak dapat terkunci. Sistem oleh karena itu dinyalakan dengan dapat diprediksi dalam keadaan reset (S=0, R=0).

Kondisi balapan tidak terbatas pada rangkaian relai; mereka juga dapat muncul dalam desain logika status padat dan program komputer jika pengurutan tidak dikelola dengan hati-hati. Mengidentifikasi dan mengurangi kondisi seperti ini sangat penting dalam sistem sekensial apa pun.

Salah satu aplikasi dunia nyata yang umum dari S-R latch adalah kontrol start-stop motor. Implementasi logika tangga sederhana menggunakan tombol tekan start dan stop sementara untuk S dan R, masing-masing, dan kontaktor (atau relai) untuk memasang motor. Rangkaian standar ditunjukkan di bawah ini:

Dalam pengaturan ini, kontak relai yang paralel dengan tombol start bertindak sebagai kontak seal-in, mempertahankan keadaan bermuatan relai setelah tombol start dilepas. Menekan tombol stop mematikan relai, memutuskan seal dan menghentikan motor. Latch sederhana ini fungsional setara dengan S-R latch dan menghindari ketidakstabilan yang terlihat dalam desain relai ganda.

Dalam bentuk semikonduktor, S-R latch dikemas sebagai sirkuit terpadu terpisah, diidentifikasi oleh simbol standar di bawah ini:

Key Takeaways

• A bistable multivibrator offers two stable output states.
• Set is defined as Q=1, ¬Q=0; reset is Q=0, ¬Q=1; an equal output state is invalid.
• In an S-R latch, activating S sets the circuit; activating R resets it. Simultaneous activation leads to an invalid condition.
• A race condition arises when two exclusive events are triggered at the same time, causing unpredictable results.