El término flip-flop, báscula o multivibrador biestable está asociado con un tipo de circuito que, teniendo solo dos estados posibles, se vuelve compatible con algunas aplicaciones de secuenciación digital.
Estos circuitos se pueden usar para almacenar bits de información, para hacer la secuencia de información digital y para hacer la división de frecuencia de las señales digitales, además de muchas otras funciones que quedarán claras a partir de ese momento, durante este curso.
Los flip-flops son elementos de circuito que solo pueden tener dos estados estables en funcionamiento. No hay estados intermedios entre estos dos estados.
Podemos compararlos con un balancín en el que solo hay dos posibles estados estables: cuando el lado A está en el nivel bajo o el lado B está en la parte superior y cuando el lado A está en la parte superior, el lado B está en la parte inferior.
Las situaciones intermedias son inestables y solo pueden mantenerse durante las transiciones o cambios de estado.
En el caso específico de un flip-flop electrónico, implementado con componentes como transistores, la aplicación de una señal de entrada puede causar un cambio de un estado a otro, y dado que en cualquier momento podemos saber en qué estado se encuentra, Podemos considerar este circuito como una unidad de memoria capaz de almacenar un bit. (*)
Debido a esta capacidad de almacenamiento, el flip-flop se usa como un elemento básico de las llamadas memorias estáticas o SRAM.
Hay varios tipos de flip-flops que se pueden encontrar en los circuitos digitales. Para nosotros, en particular, es interesante conocer los principales tipos de flip-flops que se pueden encontrar en los circuitos integrados de las principales familias digitales, es decir, TTL y CMOS.
El R-S Flip-Flop (de Reset and Set) tiene su configuración con los transistores que se muestran en la figura 1 y funciona de la siguiente manera:
Al alimentar el circuito, dadas las mínimas diferencias que pueden existir entre las características de los dos transistores, uno de ellos conducirá más que el otro.
Suponiendo que este transistor es Q1, lo que sucede es que hay una caída de voltaje en su colector, lo que en consecuencia reduce la corriente que polariza la base de Q2 a través de R2.
En estas condiciones, el voltaje del colector de Q2 permanece alto, realimentando la base de Q1 a través de R3 y se establece la situación final del circuito: Q1 se satura y Q2 permanece en el corte. El flip-flop encuentra su estado estacionario inicial.
El flip-flop R-S tiene dos salidas, representadas por Q y /Q, por lo que en la condición estable inicial con Q1 Q inicial estará en el nivel bajo (0) y /Q estará en el nivel alto (1).
El proceso que lleva el flip-flop a este estado inicial, listo para trabajar, es muy rápido, no requiere más de unos pocos microsegundos, o incluso nanosegundos, dependiendo de los componentes utilizados. Cuando el flip-flop se encuentra en la situación indicada, con Q = 0 y /Q = 1 decimos que está "establecido" o aún fijo (el término "armado" también se puede usar).
El cambio de estado del flip-flop se puede lograr aplicando una señal a la entrada conveniente. omo utilizamos transistores NPN, para cambiar el flip-flop tenemos que conducir el transistor que se corta por un momento, es decir, debemos aplicar un pulso positivo a la entrada correspondiente.
Entonces, si el flip-flop está en la condición indicada y queremos cambiar el estado, aplicamos el pulso a la entrada SET.
El transistor Q2 conduce por un instante, alimentando a través de R3 la base de Q1 que se corta. Con el corte, el voltaje en la base de Q2 aumenta a través de la polarización de R2, e incluso si el reloj desaparece, el circuito permanece en el nuevo estado gracias a la retroalimentación.
Su salida Q va al nivel (1) y la salida /Q va al nivel (0).
Para cambiar el estado del flip-flop R-S nuevamente, aplicamos un pulso positivo en la entrada RESET, llevando a Q1 a la saturación en Q2 al cortar, una situación que se confirma incluso después de que el pulso ha desaparecido gracias a la retroalimentación proporcionada por las resistencias.
Tenga en cuenta que un pulso aplicado a la entrada SET, que corresponde a un bit 1, hace que la salida Q que estaba en 0 cambie a 1 almacenando este bit.
El flip-flop realmente funciona como memoria para este bit.
De la misma manera que usamos transistores NPN bipolares para obtener un flip-flop, también podemos emplear otros tipos de componentes en configuraciones similares.
El diagrama de tiempos en la figura 2 muestra lo que sucede en la operación de un flip-flop en etapas que se pueden analizar de la siguiente manera.
a) Flip-flop resecado
b) /S baja y se establece el flip-flop
c) /S va alto y el flip-flop permanece establecido
d) /R baja y el flip-flop se reinicia
e) /R vuelve al nivel alto y el flip-flop permanece restablecido