フィードバックを持つデジタルロジック：決定論的ゲートからマルチバイブレータへ
従来の組み合わせロジックでは、各入力組み合わせが一意で予測可能な出力を生成します。例えば、ORゲートは以下の真理値表に従います：
4つの可能な入力状態（0-0, 0-1, 1-0, 1-1）に対して、出力は常に明確です。単一ゲートであろうと多段カスケードであろうと、出力はゲートの真理値表によって完全に決定されます。
フィードバックを導入する—ゲート出力を自分の入力の1つに接続する—ことは、この決定論を破ります。フィードバックループを持つORゲートを考えます：
入力Aが論理1のとき、ORゲートは出力をハイに強制し、フィードバックがそれをハイに保ちます。Aが論理0に下がると、出力はもはや確定値を持たず、変化前の状態を保持します。つまり、回路は「ラッチ」して最後の出力値を保持します。
フィードバックを使用するデジタル回路はマルチバイブレータと呼ばれます。ORゲート例は古典的なバイステーブルマルチバイブレータで、0または1のいずれかの安定出力状態を保持し、入力がトリガーになるまで遷移しません。
マルチバイブレータには3つの主な種類があります：
- バイステーブル — 2つの安定状態（例：フリップフロップ）。
- モノステーブル — 1つの安定状態と単一の一時的な逸脱。
- アステーブル — 安定状態なし；出力が継続的に発振。
シンプルなアステーブルマルチバイブレータは、出力を入力にフィードバックしたインバータで構築できます：
インバータ入力が0なら出力は1になり、この1が新しい入力としてフィードバックされ、出力が0に反転。サイクルが繰り返され、高周波矩形波（固体ゲートなら数MHz、リレーロジックなら音響範囲）が生成されます。
歴史的に、こうした「ブザー」または「バイブレータ」回路は初期ラジオで不可欠でした。安定した低電圧DCを脈動DCに変換し、トランスで昇圧して真空管アンプに必要な高電圧を生成。ヘンリー・フォードのエンジニアも同じ原理でモデルTのスパークプラグ用高電圧を連続供給しました。
今日、固体設計者は複数のバイブレータがリンクされた回路を依然としてマルチバイブレータと呼びます。上記のシンプルなアステーブル例は単一インバータを使用しますが、より複雑なアステーブル設計は通常、より良い性能のために複数ゲートを用います。
マルチバイブレータの中では、バイステーブル構成が最も普及し有用です。これらはメモリ素子、フリップフロップ、デジタルレジスタの基礎を形成し、現代デジタルシステムの基石となっています。
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