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电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

 长寿石 2017-10-31

单稳态触发器也是脉冲和数字电路中的基本触发器之一。单稳态触发器只有一个稳定状态,另外还有一个暂时的稳定状态(暂稳状态)。在没有外加触发信号时,电路处于稳定状态。在外加触发信号的作用下,电路就从稳定状态转换为暂稳状态,并且经过一定的时间后电路能够自动的再次转换回到稳定状态。单稳态触发器在一个脉冲的作用下,能够输出一个具有一定宽度的矩形脉冲,常用在脉冲整形、定时和延时电路中。单稳态触发器可以由晶体管、数字电路或时基电路等构成。

一、晶体管单稳态触发器

下图所示为晶体管单稳态触发器电路

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

它是由VT1,VT2两个晶体管交叉耦合组成,单稳态触发器VT1集电极与VT2基极之间由电容C1耦合,正是由于电容的耦合作用,使电路具有了单稳态的特性。R4,R3是VT1的基极偏置电阻,R2是VT2的基极偏置电阻,R1,R5分别是两管的集电极电阻。微分电路C2,R6和隔离二极管VD组成触发电路。输出信号可以从两个晶体管的集电极取出,两管输出信号相反。

1、稳定状态

单稳态触发器处于稳定状态时的情况如下图所示。电源+VCC经R2为VT2提供基极偏流,VT2导通,其集电极电压为0V,VT1因无基极偏压而截至,其集电极电压为+VCC,电源+VCC经R1,VT2基极-发射极向电容C1充电,C1上的电压为左正右负,大小等于电源电压+VCC。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

2、暂稳状态

当在单稳态触发器的触发端加上一个触发脉冲时,经C2,R6微分,负触发脉冲通过VD加到导通管VT2基极。使VT2截止,并通过R4为VT1提供基极偏流。使VT1导通。由于电容C1两端电压不能突变,所以,在此瞬间VT2基极电压将下跳为-VCC,使得VT2在触发脉冲结束之后仍然保持截止状态,这时电路处于暂稳状态,如下图所示。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

进入暂稳状态后,电容C1通过VT1集电极-发射极、电源、R2不断放电,放电结束后即进行反向充电,Ub2电位不断上升。如下图所示。当Ub2达到VT2的导通阈值0.7V时,VT2立即导通,并通过R4使VT1截止,电路自动从暂稳态回复到稳定状态。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

单稳态触发器电路各点工作波形如下图所示。输出脉宽(即暂稳态时间)由C1经R2的放电时间决定,。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

其计算公式如下

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

在暂稳态时间,VT2集电极输出一个宽度为Tw的正矩形脉冲,VT1集电极则输出一个宽度为Tw的负矩形脉冲。

二、门电路构成的单稳态触发器

或非门电路和与非门电路都可以构成单稳态触发器。

1、或非门构成的单稳态触发器

下图所示为或非门构成的单稳态触发器,电路由或非门D1,非门D2,定时电阻R和定时电容C组成。该单稳态触发器由正脉冲触发,输出一个脉宽为Tw的正矩形脉冲。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

单稳态触发器电路处于稳态时,由于反相器D2输入端经R接+VDD,其输出端为0,耦合至D1输入端使D1输出端为1,电容C两端电位相等,无压降。

当在触发端加入触发脉冲时,或非门D1输出端变为0,由于电容两端的电压不能突变,因此D2输入端也变为0,D2输出端变为1,由于输出端电压又反馈到D1输入端形成闭环回路,所以电路一经触发后,即使取消触发脉冲Ui仍能保持暂稳状态,此时,电源+VDD开始经R对C充电。

随着C的充电,D2输入端电位逐渐上升。当达到反相器D2的转换阈值时,D2输出端又变为0.由于闭环回路的正反馈作用,D1输出端随即变为1,电路回复稳态。直至再次被触发,该电路各点波形如下图所示。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

2、与非门构成的单稳态触发器

下图所示为与非门构成的单稳态触发器,电路由与非门D1,反相器D2,定时电阻R和定时电容C组成。和利用或非门单稳态触发器不同的是,定时电阻R不是接+VDD,而是接地。该单稳态触发器由负脉冲触发,输出一个脉宽为Tw的负矩形脉冲。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

单稳态触发器电路处于稳态时,由于反相器D2输入端经R接地,其输出端为1,耦合至D1输入端使D1输出端为0,电容C两端电位相等,无压降。

当在触发端加入触发脉冲时,与非门D1输出端变为1,由于电容两端的电压不能突变,因此D2输入端也变为1,D2输出端变为0,电路进入暂稳态,随着C的充电,D2输入端电位逐步下降,当达到反相器D2的转换阈值时,D2输出端又变为1,电路回复稳态。直至再次被触发,该电路各点波形如下图所示。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

三、D触发器构成的单稳态触发器

D触发器构成的单稳态触发器电路如下图所示。R为定时电阻,C为定时电容。D触发器的数据端D接1电平(+VDD),置1端S接地,输出端Q经RC定时网络接至置0端R,触发脉冲从CP端输入,输出信号由Q端输出。该单稳态触发器由正脉冲触发,输出一个脉宽为Tw的正矩形脉冲。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

电路处于稳态时,Uo为0,当触发脉冲Ui加至CP端时,Ui上升沿使数据端D的1到达输出端Q,电路转换为暂稳态,U0=1,并经R向C充电。

随着充电的进行,当电容C上的电压达到R端的转换电压时,使D触发器置0,Uo=0,电路回复稳态。这时C经R放电,为下一次触发做好准备。该电路各点波形如下如图所示。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

四、时基电路构成的单稳态触发器

555时基电路构成的单稳态触发器如下图所示。RC组成定时网络,555时基电路的置0端(第6脚)和放电端(第7脚)并接于定时电容C上端。触发脉冲Ui从555时基电路的置1端(第2脚)输入,输出信号由3脚输出。555时基电路构成的单稳态触发器由负脉冲触发,输出一个正矩形脉冲。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

电路处于稳态时,Uo=0,放电端(第7脚)导通到地,电容C上无电压。当负触发脉冲Ui加到555时基电路的2脚时,电路翻转为暂稳态,Uo=1,放电端(第7脚)截止,电源+VCC开始经R向C充电。

由于C上电压直接加到555时基电路的置0端(第6脚),当C上的充电电压达到三分之二VCC时(置0端阈值),电路再次翻转,回复稳态。该电路各点波形如下图所示。

电路识图21-单稳态触发器电路原理分析

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