下载文档原格式
按键触发型双稳态电路研究与应用作者：雷媛媛来源：《科技资讯》2019年第01期摘要：按键触发型双稳态电路是一种依靠按键开关触发的双稳态电路，它有两个稳定状态，在没有外加触发信号的作用下，电路始终处于原来的稳定状态，在通过按键输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。
这就是双稳态电路的特点。
该文从实际应用出发，着重介绍几种按键触发型双稳态电路的构成、工作原理及应用领域。
关键词：按键触发双稳态电路 CD4069 CD4013中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（a）-00-02按键触发型双稳态电路主要由按键触发电路、控制电路、执行电路等组成的，被广泛应用在自动化控制中。
该文从实际应用出发，着重介绍几种典型的按键触发型双稳态电路的构成、工作原理及应用领域。
首先，我们来了解一下什么是双稳态电路？双稳态电路是具有两个稳定状态的电路。
未加外力双稳态电路处于一种稳定状态，加上外力之后它会从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。
这种暂时稳定的状态持续一段时间（时间由你设定）后会自动恢复到稳定的状态，该文主要介绍由按键触发的双稳态电路，该电路设计简单、操作方便、性能稳定，广泛用于一键控制开关中。
1 几种典型的按键触发型双稳态电路1.1 由门电路构成的按键触发型双稳态电路电路如图1所示。
该双稳态电路由CD4069中的3个非门、电阻R1和R2、电容C1、按键开关共同构成的。
CD4069中的1脚与按键相连，2脚与3脚相连，4脚与5脚相连，R1接在1脚和4脚之间，R2接在2脚和按键之间，按键与C1串联，1脚为该电路的输入端，6脚为电路的输出端。
电路的工作过程如下。
（1）在没有按下按键时，U1：A的1脚为低电平信号，U1：A的2脚为高电平信号，电路通过R2为C1充电，电容C1的两端为高电压，U1：B的3脚为高电平信号，U1：B的4脚为低电平信号，U1：C的5脚为低电平信号，U1：C的6脚为高电平信号，即双稳态电路的输入为低电平信号，输出为高电平信号，电路处于第一种稳定状态。
双稳态开关电路图大全（光电耦合器晶体管触发器）双稳态开关电路图（一）如图为双稳态开关控制电路。
该控制电路在通电后，它的TH端被电阻R2拉向低电平，TR端被R1拉向高电平。
这时，555电路的输出端输出低电平，继电器K为吸合状态。
随后，如果按下SBl，由于TR 端被拉向低电平，电路进入置位状态，输出端输出高电平，继电器断电释放，电路进入稳态；如果是按下SB2，则有高电平加至TH端，电路输出状态不变。
在电路输出高电平的状态下，如果按下SB2 ，则有高电平加至TH端。
这时TR端也为高电平，所以555电路翻转，输出端由高电平变为低电平，继电器通电吸合，进入另一个稳态。
在随后的控制过程中，只要交替按下SB1与SB2中的一个，就会有一个对应的输出状态。
只要不按下按钮，原有的输出状态就不会自动改变。
双稳态开关控制电路双稳态开关电路图（二）双稳态控制电路的工作原理如图。
这里举一个多地控制开关的例子，可供参考。
假设负载是电灯，当按动按钮AN1时，给了IC1“CP1”端一个正脉冲，使得IC1的Q1端输出高电平，于是IC2的“CP2”端也随之输入一个正脉冲，其IC2的Q2端变为高电平，此时由于控制器DM的④脚与IC2的Q2端相连，自然也为高电平，信号灯H点亮。
再次按动AN1，则IC2的Q2端又回复到低电平，控制器DM的④端亦变为低电平而将H关断。
这样，每按动一次AN1就可改变一次H的工作状态。
该应用电路中使用了一块双D触发器集成电路CD4013，这它的内部含有两只D触发电路，其中的一只D触发电路用作脉冲展宽电路，其目的是为了防止因AN1的抖动使脉冲个数不确定；另一只D触发器构成双稳态触发器。
该电路用作节能灯的使用方法是：上楼时按动一下AN1，H点亮。
进房后再按动一下ANn，此时H熄灭。
它与单稳态节能灯不同之处是，从按动AN1至按动ANn的时间可以随意，且不受时间和空间的限制。
双稳态开关电路图（三）：接触引发的双稳态电路该电路在双稳态模式中使用一个555定时器。
双稳态电路一、工作原理图一为双稳态电路，它是由两级反相器组成的正反馈电路，有两个稳定状态，或者是BG1导通、BG2截止；或者是BG1截止、BG2导通，由于它具有记忆功能，所以广泛地用于计数电路、分频电路和控制电路中，原理，图2（a）中，设触发器的初始状态为BG1导通，BG2截止，当触发脉冲方波从1端输入，经CpRp微分后，在A点产生正、负方向的尖脉冲，而只有正尖脉冲能通过二极管D1作用于导通管BG1的基极是。
ic1减小使BG1退出饱和并进入放大状态，于是它的集电极电位降低，经电阻分压器送到截止管BG2的基极，使BG2的基极电位下降，如果下降幅度足够时，BG2将由截止进入放大状态，因而产生下列正反馈过程（看下列反馈过程时，应注意：在图一的PNP电路中，晶体管的基极和集电极电位均为负值，所以uc1↓，表示BG1集电极电位降低，而uc1↑则表示BG1集电极电位升高，当BG1基极电位降低时，则ic1↑，反之当BG1基极电位升高时，ic1↓ic1越来越小，ic2越来越大，最后到达BG1截止、BG2导通；接差触发脉冲方波从2端输入，并在t=t2时，有正尖脉冲作用于导通管BG2的基极，又经过正反馈过程，使BG1导通，BG2截止。
以后，在1、2端的触发脉冲的轮流作用下，双稳电路的状态也作用相应的翻转，如图一（b）所示。
图一、双稳态电路由上述过程可见：（1）双稳态电路的尖顶触发脉冲极性由晶体管的管型决定：PNP管要求正极性脉冲触发，而NPN管却要求负极性脉冲触发。
（2）每触发一次，电路翻转一次，因此，从翻转次数的多少，就可以计算输入脉冲的个数，这就是双稳态电路能够计算的原理。
双稳态电路的触发电路形式有：单边触发、基极触发、集电极触发和控制触发等。
图二给出几种实用的双稳态电路。
电路（a)中D3、D4为限幅二极管，使输出幅度限制在-6伏左右；电路（b）中的D5、D6是削去负尖脉冲；电路（C）中的ui1、ui2为单触发，ui 为输入触发表一是上述电路的技术指标。
NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能（集成块图在下面）1地GND 2触发3输出4复位5控制电压6门限(阈值）7放电8电源电压Vcc应用十分广泛，可装如下几种电路：1。
单稳类电路作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。
2。
双稳类电路作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。
3。
无稳类电路作用：方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。
我们知道，555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。
每类工作方式又有很多个不同的电路。
在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。
这样一来，电路变的更加复杂。
为了便于我们分析和识别电路，更好的理解555电路，这里我们这里按555电路的结构特点进行分类和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。
每个电路除画出它的标准图型，指出他们的结构特点或识别方法外，还给出了计算公式和他们的用途。
方便大家识别、分析555电路。
下面将分别介绍这3类电路。
单稳类电路单稳工作方式，它可分为3种。
见图示。
第1种（图1）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1 和1.1.2为代号。
他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。
第2种（图2）是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。
他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。
1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2电路则带有一个RC微分电路。
第3种（图3）是压控振荡器。
单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。
为简单起见，我们只把它分为2个不同单元。
不带任何辅助器件的电路为1.3.1；使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为1.3.2。
图中列出了2个常用电路。
双稳类电路这里我们将对555双稳电路工作方式进行总结、归纳。
双稳态触发器工作原理
双稳态触发器，顾名思义就是能够在两个稳态之间切换的触发器。
它由两个反相的输出信号Q和Q'组成，其中Q表示稳态1，Q'表示稳态2。
在输入信号变化的情况下，双稳态触发器可以在两个稳态之间切换，从而实现存储或传输数据的功能。
双稳态触发器的工作原理可以分为两个阶段：设置和保持。
在设置阶段，输入信号S和时钟信号CLK被传递到触发器中，并在特定的电路结构下，将输出Q和Q'设置为高电平或低电平的稳态之一。
在保持阶段，当时钟信号CLK另一边上升沿或下降沿时，输出Q和Q'的状态保持不变。
双稳态触发器采用双反向馈结构，即一个输出信号反馈到输入端，在逻辑电路中，可以采用多种方式实现。
比如，SR触发器采用两个交叉反馈的非门构成，当S和R输入信号同时为1时，会发生互锁现象，导致输出不稳定。
D触发器中，输入信号D接到一个口电位器旁路后，在时钟上升沿处，相应状态被传输到输出端。
双稳态触发器适用于高速数字电路、计算机储存器、显示器等众多电子设备中。
在实际应用中，需要根据具体需求和性能要求选择不同类型的触发器。
这种触发器因其高效、可靠、稳定的特点，已经成为信息处理系统和控制系统中最常用的数字电路之一。
双稳态开关的工作原理
双稳态开关是一种具有两种稳定状态的电子开关器件，常用于数字电路中的存储元件、触发器和计数器等。
其工作原理如下：
1. 初始状态：双稳态开关有两个可能的状态，通常称为"Set"和"Reset"状态。
初始情况下，双稳态开关处于其中一个状态。
2. 输入信号：当输入信号触发时，会导致双稳态开关进入另一种状态。
3. Set状态：当输入信号触发后，双稳态开关会进入Set状态，这时其输出为高电平。
在Set状态下，开关会保持在这个状态，不受输入信号的影响。
4. Reset状态：当输入信号再次触发时，双稳态开关会进入Reset状态，这时其输出为低电平。
在Reset状态下，开关会
保持在这个状态，不受输入信号的影响。
5. 稳定状态：在Set或Reset状态下，双稳态开关会一直保持
在对应状态，不会自动切换。
只有再次触发输入信号，开关才能切换到另一种状态。
通过控制输入信号的触发时机，可以实现双稳态开关的状态切换。
这种特性使得双稳态开关可以用于存储和处理数字信息，例如在计算机内存中保存和读取数据。
双稳态多谐振荡器电路及应用
什么叫双稳态多谐振荡器?
双稳态多谐振荡器又称正反器，此种电路具有两个稳定状态，其中任一个三极管ON时，另一个一定OFF，若无任何触发信号输入，此一状态便恒定不变。
若触发信号使原来ON的变成OFF，则原来OFF的必转为ON，此种状态会继续保持至下一触发信号。
双稳态多谐振荡器电路及工作原理
如图一所示，虽然Q1 Q2使用相同编号晶体管，偏压条件相同，但因晶体电流增益β的差异，必定有一三极管会进入饱和状态VCE=0.2V。
另一三极管在无法获得偏压状况下，会被强迫截止。
在此假设Q1 ON、Q2 OFF，C1充电至VCC，C2=0，当输入负脉冲信号至二个三极管基极时，Q1 Q2同时OFF，Q2因为重新获得偏压而导通，Q1因电容电压VC1 =VCC，无法马上获得偏压，所以Q2 ON而迫使Q1 OFF后，C1经RB2放电，C2充电至VCC。
当第二个负脉冲进入时，状况相反使Q1 ON，Q2 OFF，如此周而复始，若无输入信号则电路保持当时状态，所以正反器有记忆作用。
图二为其波形。
图一双稳态震荡器
图二
双稳态多谐振荡器应用
开关电路:
当按下S1时VT1为OFF VD1灭，VT1为ON VD2亮，放开S1后，保持这个状态
当按下S2时VT1为ON VD1亮，VT1为OFF VD2灭，放开S2后，保持这个状态
图3
直流电机正反转电路
下面这个驱动继电器用于控制电机正反转
图4
本文来自: 原文网址：/sch/jcdl/0082121.html。
最简单的双稳态电路电路是电子学中的重要概念，它由多个元器件组成，可以实现各种功能。
在电路中，双稳态电路是一种特殊的电路，它可以同时存在两种稳定状态。
在这篇文章中，我们将介绍最简单的双稳态电路。
什么是双稳态电路？在电路中，稳态是指电路中各个电量（电压、电流等）的数值保持不变的状态。
在双稳态电路中，电路可以同时存在两个稳定状态，即电路可以在两种状态之间自由切换。
这种电路在电子学中应用广泛，比如在计算机内存中，存储器单元的状态就是双稳态的。
双稳态电路的实现实现双稳态电路有多种方法，其中最简单的一种是使用一个晶体管和两个电阻器。
如图所示：这个电路中，晶体管的发射极连接一个电阻器R1，集电极连接一个电阻器R2。
电路的输入端连接一个电压源U1，输出端接一个负载电阻R3。
这个电路的输出电压可以分为两种状态：高电平（Vcc）和低电平（0V）。
当输出电压为高电平时，晶体管处于饱和状态，输出端的电压接近电源电压U1，此时电路中的电流主要通过R3和晶体管流过负载电阻。
当输出电压为低电平时，晶体管处于截止状态，输出端的电压接近0V，此时电路中的电流主要通过R1、R2和负载电阻流过。
因为电路中存在正反馈，所以电路可以在这两种状态之间自由切换。
如何设计双稳态电路？设计双稳态电路需要考虑多个因素，比如电路的稳定性、电路的灵敏度、电路的功耗等。
在本文中，我们只介绍最简单的双稳态电路的设计方法。
首先，我们需要确定电路的输入电压范围和输出电压范围。
在上面的电路中，输入电压范围是0V~U1，输出电压范围是0V~Vcc。
其次，我们需要选择晶体管的型号和电阻器的阻值。
在这个电路中，晶体管的型号可以选择BC547或者2N3904，电阻器的阻值可以选择1kΩ。
接下来，我们需要计算电路的工作点。
工作点是指电路在稳定状态下的电压和电流数值。
在这个电路中，工作点可以通过计算晶体管的基极电压和发射极电流得到。
实验四双稳态触发器功能及应用一、实验目的1．掌握两种基本RS触发器的构成、集成JK和D触发器的逻辑功能测试、触发方式和使用方法。
2．掌握触发器之间的相互转换。
3．掌握时序逻辑电路的分析方法与步骤，并通过实验进行逻辑功能验证。
4．学会应用双稳态触发器设计电路。
二、实验任务（建议学时：2学时）（一）基本实验任务1. 两种基本RS触发器逻辑功能测试；2. D触发器（74LS74）的逻辑功能测试；3. JK触发器（74LS112）的逻辑功能测试；4. 用JK触发器构成D、T、T＇触发器，并验证其逻辑功能；（二）扩展实验任务（电类本科生1、2、3项必选一个，4、5项必选一个，非电类本科生1、2、3项任选一个）1. 对图4-5所示时序逻辑电路1进行分析，画出电路的状态表，并说明该电路实现的逻辑功能是什么？请根据电路原理图在实验室完成电路连线，并验证你的结论。
2. 对图4-6 异步时序逻辑电路2进行分析，画出电路的状态表，并说明该电路实现的逻辑功能是什么？请根据电路原理图在实验室完成电路连线，并验证你的结论。
3. 对图4-7 异步时序逻辑电路3进行分析，画出电路的状态表，并说明该电路实现的逻辑功能是什么？请根据电路原理图在实验室完成电路连线，并验证你的结论。
4.使用D触发器设计一个四位同步加法计数器（可适当增加必要的基本门电路），并验证其逻辑功能。
5.根据图4-9所示电路及工作原理，使用D触发器将图中的控制电路设计出来，以实现图4-9电路的功能。
三、实验原理触发器（Flip-flop）简称FF。
按电路结构分为：基本RS触发器（又称RS锁存器）、同步触发器、主从触发器（Master-Slave FF）、边沿触发器（Edge-Triggered）、维持阻塞触发器等，不同电路结构的触发器有不同的动作特点。
按逻辑功能分为：RS触发器（RS锁存器）、D触发器、JK触发器、T和T′触发器等。
1）基本RS触发器动作特点：基本RS触发器，其输出端和Q′状态由输入信号R和S来决定，当输入信号R和S发生变化时，输出端Q和Q′的状态作相应的变化。
双稳态电路原理及设计、实际应用
一、工作原理
图一为双稳态电路，它是由两级反相器组成的正反馈电路，有两个稳定状态，或者是BG1导通、BG2截止；或者是BG1截止、BG2导通，由于它具有记忆功能，所以广泛地用于计数电路、分频电路和控制电路中。
原理，图2（a）中，设触发器的初始状态为BG1导通，BG2截止，当触发脉冲方波从1端输入，经CpRp微分后，在A点产生正、负方向的尖脉冲，而只有正尖脉冲能通过二极管D1作用于导通管BG1的基极是。
ic1减小使BG1退出饱和并进入放大状态，于是它的集电极电位降低，经电阻分压器送到截止管BG2的基极，使BG2的基极电位下降，如果下降幅度足够时，BG2将由截止进入放大状态，因而产生下列正反馈过程（看下列反馈过程时，应注意：在图一的PNP电路中，晶体管的基极和集电极电位均为负值，所以uc1↓，表示BG1集电极电位降低，而uc1↑则表示BG1集电极电位升高，当BG1基极电位降低时，则ic1↑，反之当BG1基极电位升高时，ic1↓，ic1越来越小，ic2越来越大，最后到达BG1截止、BG2导通；接差触发脉冲方波从2端输入，并在t=t2时，有正尖脉冲作用于导通管BG2的基极，又经过正反馈过程，使BG1导通，BG2截止。
以后，在1、2端的触发脉冲的轮流作用下，双稳电路的状态也作用相应的翻转，如图一（b）所示。
图一、双稳态电路
由上述过程可见：（1）双稳态电路的尖顶触发脉冲极性由晶体管的管型决定：PNP管要求正极性脉冲触发，而NPN管却要求负极性脉冲触发。
（2）每触发一次，电路翻转一次，因此，从翻转次数的多少，就可以计算输入脉冲的个数，这就是双稳态电路能够计算的原理。
双稳态电路的触发电路形式有：单边触发、基极触发、集电极触发和控制触发等。
图二给出几种实用的双稳态电路。
电路（a)中D3、D4为限幅二极管，使输出幅度限制在-6伏左右；电路（b）中的D5、D6是削去负尖脉冲；电路（C）中的ui1、ui2为单触发，ui为输入触发表一是上述电路的技术指标。
图二、几种实用的双稳态电路
表一几种双稳态触发器的技术指标
图二(a) (b) (c) (d)
管型二极管2AP3 2AP15 2AK1C 2AK17 三极管3AX31B 3AG40 3AK20 3DK3B
信号电平“0”（无信号）（V）0 0 0 +6 “1”（有信号）（V）-6 -6 -9 0
工作频率（KHz）10 600 1000 8000
抗干扰电压（V）≥1≥1.5≥20.8-1
触发灵敏度（V) ≤4≤4.8≤7 2.5
输出端的吸收能力（mA) ≤4≤6.7≤210
输出端的发射能力（mA) ≤44≤12≤127
输出脉冲的上升时间（μs） 2 ≤0.30≤0.1≤0.1
输出脉冲的下降时间（μs） 2 ≤0.36≤0.15≤0.1
对β值的要求＞50 50-80 60-90 ＞50
元件参数的允许化△β＜10,±5% △β＜10,±5% △β＜10,±5% △β＜10,±5% 电源电压的波动范围±5% ±5% ±5% ±5%
工作温度范围（℃）0-40 -10-55 -20-50 -10-55
二、双稳态电路的设计
图三、双稳态的设计电路
双稳态设计电路见表二 表二 双稳态电路的设计公式及计算实例
要求 （1）输出幅度Um=6V ,（2）上升时间，tr≤100nS （3）最高工作频率fmax=1MHz 步骤
计算公式
计算实例
选择晶体管 若工作频率高时，应选用高速硅开关管 若工作频率低可选用低频硅或锗管 现选3DK ，β=50 二极管选用2CK10
选择电源电压 图3为设计电路，故应确定ED 、EC 、EB ∵采用箝位电路，故选ED≈Um ∴ED=6V ，Ec=2ED=12v,Eb=-12 计算Rc Rc ＜Ec/ED tr/CL
CL 为集电极对地的电容（包括加速电
容、分布电容、后级输入电容） 现设CL=180pF
Rc ＜12/6 100×10/180×10=1.1kΩ
计算Rk 、
RB
为保证可靠截止，应满足：
Uces-[(EB+Uces)/(RK+RB)]RK ＜Ubeo 为保证可靠饱和，应满足： β{[(Uco -Ubes)/RK]-[(EB+Ubes)/RB]}＞[(Ec-Uces)/Rc]+IL 式中：Uces 为饱和电压，对硅管Uces≈(0.3～0.4)V Ubeo 为截止管临界电压，Ube o≈0.2V Uco 为截止管的集电极电压，应取：Uco=ED+(箝位管正向压降）IL 为双稳电路灌入负截电流 现选Uces=0.4V ,Ubeo=0.2V 0.4-[(12+0.4)/(Rk+RB)]Rk ＜0.2 ∴RB ＜61RK (A) 现设IL=100mA,Ueo=6+0.4=6.4V
50[(6.4-0.7)/RK]-[(12+0.7)/RB]＞
[(12-0.4)/1]+10
∴RB ＞12.7RK/(5.7-0.43RK (B)
若选RK=6.8k 由（A ）算得RB ＜415K ，由(B)式算得RB ＞31K ，故选RB=39K 选择CrRr
RrCr≤1/2fmax,通常Cr 为几十pF
现选Cr=51pF
∴Rr≤1/6×1051×10=3.2k 故选Rr=2.4k
选择加速电容CK 对合金管CK 为几百pF 对高频外延管CK 为几十pF 现选Ck=51pF 计算结果标在图三中
三、双稳态电路应用——单键、双键触发开关。
