单稳态触发器
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单稳态触发器特点:
电路有一个稳态、一个暂稳态。
在外来触发信号作用下,电路由稳态翻转到暂稳态。
暂稳态不能长久保持,由于电路中RC延时环节的作用,经过一段时间后,电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间取决于RC电路的参数值。
单稳态触发器的这些特点被广泛地应用于脉冲波形的变换与延时中。
一、门电路组成的微分型单稳态触发器
1. 电路组成及工作原理
微分型单稳态触发器可由与非门或或非门电路构成,如下图。与基本RS触发器不同,
(a)由与非门构成的微分型单稳态触发器 (b)由或非门构成的微分型单稳态触发
图6.7微分型单稳态触发器
构成单稳态触发器的两个逻辑门是由RC耦合的,由于RC电路为微分电路的形式,故称为微分型单稳态触发器。下面以CMOS或非门构成的单稳态触发器为例,来说明它的工作原理。
⑴ 没有触发信号时,电路处于一种稳态
没有触发信号时, 为低电平。由于门 输入端经电阻R接至 ,因此
为低电平; 的两个输入均为0,故输出 为高电平,电容两端的电压接近0V,这是电路的“稳态”。在触发信号到来之前,电路一直处于这个状态: , 。
⑵ 外加触发信号,电路由稳态翻转到暂稳态
当 时, 的输出 由1 0,经电容C耦合,使 ,于是 的输出v02 =1, 的高电平接至 门 的输入端,从而再次瞬间导致如下反馈过程:
这样 导通 截至在瞬间完成。此时,即使触发信号 撤除( ),由于 的作用, 仍维持低电平。然而,电路的这种状态是不能长久保持的,故称之为暂稳态。暂稳态时,
, 。
⑶ 电容充电,电路由暂稳态自动返回至稳态
在暂稳态期间,电源经电阻R和门 的导通工作管对电容C充电,随着充电时间的增加 增加, 升高,使 时,电路发生下述正反馈过程(设此时触发器脉冲已消失):
迅速截止, 很快导通,电路从暂稳态返回稳态。 , 。
暂稳态结束后,电容将通过电阻R放电,使C上的电压恢复到稳定状态时的初始值。在整个过程中,电路各点工作波形如图6.8所示。
单稳态触发器与施密特触发器原理及应用
单稳态触发器原理及应用
多谐振荡器是一种自激振荡电路。因为没有稳固的工作状态,多谐振荡器也称为无稳态电路。具体地说,假如一开始多谐振荡器处于0状态,那么它在0状态停留一段时刻后将自动转入1状态,在1状态停留一段时刻后又将自动转入0状态,如此周而复始,输出矩形波。
图6.4.1 对称式多谐振荡器电路
对称式多谐振荡器是一个正反馈振荡电路[图6.4.1,]。和是两个反相器,和是两个耦合电容,和是两个反馈电阻。只要恰当地选取反馈电阻的阻值,就能够使反相器的静态工作点位于电压传输特性的转折区。上电时,电容器两端的电压和均为0。假设某种扰动使有微小的正跳变,那么通过一个正反馈过程,迅速跳变为,迅速跳变为,迅速跳变为,迅速跳变为,电路进入第一个暂稳态。电容和开始充电。的充电电流方向与参考方向相同,正向增加; 的充电电流方向与参考方向相反,负向增加。随着的正向增加,从逐步上升;随着的负向增加,从逐步下降。因为经和两条支路充电而经一条支路充电,因此充电速度较快,上升到时还没有下降到。上升到使跳变为。理论上,向下跳变,也将向下跳变。考虑到输入端钳位二极管的阻碍,最多跳变到。下降到使跳变为,这又使从向上跳变,即变成,电路进入第二个暂稳态。经一条支路反向充电〔实际上先放电再反向充电〕,逐步下降。经和两条支路反向充电〔实际上先放电再反向充电〕,逐步上升。的上升速度大于的下降速度。当上升到时,电路又进入第一个暂稳态。 此后,电路将在两个暂稳态之间来回振荡。
非对称式多谐振荡器是对称式多谐振荡器的简化形式[图6.4.6]。那个电路只有一个反馈电阻和一个耦合电容。反馈电阻使的静态工作点位于电压传输特性的转折区,确实是说,静态时,的输入电平约等于,的输出电平也约等于。因为的输出确实是的输入,因此静态时也被迫工作在电压传输特性的转折区。
图6.4.6 非对称是多谐振荡器电路
环形振荡器[图6.4.10]不是正反馈电路,而是一个具有延迟环节的负反馈电路。
详解单稳态触发器
单稳态触发器是脉冲和数字电路中的基本触发器之一。单稳态触发器的特点是只有一个稳定状态,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,并且在经过一段时间后,电路能够自动地回到稳定状态。
单稳态触发器在一个触发脉冲的作用下,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。
1.晶体管单稳态触发器
晶体管单稳态触发器电路如图9-2所示,由VT1、VT22个晶体管交叉耦合组成。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,电路具有了单稳态的特性。
图9-2 晶体管单稳态触发器
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2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图9-3所示。电源+VCC经R2为VT2提供基极偏流Ib2,VT2导通,其集电极电压Uc2=0V;VT1因无基极偏压而截止,其集电极电压Uc1=+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。
图9-3 稳定状态时的情况
(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Ui时,经C2、R6微分,负触发脉冲通过VD加至导通管VT2基极使其截止,Uc2=+VCC,并通过R4为VT1提供基极偏流Ib1,使VT1导通,Uc1从+VCC下跳为0V。
由于电容C1两端电压不能突变,所以在此瞬间VT2基极电压Ub2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,如图9-4所示。 图9-4 暂稳状态时的情况
可重触发单稳态触发器原理
可重触发单稳态触发器是一种常用的数字电路元件,它具有一种特殊的工作方式,能够在输入信号发生变化时产生一个固定的输出脉冲。本文将介绍可重触发单稳态触发器的原理及其在电路设计中的应用。
可重触发单稳态触发器由RS触发器和一个延时触发器组成。RS触发器是一种由两个互补反馈的逻辑门组成的电路,它能够存储一个比特的状态。延时触发器是一种能够延时输入信号的电路,它通常由一个RC电路和一个比较器组成。
可重触发单稳态触发器的工作原理如下:当输入信号发生变化时,RS触发器的状态会发生改变,从而导致输出信号的变化。延时触发器负责延时输入信号,使得输出信号在一定时间后才发生变化。当输入信号再次发生变化时,RS触发器的状态会再次改变,但由于延时触发器的延时作用,输出信号不会立即改变,而是在延时时间后才会发生变化。这样就实现了可重触发的功能。
可重触发单稳态触发器在数字电路设计中有着广泛的应用。它常用于脉冲信号的处理和时序控制电路中。在脉冲信号的处理中,可重触发单稳态触发器可以将输入的短脉冲信号转换为固定宽度的脉冲信号,从而方便后续电路的处理。在时序控制电路中,可重触发单稳态触发器可以实现延时和定时功能,控制电路的执行时间和顺序。
除了在数字电路设计中的应用,可重触发单稳态触发器还可以用于模拟电路中。在模拟电路中,可重触发单稳态触发器可以实现信号的延时和重构,从而提高电路的稳定性和可靠性。
总的来说,可重触发单稳态触发器是一种重要的数字电路元件,它具有可重触发的特性,能够在输入信号发生变化时产生一个固定的输出脉冲。它在数字电路设计和模拟电路中有着广泛的应用。通过学习和理解可重触发单稳态触发器的原理和工作方式,我们可以更好地应用它来解决实际问题,提高电路的性能和可靠性。