单稳态触发器

1、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，由丁电路中 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丁 RC电路的参数值。单稳态触发器的这些特点被广泛地应用丁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 R胡禺合的，由丁 RCt路为微分电路的形式，

2、 故称为微分型单稳态触发器。下面以 CMOSE非门构成的单稳态触发器为例，来 说明它的工作原理。没有触发信号时，电路处丁一种稳态没有触发信号时，为低电平。由丁门G?输入端经电阻r接至矿加,因此 临 为低电平 ； 5的两个输入均为0,故输出*1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，电路一直处丁这个状态：OH, *应二心。 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态当*时，§的输出*1由1 0,经电容C耦合，使吟=。，丁是Gm勺输出V02=1,的高电平接至 G门的输入端，从而再次瞬间导致如下反馈过程：胪T 七1 J Vxl T%T tI这样4导通G截至在瞬

3、间完成。此时，即使触发信号 *撤除（ 二 °）, 由丁 V以的作用，41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，V广加，吻= Gr。 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G的导通工作管对电容C充电，随着充电时 间的增加V。增加，*升高，使 * =匕时，电路发生下述正反馈过程（设此 时触发器脉冲已消失）：C 充电TVaiTt IGi迅速截止，G很快导通，电路从暂稳态返回稳态。%=板 临二灼。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。图6

4、.8微分型单稳态触发器各点工作波形2.主要参数的计算输出脉冲宽度如暂稳态的维持时间即输出脉冲宽度 帕，可根据 昨的波形进行计算。为了计算 方便，对丁图6.8的波形，将触发脉冲作用的起始时刻 1作为时间起点，丁是 有*何）=。*间=岛&二肮根据RC电路瞬态过程分析，可得到W廿）也"卜眼尸当L 'W时,V如住V、代入上式可求得.广 RC ln L当临=么/2，贝U '?0.7RC 恢复时间4暂稳态结束后，还需要一段恢复时间，以便电容C在暂稳态期间所充的电荷释放 完，使电路恢复到初始状态。一般要经过 3 h （ 为放电时间常数）的时间， 放电才基本结束，故 4约为3

5、勺。（3）最局工作频率 X曜设触发信号 *的时间间隔为T,为使单稳电路能正常工作，应满足T>如+ 4的 条件，即最小时间间隔+ 4。因此，单稳态触发器的最高工作频率为1 .匕：'J-. <上述关系式是在作了某些近似值后得到的（例如，忽略了导通管的漏源电阻等）， 因而只能作为选择参数的初步依据，准确的参数还要通过实验调整得到。3.讨论（1）如图6.8所示，在暂稳态结束（）瞬间，G的输入电压*力+临。 为避免高的输入电压 *损坏CMO$。，在CMO器件内部设有保护二极管 D,如 图6.7（b）中的虚线所示。在电容C充电期间，二极管D开路。而当 时，D 导通，丁是 *被钳制在 +

6、0.6V的电位上（见图6.8中的虚线）。同时，在 恢复期间，电容C放电的时间常数 勺=（R I %）C（勺为二极管D的正向电 p阻），由丁 ?月，因此电容放电的时间很短。(2)当输入*的脉冲宽度 勺i如时，则在 弗变为低电平后，4没有响应, 不能形成前述的正反馈过程，使 晚的输出边沿变缓。因此，当输入脉冲宽度 & 很宽时，可在单稳态触发器的输入端加入&、G组成的微分电路。同时为了改善输出波形，可在图6.7中的G?输出端再加一级反相器 Q ,如图6.9所示。图6.9宽脉冲触发的单稳电路(3)若采用TTL与非门构成如图6.7(a)所示的单稳电路时，由丁 TTL门存在输 入电流，因此

7、，为了保证稳态时 G?的输入为低电平，电阻r要小丁 0.7k Q。如 果输入端采用 肉，乌微分电路时， 肉的数值应大丁 2k Q，使得稳态时 " 丁门4的开门电平( 灼)，而CMOS由丁不存在输入电流，故不受此限制。二、集成单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器虽然电路简单，但输出脉宽的稳定性差，调节范围 小，且触发方式单一。为适应数字系统中的广泛应用，现已生产出单片集成单稳态 触发器。可重复触发 集成单稳态触发器-一不可重复触发两种不同触发特性的单稳态触发器的主要区别是：不可重复触发单稳态触发器， 在进入暂稳态期间，如有触发脉冲作用，电路的工作过程不受其影响，只有当电 路的暂稳态结

8、束后，输入触发脉冲才会影响电路状态。电路输出脉宽由R、C参数确定。可重复触发单稳态触发器在暂稳态期间，如有触发脉冲作用，电路会重新被触发, 使暂稳态继续延迟一个'a时间，直至触发脉冲的间隔超过单稳输出脉宽，电路 才返回稳态。两种单稳态触发器的工作波形分别如图6.10所示(a)不可重复触发单稳态触发器工作波形(b)可重复触发单稳态触发器工作波形图6.10两种单稳电路工作波形1.不可重复触发的集成单稳态触发器磁诗论疝*“i岫虽鞋瓠漕懦旗薪5图6.11 74121逻辑图74121引脚图74121是一种不可重复触发集成单稳态触发器， 其逻辑图和引脚图分别如上图所 示。(1)电路组成及工作原理电

9、路由触发信号控制电路、微分型单稳态触发器及输出缓冲电路组成。将具有迟滞特性的非门 G&与4门合起来看成是一个或非门，它与 G门及外 接电阻(或 虹)、电容°蔬即组成微分型单稳态触发器，其电路工作原 理与微分型单稳态触发器基本相同。电路只有一个稳态, 0 = 1。当图中a点有正脉冲触发时，电路进入暂稳态 Q=1 , Q二。Q为低电平后是触发信 号控制电路中RC触发器的G?门输出低电平，将 G*门封锁，这样即使有触发 信号输入，在a点也不会产生微分型单稳态触发器的触发信号，只有等电路返回稳态后，电路才会在输入触发信号作用下被再次触发，根据上述分析，电路m不可重复触发单稳态触发器。

10、(2)触发与定时?触发方式74121集成单稳态触发器有3个触发输入端，由触发信号控制电路分析可知，在 下述情况下，电路可由稳态翻转到暂稳态：l若4、也两个输入中有一个或两个为低电平，B发生由0到1的正跳变。l若B和&、也中的一个为高电平，输入中有一个或两个产生由1到0的负跳变。74121的功能如表1所示。表1 74121功能表A他一出iB0LXXII1LXXLJC11J >!LJJJJJHHL'f H 一HIIttLLL"几几H¥ITIT IT U?定时单稳电路的定时取决丁定时电阻和定时电容的数值。 74121的定时电容连接在芯 片的10、11引脚之间

11、。若输出脉冲宽度较宽，而采用电解电容时，电容 C的正极接在输入端（10脚）。对丁定时电阻，使用者可以有两种选择：l利用内部定时电阻（2k Q），此时将9号引脚（&）接至电源 %14脚）。l采用外接定时电阻（阻值在1.440k Q之间），此时9脚应悬空，电阻接在 11、14脚之间。74121的输出脉冲宽度通常R的数值取在230kQ之间，C的数值取在10pF此间，得到的取值范围可达到 一一 nsmso上式中的R可以是外接电组 "前，也可以是芯片内部电阻 &上（约2kQ）,如希望得到较宽的输出脉冲，一般使用外接电阻。2.可重复触发集成单稳态触发器以常用CMO桀成器件MC14

12、52物例，介绍可重复触发单稳态触发器工作原理。该器件的逻辑图和引脚图分别如图 6.12所示。由图可见，电路主要有三态门，积分电路、控制电路组成的积分型单稳态触发器 及输出缓冲电路组成。1IMS工令匡-国MZSRLTff.mQ V i Ife i 2 1 J 国可一(a)逻辑图(b)引脚图图6.12集成单稳态触发器 MC14528(1)稳态令*广，无触发信号时丁艮+ = 1,肌二，设接通电源后电容还未充电，=0V,此时 &输出%一定为高电平。若 %为低电平，则在与 农"板的共同 作用下， 乌输出低电平并使 G,输出高电平， G输出低电平，丁是V04被置 为高电平，这样图中*广弓

13、，"1广国，4、 4同时截止，矿溯经向 。网充电，当V。大于 谿时,Q=0, 2=1,电路处丁稳态。同样，当 &)=', 输入信号 风二，顶_ = 0时，4门输出低电半使G7门组成的基本RS触发器的v07为低电平，经 Gg反相后使v M处丁高电平。电路维持稳态 小变。(2)触发与定时以RT,端加正触发脉冲情况为例说明电路触发工作情况。在,职一端上升沿到来时 咆%，由丁血=矿或 ，丁是G10输出* =灼T, 上导通，°雨开始放电,当匕下降至 军门的阈值电压K出时，电路进入暂 态。=1。二。此暂态不能持续下去，当 匕进一步下降至 4门的阈值电压 匕触时，Gg门输

14、出低电平.，经 4使G、 Gq组成的基本RS触发器的输 出高电平，G0输出为低电平，这样 以乂截止,C乂重新开始充电，当 匕值 大于 傀门的阈值电压 K湛时，电路自动返回到稳态，即 Q-Q = 1的状态, °网继续充电至 命刀以后电路乂恢复为稳态。MC1452助能表如下表所示。电路 工作波形如图6.13所示。图6.13 MC14528X作波形1Lo 5LXX1 E.Hit*LNHi*11H而1IL TILIL TMC1452助能表由图6.13可见，输出脉宽 匕等丁，。由 焰下降至 媪的时间与 4由 原充 电至K旅两个时间之和。为获得较宽的输出脉冲，一般都将设计得较高而将K触设计得较低

15、。为说明MC14528勺可重复特性，分析图中 h% 时的工作情况。如前所述，在 5时刻电路被触发进入暂态，电容很快放电后，乂进入充电状态。当 尚未充 至 七13时，时刻电路被再次触发，G?门的低电平使 "脚-L，门Go 输出高电平，4管导通，电容c乂放电，当放电使。（! << K的时，Gm门输出低电平， &管截止，电容乂充电，一直充到且在无触发信号作用时，电路才返回至稳态。显然，在这两个重复脉冲触发下，输出脉冲宽度5,二L+质。这种可重复触发单稳态可利用在暂稳态加触发脉冲的方法增加输出脉宽。三、单稳态触发器的应用单稳态触发器是数字电路中常用的基本单元电路，典型应用

16、介绍如下： u定时由丁单稳态触发器能生产一定宽度 的矩形输出脉冲，如利用这个矩形脉冲作 为定时信号去控制某电路，可使其在 岫时间内动作（或不动作）。例如，利用单稳输出的矩形脉冲作为与门输入的控制信号(见下图)，则只有这个矩形波的 如时间内，信号 *才有可能通过与门图6.14单稳态触发器作定时电路的应用(a)逻辑图(b)波形图u延时单稳态触发器的延时作用不难从图 6.8所示微分型单稳态触发器的工作波形可 看出。图中输出端的 *1上升沿相对输入信号 V的上升沿延迟了 上一段时间。 单稳态的延时作用常被应用丁时序控制。u多谐振荡器利用两个单稳态触发器可以构成多谐振荡器。有两片74121集成单稳态触发

17、器组 成的多谐振荡器如图6.15所示，图中开关S为振荡器控制开关。设当电路处丁 Q 1=0,Q ；=0时，将开关S打开，电路开始振荡，其工作过程如 下：在起始时，单稳态触发器I的A 1为低电平，开关S打开瞬间,B端产生正跳变, 单稳I被触发，姑输出正脉冲，其脉冲宽度0.7R lc 1,当单稳I暂稳态结束的下跳沿乂触发时，Cl的下跳沿触发单稳u , Q端输出正脉冲，此后,单稳I ,如此周而复始地产生振荡，其振荡周期为7= 0,7（RiC+&C?）I珀图6.15由单稳态触发器构成的多谐振荡器u噪声消除电路利用单稳态触发器可以构成噪声消除电路 （或称脉宽鉴别电路）。通常噪声多表 现为尖脉冲，宽度较窄