【2017年整理】单稳态触发器

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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

2、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。 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：, 。 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

3、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， ， 。 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。图 6.8 微分型单稳态触发器各点工作波形2. 主要参数的计算(1) 输出脉冲宽度 暂稳态的维持时间即输出脉冲宽度 ，可根据

4、的波形进行计算。为了计算方便，对于图 6.8 的波形，将触发脉冲作用的起始时刻 作为时间起点，于是有根据 RC 电路瞬态过程分析，可得到当 时， ，代入上式可求得RC ln 当 = /2，则 0.7RC (2)恢复时间 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 ( 为放电时间常数)的时间，放电才基本结束，故 约为 3 。(3)最高工作频率 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 + 的条件，即最小时间间隔 + 。因此，单稳态触发器的最高工作频率为时，则在 变为低电平后， 没有响应，不能形成前述的

5、正反馈过程，使 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 、 组成的微分电路。同时为了改善输出波形，可在图 6.7 中的 输出端再加一级反相器 ，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，由于 TTL 门存在输入电流，因此，为了保证稳态时 的输入为低电平，电阻 R 要小于0.7k。如果输入端采用 , 微分电路时， 的数值应大于 2k，使得稳态时 大于门 的开门电平( )，而 CMOS 门由于不存在输入电流，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

6、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 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

7、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 与 门合起来看成是一个或非门，它与 门及外接电阻 （或 ）、电容 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 , 。当图中a 点有正脉冲触发时，电路进入暂稳态 , 。 为低电平后是触发信号控制电路中

8、RC 触发器的 门输出低电平，将 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，电路属于不可重复触发单稳态触发器。（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 、 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 、 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 定时

9、单稳电路的定时取决于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。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）。对于定时电阻，使用者可以有两种选择：l 利用内部定时电阻(2k),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 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 K 之间，C 的数值取在 pF F 之间，得到的取值范围可达到 ns ms。上式中的 R 可以是外接电组 ，也可以是芯片内部电阻 （约 2k），如希望得

10、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 CMOS 集成器件 MC14528 为例，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。(a)逻辑图 (b)引脚图图 6.12 集成单稳态触发器 MC14528(1) 稳态令 ，无触发信号时 1， ,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 = 的共同作用下， 输出低电平并使 输出高电平， 输出低电平，于是 v04 被置为高电平，这样图中 , , 、

11、同时截止， 经 向 充电，当 大于 时，Q=0, =1,电路处于稳态。同样，当 ，输入信号 ， 0 时， 门输出低电平，使 、 门组成的基本 RS 触发器的 v07 为低电平，经 反相后使 v 处于高电平。电路维持稳态不变。（2）触发与定时以 ， ， 端加正触发脉冲情况为例说明电路触发工作情况。在 端上升沿到来时 ，由于 ，于是 输出 = ， 导通， 开始放电，当 下降至 门的阈值电压 时，电路进入暂态 。此暂态不能持续下去，当 进一步下降至 门的阈值电压 时， 门输出低电平，经 使 、 组成的基本 RS 触发器的 输出高电平， 输出为低电平，这样 又截止， C 又重新开始充电，当 值大于 门

12、的阈值电压 时，电路自动返回到稳态，即 的状态，继续充电至 以后电路又恢复为稳态。 MC14528 功能表如下表所示。电路工作波形如图 6.13 所示。图 6.13 MC14528 工作波形MC14528 功能表由图 6.13 可见，输出脉宽 等于 由 下降至 的时间与 由 充电至 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 设计得较低。为说明 MC14528 的可重复特性，分析图中 时的工作情况。如前所述，在 时刻电路被触发进入暂态，电容很快放电后，又进入充电状态。当 尚未充至 时，时刻电路被再次触发， 门的低电平使 ，门 输出高电平， 管导通，电容 C 又放电，当放电使

13、时， 门输出低电平， 管截止，电容又充电，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 。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，典型应用介绍如下：u 定时由于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 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 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

14、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 上升沿相对输入信号 的上升沿延迟了 一段时间。单稳态的延时作用常被应用于时序控制。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。设当电路处于 Q =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 为低电平，开关 S 打开瞬间，B 端产生正跳变，单稳 I 被触发， 输出正脉冲，其脉冲宽度 0.7R C ，当单稳 I 暂稳态结

15、束时， 的下跳沿触发单稳 ， 端输出正脉冲，此后， 的下跳沿又触发单稳 I，如此周而复始地产生振荡，其振荡周期为 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，而有用的信号都具有一定的宽度。利用单稳电路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号脉宽，即可消除噪声。由单稳态处发起组成的噪声消除电路及波形如图 6.15 所示。图 6.16 噪声消除电路(a)逻辑图 (b)波形图图中，输入信号接至单稳态触发器的触发输入端和 D 触发器的数据输入端及直接置 0 端。由于有用信号大于单稳态输出脉宽，因此单稳 输入上升沿使 D 触发器置 1，而当信号消失后，D 触发器被清 0。若输入中含有噪声，其噪声前沿使单稳触发翻转，但由于单稳输出脉宽大于噪声宽度，故单稳 输出上升沿时，噪声已消失，从而在输出信号中消除了噪声成分。