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单稳态电路

单稳态电路 (monostable circuit) 是一种具有稳态和暂态两种工作状态的基本脉冲单元电路。没有外加信号触发时,电路处于稳态。在外加信号触发下,电路从稳态翻转到暂态,并且经过一段时间后,电路又会自动返回到稳态。暂态时间的长短取决于电路本身的参数,而与触发信号作用时间的长短无关。

  原理

  单稳态电路可以由分立元件、集成逻辑门来构成,也可用555定时器或单片专用单稳态触发器实现。

  集-基耦合单稳态触发器

  电路如图1(a)所示。合理选择电路参数,使稳态时VT1饱和、VT2截止。当外加触发脉冲下降沿到来时,通过微分电路,二极管VD导通,uB1下降、uC1上升、uB2上升、uC2下降、uB1又继续下降,产生正反馈,使电路迅速翻转到VT1截止、VT2饱和的暂态。随着电容器C上电压通过VT2的放电,uB1上升。当它上升到VT1管的导通电压时,电路又一次产生正反馈,使VT1饱和、VT2截止。当C再次充电到稳态时的电荷值后,触发器回到稳态。工作波形如图1(b)所示。Q端输出脉冲宽度tw=0.7Rb1C。

  微分型单稳态电路

  由两个集成逻辑门及RC微分电路构成,如图2(a)所示。Rd、Cd为输入微分隔直电路。R、C是决定输出脉冲宽度的定时元件。稳态时G1导通、G2截止,uO=UOH。当uI有负脉冲触发时,G1截止,因为电容C上的电压不能突变,所以G2导通,电路进入暂态,电容器C由G1的输出电压经电阻R开始充电。随着C两端电压的升高,u12下降。当u12下降到G2的阈值电平时,G2开始截止,电路产生正反馈,迅速使G1导通、G2截止。当电容C上的电荷恢复到稳态值后,电路又回到稳态。该电路的输出脉冲宽度为:tw=(R+ R0)Cln(·)其中,R0为G1的高电平输出电阻。

  集成单稳态电路

  分成两类:一类是可重触发的;一类是不可重触发的。前者是指在电路第一次触发后的暂态期间,允许再次被触发,后者则不允许,即第二次触发无效。

  集成单稳态电路常设有若干个触发输入端,包括正边沿触发端及负边沿触发端。某些电路的内部还附加了一个施密特触发器,用以改善输入触发脉冲的边沿。此外,还常设有置0输入端。因此,使用灵活、方便。

  积分型单稳态电路

  由两个集成逻辑门及RC积分电路构成,如图2(b)所示。稳态时G1、G2同时截止,u01、uA、u0均为高电平。当uI正脉冲到来时,G1导通,立即使u0=U0L,电路进入暂态。随着电容C通过G1的放电,uA不断下降。当uA=UTH时,G2截止,u0回到高电平。当uI由高电平变低电平后,G1截止,电容C由G1的输出电压经电阻R充电,在uA恢复到高电平UOH时,电路回到稳态。该电路适用于宽的正脉冲触发,输出脉冲宽度为:tw=(R+ R0)Cln其中,R0为G1的低电平输出电阻。

  状态

  双稳态电路有两个稳定状态,一个输出端和两个输入端(“+”、“-”端各一个),当输入端的“+”端有触发信号时,输出端不管原来是什么状态,都会立即变为高电平,且一直稳定地输出高电平。如果当输入端的“-”端有触发信号时,输出端不管原来是什么状态,都会立即变为低电平,且一直稳定地输出低电平。触发翻转后会一直保持,有记忆效用,一般作存储器或计数器。

  我们知道,数字电路的信号只有两种状态:逻辑低与逻辑高,即通常所说的0状态与1状态,或者0电平与1电平。

  定义

  单稳电路指的是该电路的输出信号只能在一种状态(逻辑高或低)下是稳定的,而当电路的输出处在另一种状态下时不能稳定的保持住,会自动的回到稳定的状态。

  当然,双稳电路就是说电路的输出信号在两种状态下(0或1)都可以稳定的存在。

  应用

  单稳电路的应用是十分广泛的,一般用来产生一定时间宽度的(正或负)脉冲信号。

  单稳(电路)触发器同“RS触发器”、“JK触发器”、“D触发器”等(后几种为双稳态的触发器)构成数字电路中基本的触发器类型,单稳电路也是数字电路中的基本电路。

  注:在看数字电路的资料时,有时看到“三态”的字样,三态指的是除了前面说的逻辑状态0、逻辑状态1以外,还有称为“高阻态”的第三种的状态。“高阻态”指(信号)线呈高阻抗状态,就象信号线“断开”一样。“高阻态”应理解为“电路”的一种状态而不是“信号”的一种状态(数字信号只有0或1)。


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