單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點：電路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài)。在外來觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)不能長久保持，由丁電路中 RC延時環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過一段時間后，電路 會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決丁 RC電路的參數(shù)值。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的這些特點被廣泛地應(yīng)用丁脈沖波形的變換與延時中。一、門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成及工作原理微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可由與非門或或非門電路構(gòu)成，如下圖。與基本RS觸發(fā)器不同，(a)由與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (b)由或非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)圖6.7微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個邏輯門是由 R胡禺合的，由丁 RCt路為微分電路的形式，

2、 故稱為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。下面以 CMOSE非門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為例，來 說明它的工作原理。沒有觸發(fā)信號時，電路處丁一種穩(wěn)態(tài)沒有觸發(fā)信號時，為低電平。由丁門G?輸入端經(jīng)電阻r接至礦加,因此 臨 為低電平 ； 5的兩個輸入均為0,故輸出*1為高電平，電容兩端的電壓接近0V, 這是電路的“穩(wěn)態(tài)”。在觸發(fā)信號到來之前，電路一直處丁這個狀態(tài)：OH, *應(yīng)二心。 外加觸發(fā)信號，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)當(dāng)*時，§的輸出*1由1 0,經(jīng)電容C耦合，使吟=。，丁是Gm勺輸出V02=1,的高電平接至 G門的輸入端，從而再次瞬間導(dǎo)致如下反饋過程：臚T 七1 J Vxl T%T tI這樣4導(dǎo)通G截至在瞬

3、間完成。此時，即使觸發(fā)信號 *撤除（ 二 °）, 由丁 V以的作用，41仍維持低電平。然而，電路的這種狀態(tài)是不能長久保持的， 故稱之為暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時，V廣加，吻= Gr。 電容充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回至穩(wěn)態(tài)在暫穩(wěn)態(tài)期間，電源經(jīng)電阻 R和門G的導(dǎo)通工作管對電容C充電，隨著充電時 間的增加V。增加，*升高，使 * =匕時，電路發(fā)生下述正反饋過程（設(shè)此 時觸發(fā)器脈沖已消失）：C 充電TVaiTt IGi迅速截止，G很快導(dǎo)通，電路從暫穩(wěn)態(tài)返回穩(wěn)態(tài)。%=板 臨二灼。暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容將通過電阻R放電，使C上的電壓恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)時的初始 值。在整個過程中，電路各點工作波形如圖6.8所示。圖6

4、.8微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器各點工作波形2.主要參數(shù)的計算輸出脈沖寬度如暫穩(wěn)態(tài)的維持時間即輸出脈沖寬度 帕，可根據(jù) 昨的波形進行計算。為了計算 方便，對丁圖6.8的波形，將觸發(fā)脈沖作用的起始時刻 1作為時間起點，丁是 有*何）=。*間=島&二骯根據(jù)RC電路瞬態(tài)過程分析，可得到W廿）也"卜眼尸當(dāng)L 'W時,V如住V、代入上式可求得.廣 RC ln L當(dāng)臨=么/2，貝U '?0.7RC 恢復(fù)時間4暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，還需要一段恢復(fù)時間，以便電容C在暫穩(wěn)態(tài)期間所充的電荷釋放 完，使電路恢復(fù)到初始狀態(tài)。一般要經(jīng)過 3 h （ 為放電時間常數(shù)）的時間， 放電才基本結(jié)束，故 4約為3

5、勺。（3）最局工作頻率 X曜設(shè)觸發(fā)信號 *的時間間隔為T,為使單穩(wěn)電路能正常工作，應(yīng)滿足T>如+ 4的 條件，即最小時間間隔+ 4。因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率為1 .匕：'J-. <上述關(guān)系式是在作了某些近似值后得到的（例如，忽略了導(dǎo)通管的漏源電阻等）， 因而只能作為選擇參數(shù)的初步依據(jù)，準確的參數(shù)還要通過實驗調(diào)整得到。3.討論（1）如圖6.8所示，在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束（）瞬間，G的輸入電壓*力+臨。 為避免高的輸入電壓 *損壞CMO$。，在CMO器件內(nèi)部設(shè)有保護二極管 D,如 圖6.7（b）中的虛線所示。在電容C充電期間，二極管D開路。而當(dāng) 時，D 導(dǎo)通，丁是 *被鉗制在 +

6、0.6V的電位上（見圖6.8中的虛線）。同時，在 恢復(fù)期間，電容C放電的時間常數(shù) 勺=（R I %）C（勺為二極管D的正向電 p阻），由丁 ?月，因此電容放電的時間很短。(2)當(dāng)輸入*的脈沖寬度 勺i如時，則在 弗變?yōu)榈碗娖胶螅?沒有響應(yīng), 不能形成前述的正反饋過程，使 晚的輸出邊沿變緩。因此，當(dāng)輸入脈沖寬度 & 很寬時，可在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加入&、G組成的微分電路。同時為了改善輸出波形，可在圖6.7中的G?輸出端再加一級反相器 Q ,如圖6.9所示。圖6.9寬脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)電路(3)若采用TTL與非門構(gòu)成如圖6.7(a)所示的單穩(wěn)電路時，由丁 TTL門存在輸 入電流，因此

7、，為了保證穩(wěn)態(tài)時 G?的輸入為低電平，電阻r要小丁 0.7k Q。如 果輸入端采用 肉，烏微分電路時， 肉的數(shù)值應(yīng)大丁 2k Q，使得穩(wěn)態(tài)時 " 丁門4的開門電平( 灼)，而CMOS由丁不存在輸入電流，故不受此限制。二、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雖然電路簡單，但輸出脈寬的穩(wěn)定性差，調(diào)節(jié)范圍 小，且觸發(fā)方式單一。為適應(yīng)數(shù)字系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已生產(chǎn)出單片集成單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器。可重復(fù)觸發(fā) 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器-一不可重復(fù)觸發(fā)兩種不同觸發(fā)特性的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要區(qū)別是：不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 在進入暫穩(wěn)態(tài)期間，如有觸發(fā)脈沖作用，電路的工作過程不受其影響，只有當(dāng)電 路的暫穩(wěn)態(tài)結(jié)

8、束后，輸入觸發(fā)脈沖才會影響電路狀態(tài)。電路輸出脈寬由R、C參數(shù)確定?？芍貜?fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間，如有觸發(fā)脈沖作用，電路會重新被觸發(fā), 使暫穩(wěn)態(tài)繼續(xù)延遲一個'a時間，直至觸發(fā)脈沖的間隔超過單穩(wěn)輸出脈寬，電路 才返回穩(wěn)態(tài)。兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形分別如圖6.10所示(a)不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形(b)可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖6.10兩種單穩(wěn)電路工作波形1.不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器磁詩論疝*“i岫雖鞋瓠漕懦旗薪5圖6.11 74121邏輯圖74121引腳圖74121是一種不可重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 其邏輯圖和引腳圖分別如上圖所 示。(1)電路組成及工作原理電

9、路由觸發(fā)信號控制電路、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及輸出緩沖電路組成。將具有遲滯特性的非門 G&與4門合起來看成是一個或非門，它與 G門及外 接電阻(或 虹)、電容°蔬即組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其電路工作原 理與微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器基本相同。電路只有一個穩(wěn)態(tài), 0 = 1。當(dāng)圖中a點有正脈沖觸發(fā)時，電路進入暫穩(wěn)態(tài) Q=1 , Q二。Q為低電平后是觸發(fā)信 號控制電路中RC觸發(fā)器的G?門輸出低電平，將 G*門封鎖，這樣即使有觸發(fā) 信號輸入，在a點也不會產(chǎn)生微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)信號，只有等電路返回穩(wěn)態(tài)后，電路才會在輸入觸發(fā)信號作用下被再次觸發(fā)，根據(jù)上述分析，電路m不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

10、(2)觸發(fā)與定時?觸發(fā)方式74121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有3個觸發(fā)輸入端，由觸發(fā)信號控制電路分析可知，在 下述情況下，電路可由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)：l若4、也兩個輸入中有一個或兩個為低電平，B發(fā)生由0到1的正跳變。l若B和&、也中的一個為高電平，輸入中有一個或兩個產(chǎn)生由1到0的負跳變。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"幾幾H¥ITIT IT U?定時單穩(wěn)電路的定時取決丁定時電阻和定時電容的數(shù)值。 74121的定時電容連接在芯 片的10、11引腳之間

11、。若輸出脈沖寬度較寬，而采用電解電容時，電容 C的正極接在輸入端（10腳）。對丁定時電阻，使用者可以有兩種選擇：l利用內(nèi)部定時電阻（2k Q），此時將9號引腳（&）接至電源 %14腳）。l采用外接定時電阻（阻值在1.440k Q之間），此時9腳應(yīng)懸空，電阻接在 11、14腳之間。74121的輸出脈沖寬度通常R的數(shù)值取在230kQ之間，C的數(shù)值取在10pF此間，得到的取值范圍可達到 一一 nsmso上式中的R可以是外接電組 "前，也可以是芯片內(nèi)部電阻 &上（約2kQ）,如希望得到較寬的輸出脈沖，一般使用外接電阻。2.可重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以常用CMO桀成器件MC14

12、52物例，介紹可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理。該器件的邏輯圖和引腳圖分別如圖 6.12所示。由圖可見，電路主要有三態(tài)門，積分電路、控制電路組成的積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 及輸出緩沖電路組成。1IMS工令匡-國MZSRLTff.mQ V i Ife i 2 1 J 國可一(a)邏輯圖(b)引腳圖圖6.12集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 MC14528(1)穩(wěn)態(tài)令*廣，無觸發(fā)信號時丁艮+ = 1,肌二，設(shè)接通電源后電容還未充電，=0V,此時 &輸出%一定為高電平。若 %為低電平，則在與 農(nóng)"板的共同 作用下， 烏輸出低電平并使 G,輸出高電平， G輸出低電平，丁是V04被置 為高電平，這樣圖中*廣弓

13、，"1廣國，4、 4同時截止，礦溯經(jīng)向 。網(wǎng)充電，當(dāng)V。大于 谿時,Q=0, 2=1,電路處丁穩(wěn)態(tài)。同樣，當(dāng) &)=', 輸入信號 風(fēng)二，頂_ = 0時，4門輸出低電半使G7門組成的基本RS觸發(fā)器的v07為低電平，經(jīng) Gg反相后使v M處丁高電平。電路維持穩(wěn)態(tài) 小變。(2)觸發(fā)與定時以RT,端加正觸發(fā)脈沖情況為例說明電路觸發(fā)工作情況。在,職一端上升沿到來時 咆%，由丁血=礦或 ，丁是G10輸出* =灼T, 上導(dǎo)通，°雨開始放電,當(dāng)匕下降至 軍門的閾值電壓K出時，電路進入暫 態(tài)。=1。二。此暫態(tài)不能持續(xù)下去，當(dāng) 匕進一步下降至 4門的閾值電壓 匕觸時，Gg門輸

14、出低電平.，經(jīng) 4使G、 Gq組成的基本RS觸發(fā)器的輸 出高電平，G0輸出為低電平，這樣 以乂截止,C乂重新開始充電，當(dāng) 匕值 大于 傀門的閾值電壓 K湛時，電路自動返回到穩(wěn)態(tài)，即 Q-Q = 1的狀態(tài), °網(wǎng)繼續(xù)充電至 命刀以后電路乂恢復(fù)為穩(wěn)態(tài)。MC1452助能表如下表所示。電路 工作波形如圖6.13所示。圖6.13 MC14528X作波形1Lo 5LXX1 E.Hit*LNHi*11H而1IL TILIL TMC1452助能表由圖6.13可見，輸出脈寬 匕等丁，。由 焰下降至 媼的時間與 4由 原充 電至K旅兩個時間之和。為獲得較寬的輸出脈沖，一般都將設(shè)計得較高而將K觸設(shè)計得較低

15、。為說明MC14528勺可重復(fù)特性，分析圖中 h% 時的工作情況。如前所述，在 5時刻電路被觸發(fā)進入暫態(tài)，電容很快放電后，乂進入充電狀態(tài)。當(dāng) 尚未充 至 七13時，時刻電路被再次觸發(fā)，G?門的低電平使 "腳-L，門Go 輸出高電平，4管導(dǎo)通，電容c乂放電，當(dāng)放電使。（! << K的時，Gm門輸出低電平， &管截止，電容乂充電，一直充到且在無觸發(fā)信號作用時，電路才返回至穩(wěn)態(tài)。顯然，在這兩個重復(fù)脈沖觸發(fā)下，輸出脈沖寬度5,二L+質(zhì)。這種可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)可利用在暫穩(wěn)態(tài)加觸發(fā)脈沖的方法增加輸出脈寬。三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是數(shù)字電路中常用的基本單元電路，典型應(yīng)用

16、介紹如下： u定時由丁單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能生產(chǎn)一定寬度 的矩形輸出脈沖，如利用這個矩形脈沖作 為定時信號去控制某電路，可使其在 岫時間內(nèi)動作（或不動作）。例如，利用單穩(wěn)輸出的矩形脈沖作為與門輸入的控制信號(見下圖)，則只有這個矩形波的 如時間內(nèi)，信號 *才有可能通過與門圖6.14單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作定時電路的應(yīng)用(a)邏輯圖(b)波形圖u延時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時作用不難從圖 6.8所示微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形可 看出。圖中輸出端的 *1上升沿相對輸入信號 V的上升沿延遲了 上一段時間。 單穩(wěn)態(tài)的延時作用常被應(yīng)用丁時序控制。u多諧振蕩器利用兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以構(gòu)成多諧振蕩器。有兩片74121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

17、器組 成的多諧振蕩器如圖6.15所示，圖中開關(guān)S為振蕩器控制開關(guān)。設(shè)當(dāng)電路處丁 Q 1=0,Q ；=0時，將開關(guān)S打開，電路開始振蕩，其工作過程如 下：在起始時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器I的A 1為低電平，開關(guān)S打開瞬間,B端產(chǎn)生正跳變, 單穩(wěn)I被觸發(fā)，姑輸出正脈沖，其脈沖寬度0.7R lc 1,當(dāng)單穩(wěn)I暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束的下跳沿乂觸發(fā)時，Cl的下跳沿觸發(fā)單穩(wěn)u , Q端輸出正脈沖，此后,單穩(wěn)I ,如此周而復(fù)始地產(chǎn)生振蕩，其振蕩周期為7= 0,7（RiC+&C?）I珀圖6.15由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器u噪聲消除電路利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以構(gòu)成噪聲消除電路 （或稱脈寬鑒別電路）。通常噪聲多表 現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄