单稳态触发器

1.1 门电路构成的单稳态触发器
1．工作原理
用门电路和RC元件来构成的单稳态触发器。 其中RC电路为微分形式，我们把它叫做CMOS或 非门微分型单稳态电路。
为便于讨论，在本章我们把CMOS门电路的电压 传输特性理想化：
设定CMOS反相器的阈值电压UTH≈ 电路中CMOS门的UOH≈UDD、UOL≈0V。
另外要注意，对于不同逻辑门组成的单稳态触发器， 电路的触发信号和输出脉冲是不一样的。
3．电路主要参数计算
（1）输出脉冲宽度tw。 由波形图知，输出脉冲宽度tw为电容C充电过程。 即uI2从0V上升到UTH所需的时间。
将
，
，
代入上式可得：
（2）恢复时间tre。 在暂稳态结束后，电路还需要一段恢复时间，以便将 电容在暂稳态期间所充的电荷释放掉，使电路恢复到 初始的稳定状态。
t
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2．集成单稳态触发器74121
74121引脚图
TTL集成器件74121属于不可 重复触发的单稳态触发器， 在微分型单稳态触发器的基 础上附加输入触发信号控制 电路和输出缓冲电路形成。
输入控制电路主要用于实 现上升沿触发或下降沿触 发的控制 。
输出缓冲电路则是为了提高 单稳态触发器的负载能力。
集成单稳态触发器74121的逻辑功能表
当输入触发脉冲uI上升到G1门的阈值电压UTH，电路中 将产生如下正反馈过程： uI↑→ uO1↓→ uI2↓→ uO↑ 则门G1迅速导通，uO1很快 从高电平跳变为低电平 ，而由于电容C两端的电压不能 突变，所以uI2也同时跳变为低电平，门G2截止，输出 uO跳变为高电平。
此时即使触发信号uI撤除（即uI变为低电平），uO仍维 持高电平。 但电路的这种状态不能长久保持，所以叫做暂稳态。
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单稳态触发器
单稳态触发器
1.1 门电路构成的单稳态触发器 1.2 集成单稳态触发器
单稳态触发器--只有一个稳定状态的触发器。
特点：在未加触发脉冲前，电路处于稳定状态； 在触发脉冲到来时，电路由稳定状态翻转为暂 稳定状态，停留一段时间后，电路又自动返回 稳定状态。
暂稳定状态维持的时间长短，取决于电路的 参数（RC），与触发脉冲无关。
（1）无触发信号，电路处于稳态。
，
即uI为低电平时，电路处于稳定状态。 此时uI2为高电平，反相器G2的输出uO为低电平 。
则或非门G1的两个输入均为低电平，所以其输出uO1
为高电平 （
）。
即电容器C两端的电压接近为0V（uO1，uI2均为高电 平），电路稳定。
稳定状态下有：
（2）触发信号到来，电路进入暂稳态。
暂稳态时
（3）电路自动从暂稳态回复至稳态。
暂稳态期间，
，电源UDD经电阻R和G1门导通
电路对电容C充电，uI2按指数规律上升，当uI2上升到
UTH时，电路又产生正反馈：
uI2↑→uO↓→uO1↑
若此时触发脉冲已消失，即uI为低电平，则上述正反馈 使G1门迅速截止，G2门迅速导通，uO1跳变到高电平，由 于电容C两端电压不能突变，所以uI2也将跟随uO1上跳。 一般由于保护二极管的钳位作用，uI2上跳至 UDD+ΔU≈UDD
（3）脉冲定时。
由于单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲， 因此在数字系统中常用脉宽进行定时控制，使其仅 在tw这段时间内工作，从而起到定时的作用。
uI
0 uO1
tw
0 uA
0 uO
0
如果在与门的
t
输出端再加一
个计数器并将
t
tw调整到1s，就 可以测出输入
信号Baidu NhomakorabeaA的频率，
t
可以做为频率
计来使用。
同时输出返回到
的状态。
此后电容C通过电阻R和G2门的导通电路放电， 最终使电容C上的电压恢复到稳定状态时的初始 值，电路从暂稳态回复到稳态。
2．电路波形 uI
0 uO1
uI02 UDD UTH
0
uO
tw
tw
0
t1 t2
t
t UDD+ΔU
t
t
由波形图可知，若uI的正脉宽大于暂态脉宽tw，在电 路由暂态返回到稳态时，由于门G1被uI封锁住了， 会使输出uO的下降沿变缓，波形质量下降。 此时可以在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，
集成单稳态触发器74121的工作波形 。
A1
0
t
A2
0
t
B
0
t
Q
tw
tw
tw
tw
0
t
3．集成单稳态触发器的应用 （1）脉冲延时。
（2）脉冲整形。
整形就是把不规则的波形变为整齐的具有一定幅度和 宽度的波形。 只要将待整形的信号作为触发信号输入单稳态触发器， 电路输出端就可获得干净且边沿陡峭的矩形脉冲。
输入
A1
A2
B
0
×
1
×
0
1
×
×
0
1
1
×
1
↓
1
↓
1
1
↓
↓
1
0
×
↑
×
0
↑
输出
Q
0
1
0
1
0
1
0
1
由功能表可见，74121具有边沿触发的性质，在稳定 状态下，单稳态触发器的输出Q=0；当有触发脉冲作 用时，电路进入暂稳态，Q=1。
通过选择适当的电阻、电容值，输出脉冲的宽度tw可 以在10ns～300ms范围内改变。
（3）分辨时间td。 显然，要保证电路正常工作，两个相邻的输入触发 脉冲之间必须有一定的时间间隔，那么所允许的最 小时间间隔即为分辨时间td。
1.2 集成单稳态触发器
1．集成单稳态触发器的两种触发方式
不可重复触发单稳态触发器 --暂稳态期间，即使再次受到触发脉冲的作用，也 不会影响电路既定的暂稳态过程，输出的脉冲宽 度仅由R、C参数确定；
可重复触发单稳态触发器 --进入暂稳态时，若再加入触发脉冲，单稳态触发 器将会被重新触发，暂稳态将以最后一个脉冲触发 沿为起点，再延长一个脉冲宽度，即tw时间后，电 路才会回到稳态.
两种单稳态触发器的工作波形。
uI
uI
O
tO
uO
uO
O t1 tw
tw
t
O
tw
t
tw
t
（a） 可重触发单稳态触发器工作波形 （b） 不可重触发单稳态触发器工作波形