数字电子技术第25次课单稳态触发器

第25次课 单稳态触发器

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本次重点内容：

1、单稳态触发器的工作原理。

2、周期的计算方法。

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教学过程

25.1单稳态触发器

一、单稳态触发器的特点：

1、有一个稳定状态和一个暂稳状态。

2、在触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态停留一段时间后，又自动返回稳定状态。

3、暂稳态时间的长短取决于电路本身参数，与触发脉冲的宽度无关。

二、电路组成：

图25－1（a ） 图25－1（b ）

三、工作原理： 1、稳定状态：

接通电源前，u I 为高电平。接通电源后，U CC 经R 对电容C 充电，当电

容C 上的电压u c ≥32U CC 时，由于u I ＞3

1

U CC ，555定时器输出为低电平。放电

管VT 导通，电容C 经放电管VT 迅速放电，u c ≈0，由于U TH ＜32U CC , U TR ＞3

1

U CC ,

所以555定时器保持0状态不变。稳态时，u c ＝0，u o =0。

2、暂稳态

在负触发脉冲u I 的作用下，低电平触发端TR 得到低于3

1U CC 的触发电

平，由于此时u c ＝0，U TH ＜32U CC , U TR ＜3

1

U CC , 555定时器输出高电平。同时放

电管VT 截止，电路进入暂稳态，定时开始。

暂稳态阶段（t1~t2）,电容C 充电，充电回路为U CC →R →C →地，充电时间常数为RC ，u c 按指数上升。

3、自动返回稳定状态

当电容C 上的电压u c 上升

32U CC 时，由于U TH ≥32U CC , U TR ≥3

1

U CC ,555定时器输出由高电平变为低电平，放电管VT 由截止变为饱和，暂稳态结束。电

容C 经放电管VT 迅速放电到0V ，由于放电管饱和导通的等效电阻较小，所以放电速度快，在这个阶段555定时器维持低电平状态。

电路返回稳态后，当下一个触发信号到来时，又重复上述过程。

可见，输出脉冲宽度t w 为电容C 上的电压u c 由0充到3

2

U CC 所需的时

间，其大小可用下式计算: t w =RCln 3≈1.1RC

四、用门电路构成的微分型单稳态触发器 （一）电路组成：

图25－2

（二）工作原理

在CMOS 门电路中，可以认为u oH ≈U DD , u oL ≈0,两个或非门的阈值电压u T H ≈

2

1

U DD ,工作波形如图25-3所示：

t t

t

U U O O O

u I u u I2u U t

DD +U TH

TH

图25-3

工作原理分析如下:

稳定状态：门１截止（输出高电平），门2导通（输出低电平），u I＝0，u I2＝U CC，因此有u01＝U DD，u02＝0，电容C上的电压为0。

暂稳态：当输人正触发脉冲u I且大于门1的阈值电压U TH时，门１输出电压u01产生负跃变，由于电容C两端的电压不能突变，使门2的输人电压u I2产生负跃变，又促使门2输出电压u02正跃变，门2的输出又反馈到门1的输人端，因此产生如下的正反馈过程。

u

O1u

I2

u

O2

u

I

正反馈的结果使门1迅速导通，输出u01变为低电平，门2的输出u02迅速变为高电平。于是，电容C开始充电，充电回路为：U DD→R→C→门１的输出电阻R ON→地，电路进人暂稳态。在此期间输人脉冲又回到低电平。

自动翻转回到稳态：随着电容C的充电，电容上的电压逐渐升高，即u I2升高，当u I2=U TH时，使u02下降，由于u02反馈至门1的输人端，又使u01上升，u I2进一步增大，电路进人另一个正反馈过程

u

O2u O1

u I2

这个正反馈的结果使门1迅速截止，输出u01变到高电平，门2的输出u02迅速变到低电平。暂稳态结束而返回稳态。

与此同时，电容C通过电阻R和门2输人回路的保护二极管放电，放电时间常数很小，所以电容上的电压迅速放完而使电路恢复到稳定状态。

单稳态触发器输出脉冲的宽度实际上是暂稳态持续时间t w为电容C上的电压由低电平充到门2的阈值电压U TH所需的时间，其大小可用下式估算

t w= RCln2≈0.7RC

在使用微分型单稳态触发器时，输人脉冲的宽度应小于输出脉冲t w的宽度，否则电路将无法正常工作。

25.2集成单稳态触发器

集成单稳态触发器分为两种类型：一种是可重复触发型，另一种是不可重复触发型。图25-4(a)、(b)分别为其逻辑符号。

1

u I

u O

u I

u O

（a ）不可重复触发型单稳态触发器（b ）可重复触发型单稳态触发器

图25-4单稳态触发器的逻辑符号

集成单稳态触发器74LS121功能如表25-1所示。

GND

R int

A 1

U CC

Q

NC

A 2

B

Q

NC

NC

NC C ext

C ext R ext /

图25-5集成单稳态触发器74LS121的引脚功能图

说明：C ext →外接电容端，Q →正脉冲输出端，Q →负脉冲输出端，R ext /C ext →外接电阻/电容端，R int →内电阻端，B →正触发输入端，A 1,A 2→负触发输入端。其中，外接电容接在10脚（C ext ）和11脚（R ext /C ext ）之间；如果用定时电阻，必须将9脚（R int ）接U CC ；为了改善脉冲宽度的精度和重复性，可在11脚（R ext /C ext ）和U CC 之间接外接电阻，并将9脚（R int ）开路。外接电阻值在1.4KΩ到30 KΩ之间选取。