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。

如图25-5所示，集成单稳态触发器74LS121的正触发输入端（B）采用了施密特触发器，因此有较高的抗干扰能力，内部有锁存电路，一经触发后，输出Q和Q就不受输入信号A1、A2、B跳变的影响，而只与定时元件（R ext C ext）有关，输出脉冲宽度为：t wQ= R ext C ext ln2=0.7 R ext C ext，由于集成单稳态触发器74LS121的内部补偿作用，使输出脉冲宽度的稳定性和U CC无关，而只受定时元件精度的限制。

表25-1集成单稳态触发器74LS121功能表
25.3单稳态触发器的应用
1、定时：
由于单稳态触发器能产生一定宽度的矩形输出脉冲，若利用这个矩形脉冲去控制某一个电路, 就可使它在t w时间内动作或不动作。

如图25－6所示 , 利用单稳态触发器输出的正脉冲控制一个与门 , 就可以在这个矩形脉冲宽度的时间内 , 让另一个频率很高的脉冲信号u F通过 ,
而在非正脉冲期间u F 就不能通过。

如果令脉冲宽度t w =1s, 再用计数器测出通过与门的脉冲数 , 这就是简易频率计的原理。

u I
u F
t
u I
O O O
O u O
u F
u FO
图25－6
2、整形：
由于单稳态触发器一经触发 , 电路就从稳态进入暂稳态 , 且暂稳态的时间仅由电路参数 R 、 C 决定。

由于在暂稳态期间输出电平的高低与触发输入信号状态元关 , 因此不规则的脉冲输入单稳态电路后 , 其输出就成为具有一定宽度、一定幅度、边沿陡峭的矩形波 , 如图25-7所示。

t
u I
u O
O O
图25-7 作业：
1、第7章自我检查题：题7.1：6
2、第7章思考题与习题：题7.1:5
题7.2:1， 2。