单稳态触发器

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单稳态触发器只有一个稳定状态,一个暂稳态。在外加脉冲的作用下,单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。由于电路中RC延时环节的作用,该暂态维持一段时间又回到原来的稳态,暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。[1] 

单稳态触发器电路组成

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如图6-7所示,其中R、C为单稳态触发器的定时元件,它们的连接点Vc与定时器的阈值输入端(6脚)及输出端Vo'(7脚)相连。单稳态触发器输出脉冲宽度tpo=1.1RC。
Ri、Ci构成输入回路的微分环节,用以使输入信号Vi的负脉冲宽度tpi限制在允许的范围内,一般tpi>5RiCi,通过微分环节,可使Vi'的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度tpo。若输入信号的负脉冲宽度tpi本来就小于tpo,则微分环节可省略。
定时器复位输入端(4脚)接高电平,控制输入端Vm通过0.01uF接地,定时器输出端Vo(3脚)作为单稳态触发器的单稳信号输出端。

单稳态触发器工作原理

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当输入Vi保持高电平时,Ci相当于断开。输入Vi'由于Ri的存在而为高电平Vcc。此时,①若定时器原始状态为0,则集电极输出(7脚)导通接地,使电容C放电、Vc=0,即输入6脚的信号低于2/3Vcc,此时定时器维持0不变。
②若定时器原始状态为1,则集电极输出(7脚)对地断开,Vcc经R向C充电,使Vc电位升高,待Vc值高于2/3Vcc时,定时器翻转为0态。
结论:单稳态触发器正常工作时,若未加输入负脉冲,即Vi保持高电平,则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。
单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析,图6-8为其工作波形图:
①触发翻转阶段:
输入负脉冲Vi到来时,下降沿经RiCi微分环节在Vi'端产生下跳负向尖脉冲,其值低于负向阀值(1/3Vcc)。由于稳态时Vc低于正向阀值(2/3Vcc),固定时器翻转为1,输出Vo为高电平,集电极输出对地断开,此时单稳态触发器进入暂稳状态。
②暂态维持阶段:
由于集电极开路输出端(7脚)对地断开,Vcc通过R向C充电,Vc按指数规律上升并趋向于Vcc。从暂稳态开始到Vc值到达正向阀值(2/3Vcc)之前的这段时间就是暂态维持时间tpo 。
③返回恢复阶段:
当C充电使Vc值高于正向阀值(2/3Vcc)时,由于Vi'端负向尖脉冲已消失 ,Vi'值高于负向阀值(1/3Vcc),定时器翻转为0,输出低电平,集电极输出端(7脚)对地导通,暂态阶段结束。C通过7脚放电,使Vc值低于正向阀值(2/3Vcc),使单稳态触发器恢复稳态。

单稳态触发器应用举例

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利用单稳态触发器的特性可以实现脉冲整形,脉冲定时等功能。
1.脉冲整形
利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性,可以将过窄或过宽的输入脉冲整形成固定宽度的脉冲输出。
如图6-9所示的不规则输入波形,经单稳态触发器处理后,便可得到固定宽度、固定幅度,且上升、下降沿陡峭的规整矩形波输出。
2.脉冲定时:
若将单稳态触发器的输出Vo接至与门的一个输入脚,与门的另一个输入脚输入高频脉冲序列Vf。单稳态触发器在输入负向窄脉冲到来时开始翻转,与门开启,允许高频脉冲序列通过与门从其输出端VAND输出。经过tpo定时时间后,单稳态触发器恢复稳态,与门关闭,禁止高频脉冲序列输出。由此实现了高频脉冲序列的定时选通功能。
参考资料