單穩態電路

單穩態電路 （monostable circuit） 是一種具有穩態和暫態兩種工作狀態的基本脈衝單元電路。沒有外加信號觸發時，電路處於穩態。在外加信號觸發下，電路從穩態翻轉到暫態，並且經過一段時間後，電路又會自動返回到穩態。暫態時間的長短取決於電路本身的參數，而與觸發信號作用時間的長短無關。

基本介紹

• 中文名：單穩態電路
• 外文名：monostable circuit
• 狀態數：只有一個穩定狀態
• 一般：作固定脈衝寬度整形
• 解釋：一段時間會回到原來的穩定狀態

原理

單穩態電路可以由分立元件、集成邏輯門來構成，也可用555定時器或單片專用單穩態觸發器實現。

單穩態觸發器

電路如圖1（a）所示。合理選擇電路參數，使穩態時VT₁飽和、VT₂截止。當外加觸發脈衝下降沿到來時，通過微分電路，二極體VD導通，u_B1下降、u_C1上升、u_B2上升、u_C2下降、u_B1又繼續下降，產生正反饋，使電路迅速翻轉到VT₁截止、VT₂飽和的暫態。隨著電容器C上電壓通過VT₂的放電，u_B1上升。當它上升到VT₁管的導通電壓時，電路又一次產生正反饋，使VT₁飽和、VT₂截止。當C再次充電到穩態時的電荷值後，觸發器回到穩態。工作波形如圖1（b）所示。Q端輸出脈衝寬度t_w=0.7R_b1C。

圖1

微分電路

由兩個集成邏輯門及RC微分電路構成，如圖2（a）所示。R_d、C_d為輸入微分隔直電路。R、C是決定輸出脈衝寬度的定時元件。穩態時G₁導通、G₂截止，u_O=U_OH。當u_I有負脈衝觸發時，G₁截止，因為電容C上的電壓不能突變，所以G₂導通，電路進入暫態，電容器C由G₁的輸出電壓經電阻R開始充電。隨著C兩端電壓的升高，u₁₂下降.當u₁₂下降到G₂的閾值電平時，G₂開始截止，電路產生正反饋，迅速使G₁導通、G₂截止。當電容C上的電荷恢復到穩態值後，電路又回到穩態。該電路的輸出脈衝寬度為：t_w=(R+ R₀)Cln(·)其中，R₀為G₁的高電平輸出電阻。

積體電路

分成兩類：一類是可重觸發的；一類是不可重觸發的。前者是指在電路第一次觸發後的暫態期間，允許再次被觸發，後者則不允許，即第二次觸發無效。

集成單穩態電路常設有若干個觸發輸入端，包括正邊沿觸發端及負邊沿觸發端。某些電路的內部還附加了一個施密特觸發器，用以改善輸入觸發脈衝的邊沿。此外，還常設有置0輸入端。因此，使用靈活、方便。

積分電路

由兩個集成邏輯門及RC積分電路構成，如圖2（b）所示。穩態時G₁、G₂同時截止，u₀₁、u_A、u₀均為高電平。當u_I正脈衝到來時，G₁導通，立即使u₀=U_0L，電路進入暫態。隨著電容C通過G₁的放電，u_A不斷下降。當u_A=U_TH時，G₂截止，u₀回到高電平。當u_I由高電平變低電平後，G₁截止，電容C由G₁的輸出電壓經電阻R充電，在u_A恢復到高電平U_OH時，電路回到穩態。該電路適用於寬的正脈衝觸發，輸出脈衝寬度為：t_w=(R+ R₀)Cln其中，R₀為G₁的低電平輸出電阻。

圖2

狀態

雙穩態電路有兩個穩定狀態，一個輸出端和兩個輸入端（“+”、“－”端各一個），當輸入端的“+”端有觸發信號時，輸出端不管原來是什麼狀態，都會立即變為高電平，且一直穩定地輸出高電平。如果當輸入端的“－”端有觸發信號時，輸出端不管原來是什麼狀態，都會立即變為低電平，且一直穩定地輸出低電平。觸發翻轉後會一直保持，有記憶效用，一般作存儲器或計數器。

我們知道，數字電路的信號只有兩種狀態：邏輯低與邏輯高，即通常所說的0狀態與1狀態，或者0電平與1電平。

定義

單穩電路指的是該電路的輸出信號只能在一種狀態（邏輯高或低）下是穩定的，而當電路的輸出處在另一種狀態下時不能穩定的保持住，會自動的回到穩定的狀態。

當然，雙穩電路就是說電路的輸出信號在兩種狀態下（0或1）都可以穩定的存在。

套用

單穩電路的套用是十分廣泛的，一般用來產生一定時間寬度的（正或負）脈衝信號。

單穩（電路）觸發器同“RS觸發器”、“JK觸發器”、“D觸發器”等（後幾種為雙穩態的觸發器）構成數字電路中基本的觸發器類型，單穩電路也是數字電路中的基本電路。

註：在看數字電路的資料時，有時看到“三態”的字樣，三態指的是除了前面說的邏輯狀態0、邏輯狀態1以外，還有稱為“高阻態”的第三種的狀態。“高阻態”指（信號）線呈高阻抗狀態，就象信號線“斷開”一樣。“高阻態”應理解為“電路”的一種狀態而不是“信號”的一種狀態（數位訊號只有0或1）。

原理

單穩態觸發器只有一個穩定狀態，一個暫穩態。在外加脈衝的作用下，單穩態觸發器可以從一個穩定狀態翻轉到一個暫穩態。由於電路中RC延時環節的作用，該暫態維持一段時間又回到原來的穩態，暫穩態維持的時間取決於RC的參數值。

工作原理

當輸入Vi保持高電平時，Ci相當於斷開。輸入Vi'由於Ri的存在而為高電平Vcc。此時，①若定時器原始狀態為0，則集電極輸出（7腳）導通接地，使電容C放電、Vc=0，即輸入6腳的信號低於2/3Vcc，此時定時器維持0不變。

②若定時器原始狀態為1，則集電極輸出（7腳）對地斷開，Vcc經R向C充電，使Vc電位升高，待Vc值高於2/3Vcc時，定時器翻轉為0態。

結論：單穩態觸發器正常工作時，若未加輸入負脈衝，即Vi保持高電平，則單穩態觸發器的輸出Vo一定是低電平。

單穩態觸發器的工作過程分為下面三個階段來分析：

①觸發翻轉階段：

輸入負脈衝Vi到來時，下降沿經RiCi微分環節在Vi'端產生下跳負向尖脈衝，其值低於負向閥值（1/3Vcc）。由於穩態時Vc低於正向閥值（2/3Vcc），固定時器翻轉為1，輸出Vo為高電平，集電極輸出對地斷開，此時單穩態觸發器進入暫穩狀態。

②暫態維持階段：

由於集電極開路輸出端（7腳）對地斷開，Vcc通過R向C充電，Vc按指數規律上升並趨向於Vcc。從暫穩態開始到Vc值到達正向閥值（2/3Vcc）之前的這段時間就是暫態維持時間tpo 。

③返回恢復階段：

當C充電使Vc值高於正向閥值(2/3Vcc）時，由於Vi'端負向尖脈衝已消失 ，Vi'值高於負向閥值（1/3Vcc），定時器翻轉為0，輸出低電平，集電極輸出端（7腳）對地導通，暫態階段結束。C通過7腳放電，使Vc值低於正向閥值（2/3Vcc），使單穩態觸發器恢復穩態。