單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(Monostable Multivibrator),也稱為單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器或單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器,是一種具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的觸發(fā)器。它的主要特點是,當接收到一個觸發(fā)信號后,能夠從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)定狀態(tài),并保持這個新狀態(tài)一段時間(稱為穩(wěn)態(tài)寬度或脈沖寬度),然后自動恢復(fù)到初始穩(wěn)定狀態(tài)。這個穩(wěn)態(tài)寬度是固定的,與觸發(fā)信號的寬度無關(guān)。
一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理基于RC(電阻-電容)電路和邏輯門的組合。以下是其典型的工作過程:
初始穩(wěn)定狀態(tài):在沒有觸發(fā)信號輸入時,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于初始穩(wěn)定狀態(tài)。此時,電路中的電容器通過電阻充電或放電到某個穩(wěn)定電壓值,邏輯門根據(jù)這個電壓值維持電路的穩(wěn)定狀態(tài)。
觸發(fā)信號輸入:當外部觸發(fā)信號(通常是一個邊沿信號,如上升沿或下降沿)輸入到觸發(fā)器時,它會改變邏輯門的輸入電壓,導(dǎo)致電容器開始放電或充電。這個過程中,電路的狀態(tài)會從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。
穩(wěn)態(tài)寬度:在觸發(fā)信號的作用下,電路保持在新的穩(wěn)定狀態(tài)一段時間,這個時間由RC電路的時間常數(shù)決定。時間常數(shù)越大,穩(wěn)態(tài)寬度越長;反之,穩(wěn)態(tài)寬度越短。
自動復(fù)位:在穩(wěn)態(tài)寬度結(jié)束后,電路會自動恢復(fù)到初始穩(wěn)定狀態(tài)。這個過程也是由RC電路和邏輯門的組合完成的,不需要外部信號的干預(yù)。
二、利用與非門組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理
利用與非門開關(guān),依靠定時元件RC電路的充放電來控制與非門的啟閉。單穩(wěn)態(tài)電路有微分型與積分型兩大類,這兩類觸發(fā)器對觸發(fā)脈沖的極性與寬度有不同的要求。
(1)微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖所示,其中R1、C1構(gòu)成輸入端微分隔直電路。R、C構(gòu)成微分型定時電路,定時元件R、C的取值不同,輸出脈寬tw也不同。Tp≈(0.7~1.3)RC。該電路為負脈沖觸發(fā),適用于觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度的情況。穩(wěn)態(tài)時G1導(dǎo)通,G2截止(G3僅起整形倒相作用)。Vi負極性時,VA↓→VB↑由于電容端電壓不能躍變,故VD↑→VE↓,該低電平使VB高電平得以維持,電路進入暫穩(wěn)態(tài),此時電容C充電,隨著I充↓→VD↓,當VD=VT時,電路又翻轉(zhuǎn)成G1導(dǎo)通,G2截止的穩(wěn)定狀態(tài)。若Vi的脈寬較小時,則輸入端就不必加R1C1微分電路了。
圖為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
(2)積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖所示。電路采用正脈沖觸發(fā),適用于觸發(fā)脈沖寬度大于輸出脈沖寬度的情況,其工作波形如圖14-3所示。電路的穩(wěn)定條件是R<1KΩ,輸出脈沖寬度tw≈1.1RC。
圖為積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器共同特點是:觸發(fā)脈沖末加入前,電路處于穩(wěn)態(tài)。此時,可以測得各門的輸入和輸出電位。觸發(fā)脈沖加入后,電路立刻進入暫穩(wěn)態(tài),暫穩(wěn)態(tài)的時間,即輸出脈沖的寬度tw只取決于RC數(shù)值的大小,與觸發(fā)脈沖無關(guān)。
三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路組成
如圖所示,其中R、C為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時元件,它們的連接點Vc與定時器的閾值輸入端(6腳)及輸出端Vo'(7腳)相連。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tpo=1.1RC。
Ri、Ci構(gòu)成輸入回路的微分環(huán)節(jié),用以使輸入信號Vi的負脈沖寬度tpi限制在允許的范圍內(nèi),一般tpi>5RiCi,通過微分環(huán)節(jié),可使Vi'的尖脈沖寬度小于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度tpo。若輸入信號的負脈沖寬度tpi本來就小于tpo,則微分環(huán)節(jié)可省略。
定時器復(fù)位輸入端(4腳)接高電平,控制輸入端Vm通過0.01uF接地,定時器輸出端Vo(3腳)作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)信號輸出端。
四、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用
1.定時
由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度tw矩型輸出脈沖,如利用這個矩形脈沖作為定時信號去控制某電路,可使其在tw時間內(nèi)動作或不動作。例如,利用單穩(wěn)態(tài)輸出的矩形脈沖作為與門輸入的控制信號如圖,則只有這個矩形波的Wt時間內(nèi),信號vA有可能通過與門。
2.延時
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時作用可以從圖所示微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形看出。圖中輸出端ou升沿相對輸入信號u1上升沿延遲了t1段時間。單穩(wěn)態(tài)的延時作用常被應(yīng)用于時序控制。
3.脈沖整形
利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度的脈沖這一特性,可以將過窄或過寬的輸入脈沖整形成固定寬度的脈沖輸出。
如圖所示的不規(guī)則輸入波形,經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處理后,便可得到固定寬度、固定幅度,且上升、下降沿陡峭的規(guī)整矩形波輸出。
4.組成噪聲消除電路
利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可構(gòu)成噪聲消除電路(或稱脈沖鑒別電路)。通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖,寬度較窄,而有用的信號都具有一定寬度。利用單穩(wěn)態(tài)電路,將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號脈寬,即可消除噪聲。如用v1作為下降沿觸發(fā)的計數(shù)器觸發(fā)脈沖,干擾加入,就會造成計數(shù)錯誤。
五、555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的四種電路
圖(a)所示電路是典型的單穩(wěn)模式電路。當外加脈沖經(jīng)C1、R1微分電路加至555的2腳時,負向脈沖(<1/3VDD)使555置位,3腳輸出暫穩(wěn)脈沖寬度td=1.1RC。
圖(b)與圖(a)類同,但它有兩個輸出端。C通過R至555內(nèi)部灌電流放電,恢復(fù)時間比圖(a)要長。
圖(c)電路的2、6腳接法與圖(a)、(b)不同,外加觸發(fā)應(yīng)為正向脈沖,幅值應(yīng)大于號VDD,暫穩(wěn)脈沖為負向,其寬度td=1.1RC,可同時輸出兩路。
圖(d)與圖(c)類同,但由于在充電回路中加進了導(dǎo)向二極管D,加快了充電速率,使工作頻率大大提高。該電路可同時輸出兩路。
六、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點
兩個穩(wěn)定狀態(tài):單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有初始穩(wěn)定狀態(tài)和觸發(fā)穩(wěn)定狀態(tài)兩個穩(wěn)定狀態(tài)。觸發(fā)信號的到來會使電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài),并在一定時間后自動復(fù)位。
固定穩(wěn)態(tài)寬度:無論觸發(fā)信號的寬度如何變化,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)寬度都是固定的。這個特性使得單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在需要固定時間延遲的場合非常有用。
易于實現(xiàn):單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以使用少量的邏輯門電路和RC電路來構(gòu)造,實現(xiàn)起來相對簡單。
可靠性高:由于電路結(jié)構(gòu)相對簡單,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的可靠性較高,不易受到外部干擾的影響。
廣泛應(yīng)用:單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中有著廣泛的應(yīng)用,包括計數(shù)器、定時器、存儲器、狀態(tài)檢測器等領(lǐng)域。
-
振蕩器
+關(guān)注
關(guān)注
28文章
3786瀏覽量
138724 -
計數(shù)器
+關(guān)注
關(guān)注
32文章
2248瀏覽量
94179 -
觸發(fā)器
+關(guān)注
關(guān)注
14文章
1992瀏覽量
60976 -
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
+關(guān)注
關(guān)注
1文章
60瀏覽量
24248
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論