門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及典型應用分析

1、門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及典型應用分析單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。當外加觸發(fā)信號時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后， 由于電路中所包含的電容元件的充放電作用， 電路自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)，因此這種電路稱為“單穩(wěn)”。暫穩(wěn)態(tài)維持的時間取決于電路本身的參數(shù)，而與外觸發(fā)信號的寬度無關。根據(jù)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的這些特點，數(shù)字系統(tǒng)常用它構(gòu)成整形、脈沖展寬、延時和定時(產(chǎn)生一定寬度的方波)等電路?！卷椖咳蝿铡恳?、門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1 電路結(jié)構(gòu)由門電路和RC元件組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路形式較多。一個電阻和一個電容元件可以組成積分電路或者微分電路，因此，由門電路和RC元件可組成

2、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖9.10所示電路就是微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路形式之一。電路中電阻R的值小于門電路的關門電阻值，即R<Roff°UoUl圖9.10微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路由穩(wěn)態(tài)進入R<FOff,所以穩(wěn)態(tài)2.工作原理定性分析分析單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理，就是分析如何在外觸發(fā)信號的作用下, 暫穩(wěn)態(tài)，然后又如何在電容充放電的作用下，自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。(1)在圖9.10所示電路中，輸入信號UI在穩(wěn)態(tài)下為高電平。考慮到時U2為低電平，則Uo為高電平。與非門G1的兩個輸入端均為高電平， 所以，Uo1為低電平， 電容C兩端的電壓近似為 0V。只要輸入信號保持高電平

3、不變，電路就維持在Uo1為低電平,Uo為高電平這一穩(wěn)定狀態(tài)。(2)假設在t1時刻，輸入端有一負脈沖信號出現(xiàn)，即外加觸發(fā)信號開始作用，則與非 門G1的輸出Uo1變?yōu)楦唠娖?。由于電容C兩端的電壓不能突變， 故Ul2隨Uo1跳變?yōu)楦唠娖?Uo跳變?yōu)榈碗娖?。該低電平反饋到Gi的輸入端，使U°1仍維持在高電平。電路處于U°1為高電平、Uo為低電平的暫穩(wěn)狀態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)期間，經(jīng)電容C和電阻R到地形成充電回路， 電容C開始充電，隨著充電過程 的進行，UI2逐漸下降。當接近門電路的閾值電壓 UrH時（設此時觸發(fā)脈沖已消失），出現(xiàn)下 述正反饋過程。此正反饋的結(jié)果，使電路自動返回到Uoi為低電平

4、，Uo為高電平的穩(wěn)定狀態(tài)。電容開始放電，為下一次觸發(fā)作準備。其工作波形如 圖9.11所示。該圖中，tW為暫穩(wěn)狀態(tài)的維持時間，通過定量計算（在此 略）可知其大小與 R C的大小成正比。需要說明的是，上述工作波形是在假定輸入觸發(fā)信號的脈沖寬度小于tW的條件下得到的。如果這個條件不滿足，電路就無法正常工作。對于寬脈沖觸發(fā)的輸入信號，只要在其輸入電路前增加一個簡單的 RC微分電路，來實現(xiàn)寬脈沖到窄脈沖的變換即可。圖9.11微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形二、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由門電路和RC元件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路簡單，但輸出脈寬的穩(wěn)定性差，調(diào)節(jié)范圍小，且觸發(fā)方式單一。因此在數(shù)字系統(tǒng)中，廣泛使用集成單穩(wěn)態(tài)觸

5、發(fā)器。單片集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只需要外接RC元件就可方便使用，而且有多種不同的觸發(fā)方式和輸出方式。目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復觸發(fā)和可重復觸發(fā)之分，不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)之后， 即使再有觸發(fā)脈沖作用， 電路的工作過程也不受其影 響，直到該暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后， 它才接受下一個觸發(fā)而再次進入暫穩(wěn)態(tài)。 可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器在暫穩(wěn)態(tài)期間，如有觸發(fā)脈沖作用，電路會被重新觸發(fā)，使暫穩(wěn)態(tài)繼續(xù)延遲一個 tw時間。 兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形如圖 9.12所示。圖9.12兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，74121、74LS121、74221、74LS221等是不可重復觸發(fā)

6、的單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器。74122、74123、74LS123等是可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。下面以不可重復觸發(fā)的 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121為例加以介紹。Q-114NC 213AI 312A2474LS12111B 510Q69GND78UCCNCNCReXt/CCeXtRintNC(a)(a)引腳圖extA2(b)74LS121(9) (10) (11)Rint CeXt ReXt/CeXt(b)邏輯符號圖10-13 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS12174LS121單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的引腳圖和邏輯符號如圖10-11(a)、(b)所示，外接電阻 ReXt的取值范圍為2k 40k ,外接電容 CeXt取值為1Op

7、F1OOO FO CeXt接在10、11腳之間，ReXt接在11和電源UCC( 14腳)之間，此時9腳開路。當需要電阻較小時，可以直接使用阻值約為2k的內(nèi)部電阻Rnt ,此時將Rint接UCC,即9、14腳相接。它的輸出脈寬為：tw - 0.7RC(9.2)式(9.2)中的R可以是ReXt，也可以是芯片的內(nèi)部電阻Rinto其功能表如表10-1所示。74LS121的主要功能如下：(1)電路在輸入信號 A1、A2、B的所有靜態(tài)組合下均處于穩(wěn)態(tài) Q=0, Q=1：( 2)有兩種邊沿觸發(fā)方式。輸入A或A2是下降沿觸發(fā)，輸入B是上升沿觸發(fā)。從功能表可見，當A1、 A2或B中的任一端輸入相應的觸發(fā)脈沖，則

8、在Q端可以輸出一個正向定時脈沖，Q端輸出一個負向脈沖。表10-1 74LS121功能表A1A2BQQA1A2BQQLXHLHHJHJT-LrXLHLHHH_TL1_TXXLLHJH-TL1_THHXLHLX_TL1_TXL-TLl_r三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用1.脈沖整形U *= t圖10-14脈沖整形波形脈沖信號在傳輸過程中，常會因干擾導致波形的變化。由于74LS121內(nèi)部采用了施密特觸發(fā)(下節(jié)介紹)輸入結(jié)構(gòu)，故對于邊沿較差的輸入信號也能輸出一個寬度和幅度恒定的矩形脈沖。利用這一特點，可將寬度和幅度不規(guī)則的脈沖整形為規(guī)則的脈沖，如圖10-14所2.定時控制利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠輸出一定寬度tw的矩形脈沖這一特性，去控制某一系統(tǒng)，使其在t W時間內(nèi)動作(或不動作)，從而起到定時控制的作用。如圖10-15所示，在定時時間tw內(nèi)，D端輸出脈沖信號，而在其他時間,D端不輸出脈沖信號AC -J(a)邏輯圖3.脈沖延時D L-IUJl-LJ (b)工作波形圖9.15脈沖定時控制脈沖延時一般包括兩種情況，一是邊沿延時，如圖10-16 (a)所示，輸出脈沖信號的下降沿相對于輸入脈沖信號的下降沿延時了tw;二是脈沖信號整體延時一段時間，如圖10-16 (b)所示。第一種情況利用一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器