门电路组成的微分型单稳态触发器

时间:2023-03-13作者:佚名
单稳态触发器的特点:
1. 电路中有一个稳态,一个暂稳态。
2. 在外来触发信号作用下,电路由稳态翻转到暂稳态。
3. 暂稳态是一个不能长久保持的状态,由于电路中RC 延时环节的作用,经过一段时间后,电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间取决于RC 电路的参数值。
单稳态触发器的这些特点被广泛地应用于脉冲波形的变换与延时中 。
1、电路组成及工作原理
微分型单稳态触发器可由与非门和或非门电路组成,图1(a)、(b)分别为由与非门和或非门构成的单稳态触发器。与基本RC 触发器不同,构成单稳态触发器的两个逻辑门是由RC 耦合的,由于RC 电路为微分电路的形式,故称为微分型单稳态触发器。
下面以CMOS或非门构成的单稳态触发器为例,来说明它的工作原理。
门电路组成的微分型单稳态触发器

门电路组成的微分型单稳态触发器

(a) 由与非门构成的微分型单稳态触发器 (b) 由或非门构成的微分型单稳态触发器
图1 微分型单稳态触发器
1. 没有触发信号时,电路处于一种稳态。
没有触发信号时,vⅠ为低电平。由于门G2的输入端经电阻R 接VDD,因此vO2为低电平;G1的两个输入均为0,故输出vO1为高电平,电容两端的电压接近0V,这是电路的“稳态”。在触发信号到来之前电路一直处于这个状态: vO1=VOH,vO2=VOL。
2. 外加触发信号,电路由稳态翻转到暂稳态。
当v1正跳变上升到Vth后,开始G1的输出vO1由高变低,经电容C 耦合,使vR为低电平,于是G2的输出vO2由低电平变为高电平。vO2的高电平接至G1门的输入端,从而在此瞬间导致如下正反馈过程:

门电路组成的微分型单稳态触发器
这样G1导通,G2截止在瞬间完成。此时,即使触发信号vⅠ撤除(vⅠ变为低电平),由于vO2的作用,vO1仍维持低电平。然而,电路的这种状态是不能长久保持的,故称之为暂稳态。暂稳态时,vO1=VOL,vO2=VOH。
3. 电容充电,电路由暂稳态自动返回至稳态。
在暂稳态期间,电源经电阻R和门G1的导通工作管对电容C充电,随着充电时间的增加,vC增加,使vR升高,当vR达到阈值电压Vth时,电路发生下述正反馈过程(设此时触发器脉冲已消失):
门电路组成的微分型单稳态触发器
于是G1门迅速截止,G2门很快导通,最后使电路由暂稳态返回至稳态,vO1=VOH,vO2=VOL。
暂稳态结束后,电容将通过电阻R放电,使C上的电压恢复到稳定状态时的初始值。在整个过程中,电路各点工作波形如图2所示。
门电路组成的微分型单稳态触发器
图2 微分型单稳态触发器各点工作波形
2、主要参数的计算
1. 输出脉冲宽度tW 
输出脉冲宽度tW,也就是暂稳态的维持时间,可以根据vR的波形进行计算,为了计算方便,对图2的vR的波形,将触发脉冲作用的起始时刻t1作为时间起点,τ=RC , 于是有
门电路组成的微分型单稳态触发器 门电路组成的微分型单稳态触发器
根据RC电路瞬态过程的分析,可得到:
vR(t)=vR(∞) [vR(0 )-vR(∞)]e-t/τ
当t=tW时,vR(tW)=Vth,代入上式可求得:
  门电路组成的微分型单稳态触发器
门电路组成的微分型单稳态触发器
当Vth=VDD/2,则tW≈0.7RC
2. 恢复时间tre
暂稳态结束后,还需要一段恢复时间,以便使电容C 在暂稳态期间所充的电荷释放完,使电路恢复到初始状态。一般要经过3τd(τd为放电时间常数)的时间,放电才基本结束,故tre约为3τd 。
3. 最高工作频率fmax  
设触发信号v1的时间间隔为T,为了使单稳态电路能正常工作,应满足T>tW tre的条件,即最小时间间 隔Tmin=tW tre。因此,单稳态触发器的最高工作频率为:

门电路组成的微分型单稳态触发器
显然,上述关系是在作了某些近似之后得到的(例如,忽略了导通管的漏源电阻等。),因而只能作为选择参数的初步依据,准确的参数还要通过实验调整得到。
3、电路改进
1. 如图2所示,在暂稳态结束(t=t2)瞬间,门G2的输入电压vR达到VDD Vth,这么高的输入电压可能损坏CMOS门。为了避免这种现象发生,在CMOS器件内部设有保护二极管D,如图1b中的虚线所示。在电容C充电期间,二极管D开路。而当t=t2时,二极管D导通,于是vR被钳制在VDD 0.6V的电位上,(见2中的虚线所示)同时,在恢复期间,电容C 放电的时间常数τd=(R‖Rf)C(Rf为二极管D的正向电阻),由于Rf<< R,因此电容放电的时间很短。
2. 当输入vⅠ的脉冲宽度tpi> tW时,则在vO2变为低电平后,G1没有响应,不能形成前述的正反馈过程,使vO2 的输出边沿变缓。因此,当输入脉冲宽度tpi很宽时,可在单稳态触发器的输入端加入Rd、Cd组成的微分电路。同时为了改善输出波形,可在图1中G2的输出端再加一级反相器G3,如图3所示。

门电路组成的微分型单稳态触发器
图3 宽脉冲触发的单稳电路
3. TTL与非门构成如图1(a)所示的单稳态电路时,由于TTL门存在输入电流,因此,为了保证单稳态时G2的输入为低电平,电阻R 要小于0.7kΩ。如果输入端采用Rd、Cd 微分电路时,Rd的数值应大于2kΩ,使得稳态时vD大于门G1的开门电平(VON),而CMOS门由于不存在输入电流,故不受此限制。

相关阅读

2018年低压电工国家全套题库完整版和答案(选择题),自测得几分

单选题(218题) 1、交流接触器的额定工作电压,是指在规定条件下,能保证电器正常工作的( )电压。 A、 最低 B、 最高 C、 平均 【答案】B 2、正确选用电器应遵循的两个基本原则是安全...
2023-06-11
2018年低压电工国家全套题库完整版和答案(选择题),自测得几分

我国这座深埋于地下136米处的水电站,秘密建设20年,现仍在发电

可可托海不是海,哈萨克语的意思为“绿色的丛林”,蒙古语意为“蓝色的河湾”。可可托海曾一度是军事禁区,70年代以前地图上也没有任何标记,慢慢成为旅游胜地后被人熟知。 可...
2023-06-11
我国这座深埋于地下136米处的水电站,秘密建设20年,现仍在发电

三相电与单相电的负载电流计算

三相电与单相电的负载电流计算: 对于单相电路而言,电机功率的计算公式是:P=IUcosφ, 相电流I=P/Ucosφ; 式中: I为相电流,它等于线电流 P为电机功率 U为相电压,一般是220V cosφ是...
2023-03-21

配电箱及开关箱的设置

1.施工现场的配电系统应设置总配电箱 (配电柜 )、分配电箱、开关箱实行三级配电,二级漏电保护。 2.总配电箱(配电柜)以下可设置若干分配电箱,分配电箱以下可设若干开关...
2023-03-21

老电工教您认识什么是火线、地线、零线,人人必备!

今天来带大家认识电线的区分: 火线、 地线 、零线 按照接线标准 零线(N)颜色须用黑色、蓝色 地线(PE)颜色须用黄、绿双色线 面对3孔插座,左零,右火,中间地 家庭电路中零线、火线...
2023-06-11
老电工教您认识什么是火线、地线、零线,人人必备!

热销商品

德国进口雅马哈风力灭火机大功率手提森林灭火器落叶工地吹雪机汽

德国进口雅马哈风力灭火机是一款高效、可靠的森林灭火和清理设备。它拥有大功率风机,能够迅速吹散落叶、杂草和积雪,有效清理工地和森林地面。这款灭火机采用先进技...
¥ 692.5

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

电位器旋钮电流调节螺帽直流逆变电焊机二保焊送丝机通用旋钮B102

电位器旋钮电流调节螺帽适用于直流逆变电焊机和二保焊送丝机,是一款通用的旋钮B102。该旋钮采用优质材料制造,具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点,能够长时间稳定运行...
¥ 0.7

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店,作为西门子品牌的专卖店,提供了一系列高品质、设计新颖的家居电气产品。这里销售的开关插座采用无框...
¥ 8.77

O型圈氟橡胶圆条丁腈胶硅胶垫片防水O三元乙丙EPDM密封件骨架油封

O型圈、氟橡胶圆条、丁腈胶、硅胶垫片、三元乙丙(EPDM)密封件及骨架油封是广泛应用于机械、汽车、航空航天及建筑等领域的关键密封元件。氟橡胶耐高温、耐腐蚀,适用...
¥ 1

网站栏目