双稳态电路原理、设计及应用(按键触发开关)

双稳态电路原理及设计、实际应用

一、工作原理

图一为双稳态电路，它是由两级反相器组成的正反馈电路，有两个稳定状态，或者是BG1导通、BG2截止；或者是BG1截止、BG2导通，由于它具有记忆功能，所以广泛地用于计数电路、分频电路和控制电路中。

原理，图2（a）中，设触发器的初始状态为BG1导通，BG2截止，当触发脉冲方波从1端输入，经CpRp微分后，在A点产生正、负方向的尖脉冲，而只有正尖脉冲能通过二极管D1作用于导通管BG1的基极是。ic1减小使BG1退出饱和并进入放大状态，于是它的集电极电位降低，经电阻分压器送到截止管BG2的基极，使BG2的基极电位下降，如果下降幅度足够时，BG2将由截止进入放大状态，因而产生下列正反馈过程（看下列反馈过程时，应注意：在图一的PNP电路中，晶体管的基极和集电极电位均为负值，所以uc1↓，表示BG1集电极电位降低，而uc1↑则表示BG1集电极电位升高，当BG1基极电位降低时，则ic1↑，反之当BG1基极电位升高时，ic1↓，ic1越来越小，ic2越来越大，最后到达BG1截止、BG2导通；接差触发脉冲方波从2端输入，并在t=t2时，有正尖脉冲作用于导通管BG2的基极，又经过正反馈过程，使BG1导通，BG2截止。以后，在1、2端的触发脉冲的轮流作用下，双稳电路的状态也作用相应的翻转，如图一（b）所示。

图一、双稳态电路

由上述过程可见：（1）双稳态电路的尖顶触发脉冲极性由晶体管的管型决定：PNP管要求正极性脉冲触发，而NPN管却要求负极性脉冲触发。（2）每触发一次，电路翻转一次，因此，从翻转次数的多少，就可以计算输入脉冲的个数，这就是双稳态电路能够计算的原理。双稳态电路的触发电路形式有：单边触发、基极触发、集电极触发和控制触发等。

图二给出几种实用的双稳态电路。电路（a)中D3、D4为限幅二极管，使输出幅度限制在-6伏左右；电路（b）中的D5、D6是削去负尖脉冲；电路（C）中的ui1、ui2为单触发，ui为输入触发表一是上述电路的技术指标。

图二、几种实用的双稳态电路

表一几种双稳态触发器的技术指标

图二(a) (b) (c) (d)

管型二极管2AP3 2AP15 2AK1C 2AK17 三极管3AX31B 3AG40 3AK20 3DK3B

信号电平“0”（无信号）（V）0 0 0 +6 “1”（有信号）（V）-6 -6 -9 0

工作频率（KHz）10 600 1000 8000

抗干扰电压（V）≥1≥1.5≥20.8-1

触发灵敏度（V) ≤4≤4.8≤7 2.5

输出端的吸收能力（mA) ≤4≤6.7≤210

输出端的发射能力（mA) ≤44≤12≤127

输出脉冲的上升时间（μs） 2 ≤0.30≤0.1≤0.1

输出脉冲的下降时间（μs） 2 ≤0.36≤0.15≤0.1

对β值的要求＞50 50-80 60-90 ＞50

元件参数的允许化△β＜10,±5% △β＜10,±5% △β＜10,±5% △β＜10,±5% 电源电压的波动范围±5% ±5% ±5% ±5%

工作温度范围（℃）0-40 -10-55 -20-50 -10-55

二、双稳态电路的设计

图三、双稳态的设计电路

双稳态设计电路见表二 表二 双稳态电路的设计公式及计算实例

要求 （1）输出幅度Um=6V ,（2）上升时间，tr≤100nS （3）最高工作频率fmax=1MHz 步骤

计算公式

计算实例

选择晶体管 若工作频率高时，应选用高速硅开关管 若工作频率低可选用低频硅或锗管 现选3DK ，β=50 二极管选用2CK10

选择电源电压 图3为设计电路，故应确定ED 、EC 、EB ∵采用箝位电路，故选ED≈Um ∴ED=6V ，Ec=2ED=12v,Eb=-12 计算Rc Rc ＜Ec/ED tr/CL

CL 为集电极对地的电容（包括加速电

容、分布电容、后级输入电容） 现设CL=180pF

Rc ＜12/6 100×10/180×10=1.1kΩ

计算Rk 、

RB

为保证可靠截止，应满足：

Uces-[(EB+Uces)/(RK+RB)]RK ＜Ubeo 为保证可靠饱和，应满足： β{[(Uco -Ubes)/RK]-[(EB+Ubes)/RB]}＞[(Ec-Uces)/Rc]+IL 式中：Uces 为饱和电压，对硅管Uces≈(0.3～0.4)V Ubeo 为截止管临界电压，Ube o≈0.2V Uco 为截止管的集电极电压，应取：Uco=ED+(箝位管正向压降）IL 为双稳电路灌入负截电流 现选Uces=0.4V ,Ubeo=0.2V 0.4-[(12+0.4)/(Rk+RB)]Rk ＜0.2 ∴RB ＜61RK (A) 现设IL=100mA,Ueo=6+0.4=6.4V

50[(6.4-0.7)/RK]-[(12+0.7)/RB]＞

[(12-0.4)/1]+10

∴RB ＞12.7RK/(5.7-0.43RK (B)

若选RK=6.8k 由（A ）算得RB ＜415K ，由(B)式算得RB ＞31K ，故选RB=39K 选择CrRr

RrCr≤1/2fmax,通常Cr 为几十pF

现选Cr=51pF

∴Rr≤1/6×1051×10=3.2k 故选Rr=2.4k

选择加速电容CK 对合金管CK 为几百pF 对高频外延管CK 为几十pF 现选Ck=51pF 计算结果标在图三中

三、双稳态电路应用——单键、双键触发开关