微分型单稳态触发器
单稳态触发器
《数字电子技术》
2.1 微分型单稳态触发器 2.2 集成单稳态触发器 2.3 单稳态触发器的应用
单元2 单稳态触发器
引言
《数字电子技术》
单稳态触发器是输出有一个稳态和一个暂稳态的电路。 它不同于触发器的双稳态。单稳态触发器在无外加触发信 号时处于稳态。在外加触发信号的作用下，电路从稳态进 入到暂稳态，经过一段时间后，电路又会自动返回到稳态。 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发信 号无关。单稳态触发器在触发信号的作用下能产生一定宽 度的矩形脉冲，广泛用于数字系统中的整形、延时和定时。
单元2 单稳态触发器
2.1 微分型单稳态触发器
1、工作原理
《数字电子技术》
（1）稳态
在无触发信号（uI为高电平）且R＜ ROFF时，G2门关闭，uO2输出高电平；G1门 全1出0，uO1为低电平，电路处于稳态。
工作波形
单元2 单稳态触发器
2.1 微分型单稳态触发器
1、工作原理
《数字电子技术》
（2）暂稳态
tW ≈ 0.7RC 在应用微分型单稳态触发器时对触发信号uI的脉宽和
周期要有一定的限制。即要求脉宽要小于暂稳态时间，周 期要大于暂稳态加恢复过程时间，这样才能保证电路正常 工作。
单元2 单稳态触发器
2.2 集成单稳态触发器
《数字电子技术》
集成单稳态触发器根据工作状态的不同可分为不可重复触发和可重复
逻辑符号
引脚排列
单元2 单稳态触发器
2.2 集成单稳态触发器
《数字电子技术》
74LS121的 功能表
1、触发脉冲 74LSl21有两种触发方式，可以上升沿触发，也可下降沿触发。
（1）上升沿触发时，触发脉冲应从B端输入，且A1和A2中至少有一 个为低电平。此时，电路由稳态翻转W延时即可得一负脉冲 。因此利
单稳态触发器
单稳态触发器特点：电路有一个稳态、一个暂稳态。
在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。
暂稳态不能长久保持，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。
一、门电路组成的微分型单稳态触发器1. 电路组成及工作原理微分型单稳态触发器可由与非门或或非门电路构成，如下图。
与基本RS触发器不同,(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图6.7微分型单稳态触发器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。
⑴ 没有触发信号时，电路处于一种稳态没有触发信号时，为低电平。
由于门输入端经电阻R接至，因此为低电平; 的两个输入均为0，故输出为高电平，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：, 。
⑵ 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态当时，的输出由1 0，经电容C耦合，使,于是的输出v02 =1, 的高电平接至门的输入端，从而再次瞬间导致如下反馈过程：这样导通截至在瞬间完成。
此时，即使触发信号撤除（），由于的作用，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，，。
⑶ 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和门的导通工作管对电容C充电，随着充电时间的增加增加，升高，使时，电路发生下述正反馈过程（设此时触发器脉冲已消失）：迅速截止，很快导通，电路从暂稳态返回稳态。
, 。
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6.8所示。
图6.8 微分型单稳态触发器各点工作波形2. 主要参数的计算(1) 输出脉冲宽度暂稳态的维持时间即输出脉冲宽度，可根据的波形进行计算。
单稳态触发器
同时输出返回到
的状态。
此后电容C通过电阻R和G2门的导通电路放电， 最终使电容C上的电压恢复到稳定状态时的初始 值，电路从暂稳态回复到稳态。
2．电路波形 uI
0 uO1
uI02 UDD UTH
0
uO
tw
tw
0
t1 t2
t
t UDD+ΔU
t
t
由波形图可知，若uI的正脉宽大于暂态脉宽tw，在电 路由暂态返回到稳态时，由于门G1被uI封锁住了， 会使输出uO的下降沿变缓，波形质量下降。 此时可以在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，
当输入触发脉冲uI上升到G1门的阈值电压UTH，电路中 将产生如下正反馈过程： uI↑→ uO1↓→ uI2↓→ uO↑ 则门G1迅速导通，uO1很快 从高电平跳变为低电平 ，而由于电容C两端的电压不能 突变，所以uI2也同时跳变为低电平，门G2截止，输出 uO跳变为高电平。
此时即使触发信号uI撤除（即uI变为低电平），uO仍维 持高电平。 但电路的这种状态不能长久保持，所以叫做暂稳态。
数字电子技术基础
单稳态触发器
单稳态触发器
1.1 门电路构成的单稳态触发器 1.2 集成单稳态触发器
单稳态触发器--只有一个稳定状态的触发器。
特点：在未加触发脉冲前，电路处于稳定状态； 在触发脉冲到来时，电路由稳定状态翻转为暂 稳定状态，停留一段时间后，电路又自动返回 稳定状态。
暂稳定状态维持的时间长短，取决于电路的 参数（RC），与触发脉冲无关。
另外要注意，对于不同逻辑门组成的单稳态触发器， 电路的触发信号和输出脉冲是不一样的。
3．电路主要参数计算
（1）输出脉冲宽度tw。 由波形图知，输出脉冲宽度tw为电容C充电过程。 即uI2从0V上升到UTH所需的时间。
[全]数字电路--单稳态触发器
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数字电路--单稳态触发器（2）构成微分电路的条件2．积分电路（1）电路和工作原理二、单稳态触发器1．门电路构成的单稳态触发器（1）微分型单稳态触发器积分型单稳态电路要求触发脉冲信号宽度大于输出脉冲宽度。
采用窄脉冲触发的积分型单稳态电路，对输入脉冲的宽度没有这种限制。
2．集成单稳态触发器（1）非重触发的集成单稳态触发器单稳态触发器在外界触发信号作用下进入暂稳态。
在暂稳态期间，外界再输入触发信号，并不影响电路的暂稳态。
只有当暂稳态过程结束，电路又进入原来的稳态之后，新的触发信号才能使电路再次进入暂稳态，即暂稳态持续时间tW是不变的，这就是非重触发单稳态电路。
（2）可重触发单稳态触发器可重触发单稳态电路与非重触发的集成单稳态触发器不一样，当外界输入触发信号使电路进入暂稳态之后，输入新的触发信号就可延长暂稳态的持续时间，输出脉宽可任意展宽。
常用电磁型继电器的类型及作用电磁型继电器是传统继电保护中的基本原件，也反应于某一个类型的电气量而动作，具体有如下几种类型：1．中间继电器中间继电器的主要作用是，当继电保护系统中需要同时闭合或断开几个回路，或要求比较大的触点容量动作于跳闸等情况时，用中间继电实现信号的扩展和转换，按接线方式分，可分为两种情况，一种是线圈与电压回路并联（并联线圈），另一种是与电流回路串联（串联回路）。
中间继电器一般都是按电磁原理构成。
在结构上，中间继电器一般包括电磁铁、线圈、衔铁、动触点、静触点、反作用弹簧及铁芯等构件，其中磁导体有“∏”或“Ш”等形式。
其作用原理是线圈上电后，电磁铁将产生电磁力吸合衔铁，衔铁带动常开或常闭触点，使其闭合或断开，当外加电压消失后，反作用弹簧将拉动衔铁使其复归原位。
除了电磁式直流中间继电器外，还有交流型的中间继电器，与直流型中间继电器相比，这种继电器可以直接接入电流互感器的二次回路中，接入与否可由其他继电器的触点来控制。
因其直接串接在电流回路中，故有时也称串联中间继电器。
微分型单稳态触发器的Multisim分析
的输 出 电阻 ， １ Ｕ 门的阈值 电压＝ Ｖ ）电路 维持暂 ｕ ＜ Ⅲ（ 加，
二
Ｍｕｔｉ 仿 真 如 图 １所 示 。其 中 ， 输 入 脉 冲 信 号 、 为 或 ｌｓ ｉｍ ／为 ／ ，
号 源 、 四 踪 示 波 器 测 试 有 关 波 形 ， 以 直 观 、 量 描 述 电路 用 可 定
输 入 脉 冲 信 号 正 脉 冲触 发 ，即 Ｕ为 高 电 平 且 Ｕ 的触 发 时 间须 很 短 ， 小 于 暂稳 态 持 续 时 间 。 要
有效 ，
的工作过程。
以 下 用 Ｍｕ ｉ ｍｌ ｈ ｓ ０版 本 对 Ｃ Ｓ或 非 门 微 分 型 单 稳 态 ｉ Ｍ０
由 Ｄ 跳 到 ０ Ｖ，Ｂ随 之 由 Ｄ 跳 到 ０ Ｖ， ０由 ０ Ｖ上 跳 Ｄ下 Ｕ Ｄ下 Ｕ
１ 微 分 型 单 稳 态 触 发 器 的 Ｍ ｕｔ ｉ 仿 真 ｌｓ ｉｍ
Ｃ Ｓ或 非 门 微 分 型 单 稳 态 触 发 器 的 典 型 电 路 Ｉｚ Ｍ０ ｌ］ ＿及
到 ， 电容 ｃ充 电使 Ｕ ｆ， 电 回路 为＋ 一 一ｃ Ｇ 门 充 —
且输入脉冲信号 Ⅱ已回到 ０ ， 。 Ｖ
－
１— ５—
《 电子设计 工程 ￣０ ２年 第 ８期 ２１
暂 稳 态 结 束 ，０ Ｄ 下 跳 到 ０Ｖ、０ 由 ０Ｖ上 跳 到 Ｍ由 Ｄ ｕ１
随 之 上 跳 到 。
／ ／ ， ｎ
电容 Ｃ放 电 ，放 电 回路 为
Ｒ及 Ｇ 门输入端一＋ ２ 叩，
触 发 器 以 及 集 成 稳 态 触 发 器 ［］ １。 － ２ 在 Ｍｕｔ ｉ 仿 真 软 件 ［ １ ｌｓ ｉｍ ３ 中进 行 单 稳 态 触 发 器 分 析 时 ， － ８ 用
8.1 单稳态触发器解析
C
(2) 外加触发信号
vI 0 vd
d
vI
t
d =VTH
vO1
使
OI
vO
vI2
正反馈
t
vO
1
0
O1 = 0
O=1
vO1 C 1 vI2
R VDD G2
电路进入暂稳态
0
vI2
0
t
vO1
G1 1 vd v C
VDD VTH 0 vO 0
t
vI
Cd
Rd
t1 t2 t
(3)电容充电
vI
两种触发方式
（3）电路连接
定时电容 定时电阻——内部 定时电阻——外部
74121功能表 A1 0 X X 1 1 A2 X 0 X 1 1 0 X X 0 B 1 1 0 X 1 1 1 Q 0 0 0 0
Q
1 1 1 1
Q 1
NC 2
14 VCC 13 NC 12 NC 11 Cext/Rext 10 Cext 9 Rint 8 NC
I2
vO1
t
I2 =VTH 产生正反馈过程
vI2 vO vO1
vR
0 vd
v o2
使
O1 = 1
O=0
0
vO
1
0
t
电路由暂稳态自动返回到稳态
1
v0
I2
vO1 C 1
vO G2
t
V DD V TH 0 vO
G1 1 vI Cd vd Rd
t
D v I2 v C R VDD
vI
估算
R(0+)
R() =0
vCC vCC
门电路组成的微分型单稳态触发器
t3
(b)
电容正反馈
多谐振荡器
当vd下降至Vth时，G1由开态变为 关态，va由低电平上跳至高电平，G2 由关态变为开态，vb由高电平下跳至 低电平。电路又一次自动翻转。
当G1处于关态，G2处于开态后，
R
d
&
a
G1 C
(a) 3.6V
va
0.3V
&b G2
电 容 C 充 电 ， vd 电 位 逐 渐 上 升 ， 在 vd 上升至Vth之前，这段时间称为暂态Ⅱ，
电路从暂稳态回到原来的初始稳定状态，电容上的电压恢复到原来的初始态0
输出脉冲宽度的计算：
主要参数的计算
vR t vc
vc
0
vc
t
e
tw
ln
vc vc vc vc
0
tw
估算
三要素公式
tw
ln
vc vc vc vc
0
tw
RCIn VDD 0 0.7RC
vb
0.3V
放
如图中t2～t3期间的波形。
vd ΔV 1.4V
电
电
充
当vd上升至Vth时，G1由关态变为
tw1
tw2
开态，G2由开态变为关态，进入暂态 Ⅰ。以后不断重复上述过程，从而形
成周期振荡，在输出端获得矩形波v
电容正反馈 多谐振荡器
R
d
&
a
G1 C
(a) 3.6V
va
0.3V
VDD
1 2
VDD
单稳态触发器
单稳态触发器的工作特点： ① 电路有一个稳态，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 暂稳态不能长久保持，电路会自动翻转回稳态 ④ 电路在暂稳态中持续的时间，由RC延时环节决定
16_《单稳态触发器》课件
5
图6.4.3 积分型单稳态触发器
《数字电子技术》
6.4 单稳态触发器
tTR>tw 无正反馈
tw=?
2023图/116/.264.4 图6.4.3电路的电压波形图
6
《数字电子技术》
6.4 单稳态触发器
tw = ? Vm = ?
恢复( 充电) 时间：tre =(3~5)(R+R’O)C
2分023/辨11/时26 间：td = tTR+tre
必须在暂稳触发单稳态触发器，就是单稳
态触发器被触发进入暂稳态后，如果再加入触发脉
冲，单稳态触发器将重新被触发，使输出脉冲再继
续维持一个脉冲宽度。
2023/11/26
9
《数字电子技术》
6.4 单稳态触发器
下图6.4.5是TTL集成单稳态触发器74121简化的原 理性逻辑图。它是在普通微分型单稳态触发器的基础上附加 输入控制电路和输出缓冲电路而形成的。具有边沿触发的性 质。
6.4 单稳态触发器
二、单稳态触发电路的应用
（1）用作脉冲整形
不可重复触发
tw仅与R、C、VTH有 关 ; Vm＝VOH-VOL
可重复触发
图6.3.7
单稳态202触3/1发1/2器6 用于脉冲整 形
14
《数字电子技术》
6.4 单稳态触发器
（2）构成定时电路
数字频率计
2023/11/26 图6.3.8 单稳态触发器构成定时电路
2
必须在触发脉冲的宽度大于输出脉冲宽
度时方能正常工作。
2023/11/26
8
《数字电子技术》
6.4 单稳态触发器
6.4.2 集成单稳态触发器(*)
集成单稳态触发器可分为非重复触发单稳
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微分型单稳态触发器
一、前言
微分型单稳态触发器是数字电路中的一种基本电路，具有稳定性高、抗干扰性强、反应速度快等优点，在电路控制、通讯、计算机等领域得到了广泛的应用。
二、基本概念
微分型单稳态触发器是一种利用放大器、电容和电阻等元器件构成的电路，其特点是具有两种稳定状态和一种间歇状态。
当输入信号经过放大和处理后，可以使输出信号从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。
三、电路结构
微分型单稳态触发器的电路结构一般由两个晶体管放大器、一个电容和若干个电阻组成。
其中一个晶体管放大器作为基本电路，用以放大输入信号；另一个晶体管放大器作为反馈电路，在一定条件下控制输出信号进行翻转。
四、电路原理
当输入信号发生变化时，输出电压也随之变化。
当输出电压达到一定
阈值时，反馈电路使输出电压发生翻转，此时输出电压从一个稳态变
成另一个稳态，如此便实现了触发功能。
五、应用领域
微分型单稳态触发器广泛应用于计算机领域，如时序控制、数据存储等。
在通讯领域，微分型单稳态触发器可以实现数字解调器和数字调
制器。
此外，在自动控制系统中，微分型单稳态触发器也被广泛使用，如在温度控制、汽车电子控制等方面。
六、总结
微分型单稳态触发器作为数字电路中的一种基本电路，具有稳定性高、抗干扰性强、反应速度快等优点，被广泛的应用于各个领域。
随着科
学技术的不断发展，微分型单稳态触发器的应用场景也在不断扩大，
相信未来它将在更多领域发挥作用。