单稳态触发器
数字电子电路分析与应用)4-3单稳态触发器
触发器在暂稳态结束后，会进入 一个稳定的状态，此时触发器的 输出状态保持不变。
触发器的波形变换功能
01
02
03
脉冲整形
利用触发器可以将不规则 的输入信号转换成具有特 定波形和频率的输出信号。
信号分离
可以将一个连续的输入信 号分离成多个脉冲信号， 实现信号的分离和整形。
信号分频
利用触发器可以将输入信 号的频率降低，实现信号 的分频。
输出脉冲宽度稳定，受电源电压和温度变化影响较小。
单稳态触发器的优势与不足
• 输出脉冲幅度大，驱动能力强。
单稳态触发器的优势与不足
不足
输出脉冲的上升沿和下降 沿不陡峭，可能会影响后 续电路的工作。
输出脉冲宽度固定，无法 调节。
电路的延迟时间受元件参 数影响较大，不易精确控 制。
单稳态触发器的发展趋势
恢复时间
指从输出状态改变后，输出回到稳定状态所需的时间。
影响因素
触发器的电路结构和参数，以及上一次触发后的余振影响。
选择依据
根据实际应用需求，选择具有较短恢复时间的单稳态触发器，以 提高工作效率。
重复频率
重复频率
指单位时间内触发器能够重复工 作的次数。
影响因素
触发器的电路结构和参数，以及 电源电压和环境温度等外部条件。
03 单稳态触发器的应用
定时器
定时器
单稳态触发器可以用于定时器电路， 通过设定输入脉冲的宽度和延迟时间 ，实现定时控制。
定时器应用
定时器在各种电子设备和系统中有着 广泛的应用，如微波炉、烤箱、洗衣 机等家电的计时功能，以及计算机和 通信设备的时钟信号等。
脉冲整形
脉冲整形
单稳态触发器可以对输入脉冲进行整形，通过调整输出脉冲的宽度和形状，以 满足特定电路的要求。
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。
单稳态触发器的基本原理
单稳态触发器的基本原理
单稳态触发器是一种具有两个稳态的电子电路，输入一个触发信号时，输出在一段时间内保持在一个稳态，然后恢复到另一个稳态。
基本原理如下：
1. 单稳态触发器由至少一个双稳态器和一个触发器组成。
双稳态器具有两个稳态，分别为Set（置位）和Reset（复位）。
2. 当输入触发信号为高电平时，触发器处于Set稳态，输出为高电平。
当输入信号回到低电平，触发器的状态不会改变。
3. 当输入触发信号为低电平时，触发器处于Reset稳态，输出为低电平。
当输入信号回到高电平，触发器的状态不会改变。
4. 通过根据上述两个稳态的状态转移规则，输入信号的变化会导致触发器状态的切换，从而改变输出信号的状态。
5. 单稳态触发器可以设置一个固定的时间延迟，当输入触发信号改变时，触发器会在一段固定的时间后恢复到另一个稳态。
6. 单稳态触发器的具体实现方式有很多，比如基于门电路的实现（如SR触发器、D触发器等）和基于集成电路的实现（如555定时器等）。
总之，单稳态触发器通过输入信号的变化从一个稳态切换到另一个稳态，以实现一段固定的时间延迟，并输出变化后的信号状态。
单稳态触发器 (2)
单稳态触发器概述单稳态触发器（Monostable Multivibrator），又称单谐振触发器或单稳态多谐振器，是一种基本的数字电路元件。
它在输入触发信号的边沿出现时，会在一定的时间间隔内产生一个输出脉冲。
单稳态触发器有广泛的应用，特别是在数字电路中的计算机系统、通信系统和控制系统中，扮演着重要的角色。
工作原理单稳态触发器由一个RS触发器加上一个RC电路组成。
当输入端的触发信号进行边沿触发时，RS触发器的状态发生改变，导致输出信号产生脉冲。
而RC电路则决定了脉冲的宽度。
触发信号在上升沿或下降沿时，通过一个比较器来将信号转换为高电平或低电平。
触发信号的上升沿或下降沿引起比较器输出瞬时反转，导致RS触发器的状态发生改变。
RS触发器的状态改变会导致输出脉冲的产生。
在输出脉冲的持续时间方面，RC电路起到了关键的作用。
RC电路由一个电阻和一个电容组成，当输入端的触发信号引起RS触发器状态改变时，电容开始充电，通过选择合适的电阻和电容值，可以控制电容充电的时间，从而控制输出脉冲的持续时间。
应用单稳态触发器在数字电路中有着广泛的应用。
常见的应用包括： 1. 脉冲生成器：单稳态触发器能够生成一定宽度的脉冲信号，可以用于时序控制和时序检测。
2. 边沿检测器：单稳态触发器可以检测输入信号的边沿，用于时序检测。
3. 延时器：通过调整RC电路的参数，可以实现不同的延时效果，在单片机、微控制器等系统中常用于延时应用。
4. 脉宽测量器：利用单稳态触发器的特性，可以对输入信号的脉冲宽度进行测量。
优点和缺点单稳态触发器具有以下优点： - 可靠性高：由于是基于硅片制造的集成电路，因此具有高可靠性和稳定性。
- 可控性强：通过调整RC电路的参数，可以灵活控制输出脉冲的宽度和时间间隔。
- 适用范围广：可以应用于不同的数字电路设计中，满足不同的需求。
然而，单稳态触发器也存在一些缺点： - 成本较高：由于是集成电路，制造工艺复杂，因此成本相对较高。
单稳态触发器
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图6-16 74121的电路符号 14
功能： （1）触发方式：
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（2）定时元件接法：
图(a)：外接电阻
图(b)：用内部电阻
R=Rext（1.4~40kΩ图）6。-17 74121R应＝用R电in路t (约为2kΩ)。
输出脉冲uO的宽度：tw ≈ 0.7RCext
外接电容Cext一般取值范围为10 pF～10μF，在
要求不高的情况下最大值可达1000μF。
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6.3.3 单稳态触发器的应用
单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。 1. 脉冲延时
如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳 电路来实现。
u20O21的/4/2 下降沿比图u6I-的18下单降稳沿电延路迟的了延t时w的作用时间。
1. 输入脉冲触发方式
上升沿触发 下降沿触发
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2. 不可重复触发型与可重复触发型
图（a）为不可重复
图 （ b ） 为 可 重 复 型触发单稳态触发器
触发型单稳态触发器
该电路在触发进入暂
该电路在触发进入 稳态期间如再次受到触
暂稳态期间如再次被 发，对原暂稳态时间没
触发，则输出脉冲宽 有影响，输出脉冲宽度
3. 对输入触发脉冲宽度的要求
在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲uI的 宽度tw1应小于输出脉冲的宽度tw，即tw1＜tw，否则电 路不能正常工作。
如出现tw1＞tw的情况时，可在触发信号源uI和G1 输入端之间接入一个RC微分电路。
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6.3.2 集成单稳态触发器
用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简 单，但输出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小， 而且触发方式单一。因此实际应用中常采用集成单 稳态触发器。
单稳态触发器的工作特点
单稳态触发器的工作特点
单稳态触发器是一种能够保持在唯一的稳态状态上的触发器。
其工作特点如下：
1. 稳态和触发态：单稳态触发器有两个状态，一个是稳态（也称为非触发态或重置态），另一个是触发态。
在稳态下，输出保持在一个稳定的电平上，不随输入变化而改变；在触发态下，输出发生瞬时的变化，并且在一个确定的时间后返回到稳态。
2. 触发条件：单稳态触发器只有在特定的触发条件下才会从稳态转换为触发态。
触发条件可以是输入信号的上升沿或下降沿，也可以是特定的电平。
3. 触发时间：一旦触发条件满足，单稳态触发器会进入触发态，并且在一个预定的时间内保持在触发态。
这个时间被称为触发时间或宽度。
触发时间可以通过外部电路或内部元件的设置来确定。
4. 稳定时间：一旦触发时间结束，单稳态触发器会返回到稳态。
在返回到稳态的过程中，触发器处于稳定时间。
稳定时间是触发器从触发态恢复到稳态的时间间隔。
5. 适用性：单稳态触发器可用于各种数字电路应用中，如脉冲时序生成、电平提升和电平跟踪等。
它们可以将来自外部输入的突发事件变换为固定宽度且可控的脉冲输出。
总之，单稳态触发器是一种能够维持在稳态和触发态之间切换的触发器。
它们具有固定的触发时间和稳定时间，并且在满足特定触发条件时会从稳态转换为触发态。
单稳态触发器与施密特触发器原理及应用
单稳态触发器与施密特触发器原理及应用1.单稳态触发器的原理：单稳态触发器，也称为单稳多谐振荡器，是一个能够在输入信号发生变化时，产生一个固定时间的输出脉冲的元件。
它有两个稳态，一个是触发态，另一个是稳定态。
在触发态时，输出保持一个较低的电平；在稳定态时，输出保持一个较高的电平。
当输入信号发生变化时，触发器进入触发态并产生一个固定宽度的输出脉冲，然后返回稳定态。
单稳态触发器的原理是通过RC电路的充放电过程实现的。
当输入信号变为高电平时，电容开始充电，直到电压达到了触发器的门限电压。
这时，触发器进入稳定态。
而当输入信号变为低电平时，电容开始放电，直到电压降到触发器的触发电平。
这时，触发器进入触发态并产生一个固定宽度的输出脉冲。
2.单稳态触发器的应用：-消抖器：将机械开关产生的抖动信号转换为一个稳定的输出信号。
-一次性多谐振荡器：使用单稳态触发器的稳定脉冲输出来控制多谐振荡器的频率，实现一个稳定的脉冲输出。
-电平传递：将一个短时脉冲信号转换为一个稳定的电平信号输出。
3.施密特触发器的原理：施密特触发器，又称为滞回比较器，是一种具有正反馈的比较器。
它的输入信号必须经过两个不同的阈值电平才能改变输出状态。
施密特触发器有两个稳态，一个是高稳态，另一个是低稳态。
当输入信号超过上阈值电平时，触发器从低稳态切换到高稳态；当输入信号低于下阈值电平时，触发器从高稳态切换到低稳态。
施密特触发器的原理是利用正反馈产生滞回特性。
当输入信号超过上阈值电平时，正反馈会加强这个变化，使得输出电平更快地从低电平切换到高电平。
而当输入信号降低到下阈值电平时，正反馈会加强这个变化，使得输出电平更快地从高电平切换到低电平。
4.施密特触发器的应用：施密特触发器常用于数字信号处理中的滤波和门控电路等应用。
具体应用包括：-模数转换器：将模拟信号转换为数字信号时，需要滤除输入信号中的噪声和抖动。
施密特触发器可以用来实现这个滤波功能。
-数字信号选择器：当多个数字信号输入时，施密特触发器可以用来实现对一些信号的优先级选择。
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1.不可重复触发的单稳态触发器74121
其输出脉冲宽度为
tW RextCext ln 2 0.7 RextCext
74121集成单稳 态触发器内部简 化逻辑图
74121集成单稳 态触发器逻辑 符号
单稳态触发器74121 的工作波形
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
微分型单稳态触发器的暂稳 态时间可以用以下公式估算
t w 0.7( Ro R)C
RO为与非门的输出电阻
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.2.2 集成单稳态触发器
单稳态触发器可以分为不可重复触发型和可重复触发型。
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.3.1 用门电路组成的施密特触发器
施密特触发器有两个稳定的工作状态，所以是双稳态触发 器的一种。但是又不同于一般的双稳态触发器，其两个稳 态互相翻转所需的输入信号电平不相同，具有滞后电压传 输特性，即回差特性。如图12.1.1所示其输出信号与输入 信号关系的电压传输特性曲线图。
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第 12 章
3.脉冲整形
脉冲波形的产生和整形
将外形不规则的脉冲作触发脉冲，经单稳输出，可获 得规则的脉冲波形输出。
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.3 施密特触发器
主要要求：
理解施密特触发器的概念和特点
掌握施密特触发器的传输特性和应用
第 12 章
ห้องสมุดไป่ตู้脉冲波形的产生和整形
第 12 章
脉冲波形的产生和整形
多谐振荡器 单稳态触发器 施密特触发器 555集成定时器及应用 本章小结
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
数字系统中，经常用到脉冲信号。这些信 号来自于脉冲波形的产生与整形电路。而这些 电路可以分为如下三种基本种类：
掌握单稳态触发器的应用。
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.2.1 微分型单稳态触发器
单稳态触发器有一个稳定工作状态和一个暂稳态，无外加 触发信号时处于稳态。在外加触发输入信号作用下，它由 稳态进入暂稳态，维持一段时间后，有自动返回到稳态。 暂稳态维持时间长短之于电路中阻容元件参数决定，与外 加触发脉冲信号无关。 微分型单稳态触发器由G1的 输出到G2的输入将其耦合， RC为定时电路，其中R数值 小于G2的关门电阻，以保证 G2关门（静态时）。
74121集成单稳态触发器功能表
A1
1 ↓ ↓ 0 × ↓ 1 ↓ × 0
A2
1 1 1 ↑ ↑
B
Q
Q
× 1 0 ×
× 1 × 0
0 × 1 1
0 0 0 0
1 1 1 1
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
2. 可重复触发的单稳态触发器74HC123
逻 辑 符 号 工 作 波 形
74HC123功能表
输 入 输 出
说
TR↑触发 TR↓触发
明
RD
1 1 ↑
0 × ×
TR
0 ↓ 0
× 1 ×
TR
↑ 1 1
× × 0 0 0 0
Q
Q
RD
1 1 1
↑触发
低电平置0 RD
TR为高电平，置0 TR为低电平，置0
同样有输出脉冲宽度 tW 0.7RextCext
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.2.3 单稳态触发器的应用
1.脉冲定时
上图是单稳态触 发器的模块逻辑 表达。用较小的 宽度的脉冲去触 发，可以获得确 定宽度的脉冲输 出，实现定时控 制（如下图）。
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第 12 章
2.脉冲延迟
脉冲波形的产生和整形
某些电路中，要求输入信号出现后电路不立即工作， 而应延迟一段时间后再工作。将输入信号uI1加入第一 级单稳态电路，再级联一级单稳态就获得了延迟tw时 间的脉冲输出。
不可重复触发型
可重复触发型
74121、74221、74LS221 都是不可重复触发的集成单 稳态触发器，而74122、 74LS122、74123、 74LS123等属于可重复触发 的集成单稳态触发器。
在tw时间内再次触发 将持续暂稳态。
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
其中UT+为正向阈值电 压，UT-为负向阈值电 压，UH为滞后电压或 回差电压。
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
输入信号上升时按照UT+阈值翻转 输入信号下降时按照UT-阈值翻转
可以用CMOS基本门电 输出信号由高（ High）翻转为低（Low） 路组成施密特触发器：
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.1.1 RC环形振荡器
多谐振荡器是能产生矩形脉冲的自激振荡器，它产生的脉 冲具有高、低两种状态并交替转换，称为两个暂态。故又 称为无稳态电路。由于矩形脉冲波形是由基波和许多高次 谐波组成的，故称为多谐振荡器。 注意
不同于触发器，多谐振荡器没有信号输 入端，只要接上直流电源，就有如下图 的波形信号输出。
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第 12 章
构成电路：
脉冲波形的产生和整形
其周期可以用下面公式计算
T 2.3RC
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.1.2 RC基本多谐振荡器
其振荡周期可以用下面公式计算
T 1.4 RC
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.1.3 石英晶体振荡器
石英晶体的选频特性非常好，只有 在频率为f0的信号最容易通过，而 其他频率的信号均会被晶体所衰减。
石英晶体的谐振频率是由它的大小、 几何形状及材料所决定的。
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.2 单稳态触发器
主要要求：
理解单稳态触发器的概念和特点。
施密特触发器（Schmitt Trigger） 单稳态触发器（Monostable Trigger）
多谐振荡器（Multivibrator）
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第 12 章
脉冲波形的产生和整形
12.1 多谐振荡器
主要要求：
理解多谐振荡器的概念和特点。
了解多谐振荡器的多种构成电路。
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