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单稳态电路

具有稳态和暂态两种工作状态的基本脉冲单元电路

单稳态电路 （monostable circuit） 是一种具有稳态和暂态两种工作状态的基本脉冲单元电路。没有外加信号触发时，电路处于稳态。在外加信号触发下，电路从稳态翻转到暂态，并且经过一段时间后，电路又会自动返回到稳态。暂态时间的长短取决于电路本身的参数，而与触发信号作用时间的长短无关。

原理
单稳态电路可以由分立元件、集成逻辑门来构成，也可用555定时器或单片专用单稳态触发器实现。
单稳态触发器
电路如图1（a）所示。合理选择电路参数，使稳态时VT1饱和、VT2截止。当外加触发脉冲下降沿到来时，通过微分电路，二极管VD导通，uB1下降、uC1上升、uB2上升、uC2下降、uB1又继续下降，产生正反馈，使电路迅速翻转到VT1截止、VT2饱和的暂态。随着电容器C上电压通过VT2的放电，uB1上升。当它上升到VT1管的导通电压时，电路又一次产生正反馈，使VT1饱和、VT2截止。当C再次充电到稳态时的电荷值后，触发器回到稳态。工作波形如图1（b）所示。Q端输出脉冲宽度tw=0.7Rb1C。
微分电路
由两个集成逻辑门及RC微分电路构成，如图2（a）所示。Rd、Cd为输入微分隔直电路。R、C是决定输出脉冲宽度的定时元件。稳态时G1导通、G2截止，uO=UOH。当uI有负脉冲触发时，G1截止，因为电容C上的电压不能突变，所以G2导通，电路进入暂态，电容器C由G1的输出电压经电阻R开始充电。随着C两端电压的升高，u12下降.当u12下降到G2的阈值电平时，G2开始截止，电路产生正反馈，迅速使G1导通、G2截止。当电容C上的电荷恢复到稳态值后，电路又回到稳态。该电路的输出脉冲宽度为：tw=(R+ R0)Cln(·)其中，R0为G1的高电平输出电阻。
集成电路
分成两类：一类是可重触发的；一类是不可重触发的。前者是指在电路第一次触发后的暂态期间，允许再次被触发，后者则不允许，即第二次触发无效。
集成单稳态电路常设有若干个触发输入端，包括正边沿触发端及负边沿触发端。某些电路的内部还附加了一个施密特触发器，用以改善输入触发脉冲的边沿。此外，还常设有置0输入端。因此，使用灵活、方便。
积分电路
由两个集成逻辑门及RC积分电路构成，如图2（b）所示。稳态时G1、G2同时截止，u01、uA、u0均为高电平。当uI正脉冲到来时，G1导通，立即使u0=U0L，电路进入暂态。随着电容C通过G1的放电，uA不断下降。当uA=UTH时，G2截止，u0回到高电平。当uI由高电平变低电平后，G1截止，电容C由G1的输出电压经电阻R充电，在uA恢复到高电平UOH时，电路回到稳态。该电路适用于宽的正脉冲触发，输出脉冲宽度为：tw=(R+ R0)Cln其中，R0为G1的低电平输出电阻。
状态
双稳态电路有两个稳定状态，一个输出端和两个输入端（“+”、“－”端各一个），当输入端的“+”端有触发信号时，输出端不管原来是什么状态，都会立即变为高电平，且一直稳定地输出高电平。如果当输入端的“－”端有触发信号时，输出端不管原来是什么状态，都会立即变为低电平，且一直稳定地输出低电平。触发翻转后会一直保持，有记忆效用，一般作存储器或计数器。
我们知道，数字电路的信号只有两种状态：逻辑低与逻辑高，即通常所说的0状态与1状态，或者0电平与1电平。
定义
单稳电路指的是该电路的输出信号只能在一种状态（逻辑高或低）下是稳定的，而当电路的输出处在另一种状态下时不能稳定的保持住，会自动的回到稳定的状态。
当然，双稳电路就是说电路的输出信号在两种状态下（0或1）都可以稳定的存在。
应用
单稳电路的应用是十分广泛的，一般用来产生一定时间宽度的（正或负）脉冲信号。
单稳（电路）触发器同“RS触发器”、“JK触发器”、“D触发器”等（后几种为双稳态的触发器）构成数字电路中基本的触发器类型，单稳电路也是数字电路中的基本电路。
注：在看数字电路的资料时，有时看到“三态”的字样，三态指的是除了前面说的逻辑状态0、逻辑状态1以外，还有称为“高阻态”的第三种的状态。“高阻态”指（信号）线呈高阻抗状态，就象信号线“断开”一样。“高阻态”应理解为“电路”的一种状态而不是“信号”的一种状态（数字信号只有0或1）。
原理
单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。
工作原理
当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。输入Vi'由于Ri的存在而为高电平Vcc。此时，①若定时器原始状态为0，则集电极输出（7脚）导通接地，使电容C放电、Vc=0，即输入6脚的信号低于2/3Vcc，此时定时器维持0不变。
②若定时器原始状态为1，则集电极输出（7脚）对地断开，Vcc经R向C充电，使Vc电位升高，待Vc值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。
结论：单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。
单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析：
①触发翻转阶段：
输入负脉冲Vi到来时，下降沿经RiCi微分环节在Vi'端产生下跳负向尖脉冲，其值低于负向阀值（1/3Vcc）。由于稳态时Vc低于正向阀值（2/3Vcc），固定时器翻转为1，输出Vo为高电平，集电极输出对地断开，此时单稳态触发器进入暂稳状态。
②暂态维持阶段：
由于集电极开路输出端（7脚）对地断开，Vcc通过R向C充电，Vc按指数规律上升并趋向于Vcc。从暂稳态开始到Vc值到达正向阀值（2/3Vcc）之前的这段时间就是暂态维持时间tpo 。
③返回恢复阶段：
当C充电使Vc值高于正向阀值(2/3Vcc）时，由于Vi'端负向尖脉冲已消失 ，Vi'值高于负向阀值（1/3Vcc），定时器翻转为0，输出低电平，集电极输出端（7脚）对地导通，暂态阶段结束。C通过7脚放电，使Vc值低于正向阀值（2/3Vcc），使单稳态触发器恢复稳态。
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