单稳态电路与双稳态电路

单稳态电路就是只有一种稳定输出状态的电路,如不自锁的按钮开关控制灯泡就是一个最典型、最简单的单稳态电路:不按按钮时,按钮处于抬起位,其常开触点断开,灯泡熄灭。只有用手按下按钮时,按钮的常开触点闭合,灯泡亮。当手离开按钮,按钮立刻抬起其常开触点恢复断开,灯泡灭。该电路在不触动按钮时总保持熄灭的一种状态,故可称之为单稳态电路。
双稳态电路就是有二种稳定输出状态的电路,如自锁式按钮开关控制灯泡就是一个最典型、最简单的双稳态电路:当不按按钮时,自锁按钮将始终保持它现有状态不变(如处于按下位,灯泡亮,如处于抬起位,灯泡灭),当用手按一下按钮,按钮将改变它的现有状态:由抬起位变压下或由压下位变抬起,使灯泡由灭变亮,或由亮变为熄灭。即该电路有二个稳态输出:亮或熄灭。故称之为双稳态电路。
下面画出2个用集成块组成的单稳态与双稳态电路供分析参考:
电路原理分析: 上图一为单稳态电路,上图二为双稳态电路,这二个电路均是由双D触发器4013组成。在分析这2个电路原理之前,先介绍一下D触发器工作原理:D触发器,它有6个引线端点,其Q为正向输出端,Q\为反向输出端,D为数据输入端,R为复位端,S为置位端,其R、S皆为高电位触发有效(即当R或S=1时,会使Q=1或使Q=0)。 clk为控制端,当clk=1时,其上跳沿触发有效,将使输出端Q电位发生变化:如D=0,给clk端输入一正突跳脉冲,将使Q端输出输出为0,如D=1,给clk端输入一正突跳脉冲,将使Q端输出输出为1。
了解D触发器动作原理,就不难分析上面二图的动作原理:
1、图一为单稳态电路,其电路是由D触发器、电阻R与电容C组成,电阻R二端分<BR>别接D触发器的Q\端与S端,电容C的二端分别接S端与电源地(GND),4013的R端与D端接电源地(GND)。当接通电源瞬间,其输出可能会有2种输出状态:一种为:Q=1、Q\=0,另一种为:Q=0、Q\=1,但延时一段时间后该电路达到稳定状态后,其输出只有一种输出状态,即:Q=1,Q\=0 。请见以下分析:<BR> (1)、如通电瞬间,其输出状态为Q=1、Q\=0,由于C的原电压=0,而Q\=0,使R、C支路电压=0,C将保持0V不变,即S端电压=0,R端接地,在无外信号触发clk端时,电路将总保持这种输出状态。
(2)、如通电瞬间,其输出Q=0、Q\=1,Q\输出的高电压将通过电阻R向C充电,使C的电压由0上升,当C的电压上升到使S端置位使能的电位时,将使输出端Q置1。即Q=1、Q\=0,Q\=0将使R、C支路短路,则使C的电压通过电阻R进行放电,使C的电压由高电压下降,直至到0。这个放电过程,使S端电压由1↓0。这时其S与R端皆为0,不起置位或复位作用,在无外触发信号,电路将总保持这种输出状态(Q=1、Q\=0)不变。这就是单稳态电路在通电后,其稳态输出只有一种状态的原由。
触发使能其输出状态分析:该电路在没有外出发信号出发时,其输出状态总保持为:Q=1、Q\=0。而数据端D始终=0。即输出Q与数据D的电压总是相反的。故当clk端输入一正脉冲信号时,其脉冲的上升沿使能,总会使输出端Q由1↓0,而Q\端由0↑1。此时的输出为暂态(即暂时保持的输出状态):因为Q\=1(高电压)将通过电阻R向C充电,使C的电压由0上升,当C的电压上升到使S端置位使能的电位时, S端置位使能,使输出Q=1,Q\=0。而Q\=0。又使C通过电阻R进行放电,即C的电压由高电压下降,直至到0。这时的S与R端皆为0,clj端如再无外触发脉冲时,电路将总保持这种输出状态不变。即:Q=1、Q\=0。<BR> 单稳态输出的暂态脉冲宽度,取决于电阻R与电容C的乘积:RC值大,输出脉冲宽,RC值小,输出脉冲窄。
2、图二为双稳态电路:其电路组成:就一个D触发器,无其它元件,其电路组成特点是:输出端Q\与数据端D线连接,其复位端R与置位端S皆接地。<BR>当接通电源时,其输出状态有2种:(1)为:Q=0、Q\=1;(2)为:Q=1、Q\=0。<BR>在没有外触发脉冲时,其输出状态保持不变,即有二个稳态输出状态。当clk端输入一正脉冲时,其脉冲前沿(上升沿)触发有效,使输出状态发生反转,即如触发前Q=0、Q\=1,触发后其输出Q=1、Q\=0,如触发前Q=1、Q\=0,触发后其输出Q=0、Q\=1。
动作原理分析:1、如触发前的输出状态为:Q=0,其Q\=1,由于D与Q\端相接,故此时的D=1,当有正突跳脉冲触发clk端,将使输出Q与D端状态相同,即使Q=1,则Q\=0。2、如触发前的输出状态为:Q=1,其Q\=0,由于D与Q\端相接,故此时的D=0,当有正突跳脉冲触发clk端,将使输出Q与D端状态相同,即使Q=0,则Q\=1。可见每触发一次clk端,都会使该电路的输出状态发生反转,故称为双稳态电路。

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