雙穩態觸發器的工作原理詳解

2020-11-26 電子發燒友

雙穩態觸發器是脈衝和數字電路中常用的基本觸發器之一。雙穩態觸發器的特點是具有兩個穩定的狀態，並且在外加觸發信號的作用下，可以由一種穩定狀態轉換為另一種穩定狀態。在沒有外加觸發信號時，現有狀態將一直保持下去，雙穩態觸發器可以由電晶體、數字電路或時基電路等構成。

一、電晶體雙穩態觸發器

下圖所示為電晶體雙穩態觸發器電路

它是由VT1，VT2兩個電晶體交叉耦合組成。R5，R3是VT1的基極偏置電阻，R2，R6是VT2的基極偏置電阻，R1，R4分別是兩管的集電極電阻。輸出信號可以從兩個電晶體的集電極取出，兩管輸出信號相反。雙穩態觸發器實質上是由兩級共射極開關電路組成，並形成正反饋迴路，電路如下圖所示，VT2的集電極輸出端又通過R5反饋到VT1的基極輸入端。

1、雙穩態觸發器的工作過程

雙穩態觸發器的兩個穩定狀態是：要麼VT1導通，VT2截止；要麼VT2導通，VT1截止。1）VT1導通，VT2截止時的情況

因為VT1導通，Uc1=0V，VT2因無基極偏流而截至，此時Uc2=+VCC，通過R5向VT1提供基極偏流，使VT1保持導通，如下圖所示，電路處於穩定狀態。

1）VT2導通，VT1截止時的情況

因為VT2導通，Uc2=0V，VT1因無基極偏流而截至，此時Uc1=+VCC，通過R2向VT2提供基極偏流，使VT2保持導通，如下圖所示，電路處於另一種穩定狀態。

2、雙穩態觸發器的觸發方式

雙穩態觸發器的觸發方式有單端觸發和計數觸發兩種。

1）單端觸發

單端觸發就是把兩路觸發脈衝分別加到兩個電晶體的基極，如下圖所示，該單端觸發電路採用的是將負脈衝加至導通管基極使其截止的方法，C1與R7，C2與R8分別組成兩路觸發脈衝的微分電路，二極體VD1，VD2隔離正脈衝，只允許負脈衝加到電晶體基極。

觸發過程如下：

設電路處於VT1導通，VT2截止狀態。當在左側觸發端加入一脈衝時，經C1，R7微分，其上升沿和下降沿分別產生正、負脈衝。正脈衝被VD1隔離，負脈衝則經過VD1加至導通管VT1基極使其截止。VT1的截止又迫使VT2導通，雙穩態觸發器轉換為另一穩定狀態。同理，當在右側觸發端加入一脈衝時，使導通管VT2截止，VT1導通，雙穩態觸發器再次翻轉。下圖所示為單端觸發工作波形。

2）計數觸發

計數觸發電路如下圖所示，與單端觸發電路不同的是，計數觸發電路只有一個觸發輸入端，並且微分電阻R7，R8不接地而是改接至本側電晶體集電極。

當觸發端加上觸發脈衝時，經微分後產生的負脈衝使導通管截止，而對截止管不起作用。因此，每一個觸發脈衝都使雙穩態觸發器翻轉一次，電路波形如下圖所示，電阻R7，R8起引導作用，使每次負脈衝只加到導通管基極，保證電路可靠翻轉。


二、門電路構成的雙穩態觸發器

用數字電路中的門電路可以方便的構成雙穩態觸發器，而且無需外圍元件，無需調試，電路簡潔可靠。

1、或非門構成的RS型雙穩態觸發器

將兩個或非門電路交叉耦合，可以構成RS型雙穩態觸發器。如下圖所示。它具有兩個觸發輸入端：R為置0輸入端。S為置1輸入端，1電平觸發有效；具有兩個輸出端：Q為原碼輸出端。

當R=1，S=0時，觸發器被置0，Q=0，當S=1，R=0時，觸發器被置1，Q=1，當S=0，R=0時，觸發器輸出狀態保持不變；當S=1，R=1時，下一狀態不確定，應避免使觸發器出現這種狀態。下圖為其真值表。

2、與非門構成的RS型雙穩態觸發器

將兩個與非門電路交叉耦合，也可以構成RS型雙穩態觸發器，如下圖所示。它具有兩個觸發輸入端：/R為置0輸入端，/S為置1輸入端，0電平觸發有效；具有兩個輸出端：Q為原碼輸出端，/Q為反碼輸出端。

當/R=0，/S=1時，觸發器被置0，Q=0，/Q=1；當/R=1，/S=0時，觸發器被置1，Q=1，/Q=0，當/R=1，/S=1時，觸發器輸出狀態保持不變；當/R=0，/S=0時，下一狀態不確定，應避免使觸發器出現這種狀態。下圖為其真值表。

三、D觸發器構成的雙穩態觸發器

將D觸發器的反碼輸出端/Q與其自身的數據輸入端D相連接，即構成了計數觸髮式雙穩態觸發器，如下圖所示。觸發脈衝由CP端輸入，上升沿觸發。輸出信號通常由原碼輸出端Q引出，也可從反碼輸出端/Q輸出。

下圖所示為該雙穩態觸發器電路的工作波形。每一個觸發脈衝的上升沿都使雙穩態觸發器翻轉一次，因此輸出脈衝的個數是輸入觸發脈衝的二分之一。該雙穩態觸發器常被用作二進位計數單元電路。

四、時基電路構成的雙穩態觸發器

用555時基電路構成的雙穩態觸發器如下圖所示，/S為置1輸入端，0電平觸發有效，R為置0輸入端，1觸發電平有效。輸出信號由555時基電路的3腳輸出，C1，R1構成/S端觸發信號微分電路，C2，R2構成R端觸發信號微分電路。

該電路工作過程為：在Uo=0時，當在/S端加上一個0電平觸發脈衝時，經C1，R1微分後產生一個負脈衝至555時基電路的2腳，使觸發器翻轉，Uo=1.這之後，當在R端加上一個1電平觸發脈衝時，經C2，R2微分後產生一個正脈衝至555時基電路的6腳，使觸發器再次翻轉，又使Uo=0，電路各點波形如下圖所示。

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