五一电子阅读：《电子入门》—《双稳态电路详细讲解》

双稳态电路

一、工作原理

图一为双稳态电路,它是由两级反相器组成的正反馈电路,有两个稳定状态,或者是BG1导通、BG2截止;或者是BG1截止、BG2导通,由于它具有记忆功能,所以广泛地用于计数电路、分频电路和控制电路中,
原理,图2(a)中,设触发器的初始状态为BG1导通,BG2截止,当触发脉冲方波从1端输入,经CpRp微分后,在A点产生正、负方向的尖脉冲,而只有正尖脉冲能通过二极管D1作用于导通管BG1的基极是。ic1减小使BG1退出饱和并进入放大状态,于是它的集电极电位降低,经电阻分压器送到截止管BG2的基极,使BG2的基极电位下降,如果下降幅度足够时,BG2将由截止进入放大状态,因而产生下列正反馈过程(看下列反馈过程时,应注意:在图一的PNP电路中,晶体管的基极和集电极电位均为负值,所以uc1↓,表示BG1集电极电位降低,而uc1↑则表示BG1集电极电位升高,当BG1基极电位降低时,则ic1↑,反之当BG1基极电位升高时,ic1↓

ic1越来越小,ic2越来越大,最后到达BG1截止、BG2导通;接差触发脉冲方波从2端输入,并在t=t2时,有正尖脉冲作用于导通管BG2的基极,又经过正反馈过程,使BG1导通,BG2截止。以后,在1、2端的触发脉冲的轮流作用下,双稳电路的状态也作用相应的翻转,如图一(b)所示。

图一、双稳态电路

由上述过程可见:(1)双稳态电路的尖顶触发脉冲极性由晶体管的管型决定:PNP管要求正极性脉冲触发,而NPN管却要求负极性脉冲触发。(2)每触发一次,电路翻转一次,因此,从翻转次数的多少,就可以计算输入脉冲的个数,这就是双稳态电路能够计算的原理。
双稳态电路的触发电路形式有:单边触发、基极触发、集电极触发和控制触发等。
图二给出几种实用的双稳态电路。电路(a)中D3、D4为限幅二极管,使输出幅度限制在-6伏左右;电路(b)中的D5、D6是削去负尖脉冲;电路(C)中的ui1、ui2为单触发,ui为输入触发表一是上述电路的技术指标。

图二、几种实用的双稳态电路

表一		几种双稳态触发器的技术指标
图二		(a)	(b)	(c)	(d)
管型	二极管	2AP3	2AP15	2AK1C	2AK17
管型	三极管	3AX31B	3AG40	3AK20	3DK3B
信号电平	“0”(无信号)(V)	0	0	0	+6
信号电平	“1”(有信号)(V)	-6	-6	-9	0
工作频率(KHz)		10	600	1000	8000
抗干扰电压(V)		≥1	≥1.5	≥2	0.8-1
触发灵敏度(V)		≤4	≤4.8	≤7	2.5
输出端的吸收能力(mA)		≤4	≤6.7	≤2	10
输出端的发射能力(mA)		≤44	≤12	≤12	7
输出脉冲的上升时间(μs)		2	≤0.30	≤0.1	≤0.1
输出脉冲的下降时间(μs)		2	≤0.36	≤0.15	≤0.1
对β值的要求		>50	50-80	60-90	>50
元件参数的允许化		△β<10,±5%	△β<10,±5%	△β<10,±5%	△β<10,±5%
电源电压的波动范围		±5%	±5%	±5%	±5%
工作温度范围(℃)		0-40	-10-55	-20-50	-10-55

二、双稳态电路的设计

图三、双稳态的设计电路

双稳态设计电路见表二

表二		双稳态电路的设计公式及计算实例
要求	(1)输出幅度Um=6V,(2)上升时间,tr≤100nS (3)最高工作频率fmax=1MHz
步骤	计算公式	计算实例
选择晶体管	若工作频率高时,应选用高速硅开关管若工作频率低可选用低频硅或锗管	现选3DK,β=50 二极管选用2CK10
选择电源电压	图3为设计电路,故应确定ED、EC、EB	∵采用箝位电路,故选ED≈Um ∴ED=6V,Ec=2ED=12v,Eb=-12
计算Rc	RcCL为集电极对地的电容(包括加速电容、分布电容、后级输入电容)	现设CL=180pF Rc<12/6 100×10/180×10=1.1kΩ
计算Rk、RB	为保证可靠截止,应满足: Uces-[(EB+Uces)/(RK+RB)]RK为保证可靠饱和,应满足: β{[(Uco-Ubes)/RK]-[(EB+Ubes)/RB]}>[(Ec-Uces)/Rc]+IL 式中:Uces为饱和电压,对硅管Uces≈(0.3~0.4)V Ubeo为截止管临界电压,Ubeo≈0.2V Uco为截止管的集电极电压,应取:Uco=ED+(箝位管正向压降)IL为双稳电路灌入负截电流	现选Uces=0.4V,Ubeo=0.2V 0.4-[(12+0.4)/(Rk+RB)]Rk<0.2 ∴RB<61RK (A) 现设IL=100mA,Ueo=6+0.4=6.4V 50[(6.4-0.7)/RK]-[(12+0.7)/RB]>[(12-0.4)/1]+10 ∴RB>12.7RK/(5.7-0.43RK (B) 若选RK=6.8k由(A)算得RB<415K,由(B)式算得RB>31K,故选RB=39K
选择CrRr	RrCr≤1/2fmax,通常Cr为几十pF	现选Cr=51pF ∴Rr≤1/6×1051×10=3.2k 故选Rr=2.4k
选择加速电容CK	对合金管CK为几百pF对高频外延管CK为几十pF	现选Ck=51pF 计算结果标在图三中