五一電子閱讀：《電子入門》—《雙穩態電路詳細講解》

雙穩態電路

一、工作原理

圖一為雙穩態電路,它是由兩級反相器組成的正反饋電路,有兩個穩定狀態,或者是BG1導通、BG2截止;或者是BG1截止、BG2導通,由于它具有記憶功能,所以廣泛地用于計數電路、分頻電路和控制電路中,
原理,圖2(a)中,設觸發器的初始狀態為BG1導通,BG2截止,當觸發脈沖方波從1端輸入,經CpRp微分后,在A點產生正、負方向的尖脈沖,而只有正尖脈沖能通過二極管D1作用于導通管BG1的基極是。ic1減小使BG1退出飽和并進入放大狀態,于是它的集電極電位降低,經電阻分壓器送到截止管BG2的基極,使BG2的基極電位下降,如果下降幅度足夠時,BG2將由截止進入放大狀態,因而產生下列正反饋過程(看下列反饋過程時,應注意:在圖一的PNP電路中,晶體管的基極和集電極電位均為負值,所以uc1↓,表示BG1集電極電位降低,而uc1↑則表示BG1集電極電位升高,當BG1基極電位降低時,則ic1↑,反之當BG1基極電位升高時,ic1↓

ic1越來越小,ic2越來越大,最后到達BG1截止、BG2導通;接差觸發脈沖方波從2端輸入,并在t=t2時,有正尖脈沖作用于導通管BG2的基極,又經過正反饋過程,使BG1導通,BG2截止。以后,在1、2端的觸發脈沖的輪流作用下,雙穩電路的狀態也作用相應的翻轉,如圖一(b)所示。

圖一、雙穩態電路

由上述過程可見:(1)雙穩態電路的尖頂觸發脈沖極性由晶體管的管型決定:PNP管要求正極性脈沖觸發,而NPN管卻要求負極性脈沖觸發。(2)每觸發一次,電路翻轉一次,因此,從翻轉次數的多少,就可以計算輸入脈沖的個數,這就是雙穩態電路能夠計算的原理。
雙穩態電路的觸發電路形式有:單邊觸發、基極觸發、集電極觸發和控制觸發等。
圖二給出幾種實用的雙穩態電路。電路(a)中D3、D4為限幅二極管,使輸出幅度限制在-6伏左右;電路(b)中的D5、D6是削去負尖脈沖;電路(C)中的ui1、ui2為單觸發,ui為輸入觸發表一是上述電路的技術指標。

圖二、幾種實用的雙穩態電路

表一		幾種雙穩態觸發器的技術指標
圖二		(a)	(b)	(c)	(d)
管型	二極管	2AP3	2AP15	2AK1C	2AK17
管型	三極管	3AX31B	3AG40	3AK20	3DK3B
信號電平	“0”(無信號)(V)	0	0	0	+6
信號電平	“1”(有信號)(V)	-6	-6	-9	0
工作頻率(KHz)		10	600	1000	8000
抗干擾電壓(V)		≥1	≥1.5	≥2	0.8-1
觸發靈敏度(V)		≤4	≤4.8	≤7	2.5
輸出端的吸收能力(mA)		≤4	≤6.7	≤2	10
輸出端的發射能力(mA)		≤44	≤12	≤12	7
輸出脈沖的上升時間(μs)		2	≤0.30	≤0.1	≤0.1
輸出脈沖的下降時間(μs)		2	≤0.36	≤0.15	≤0.1
對β值的要求		>50	50-80	60-90	>50
元件參數的允許化		△β<10,±5%	△β<10,±5%	△β<10,±5%	△β<10,±5%
電源電壓的波動范圍		±5%	±5%	±5%	±5%
工作溫度范圍(℃)		0-40	-10-55	-20-50	-10-55

二、雙穩態電路的設計

圖三、雙穩態的設計電路

雙穩態設計電路見表二

表二		雙穩態電路的設計公式及計算實例
要求	(1)輸出幅度Um=6V,(2)上升時間,tr≤100nS (3)最高工作頻率fmax=1MHz
步驟	計算公式	計算實例
選擇晶體管	若工作頻率高時,應選用高速硅開關管若工作頻率低可選用低頻硅或鍺管	現選3DK,β=50 二極管選用2CK10
選擇電源電壓	圖3為設計電路,故應確定ED、EC、EB	∵采用箝位電路,故選ED≈Um ∴ED=6V,Ec=2ED=12v,Eb=-12
計算Rc	RcCL為集電極對地的電容(包括加速電容、分布電容、后級輸入電容)	現設CL=180pF Rc<12/6 100×10/180×10=1.1kΩ
計算Rk、RB	為保證可靠截止,應滿足: Uces-[(EB+Uces)/(RK+RB)]RK為保證可靠飽和,應滿足: β{[(Uco-Ubes)/RK]-[(EB+Ubes)/RB]}>[(Ec-Uces)/Rc]+IL 式中:Uces為飽和電壓,對硅管Uces≈(0.3~0.4)V Ubeo為截止管臨界電壓,Ubeo≈0.2V Uco為截止管的集電極電壓,應取:Uco=ED+(箝位管正向壓降)IL為雙穩電路灌入負截電流	現選Uces=0.4V,Ubeo=0.2V 0.4-[(12+0.4)/(Rk+RB)]Rk<0.2 ∴RB<61RK (A) 現設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) 若選RK=6.8k由(A)算得RB<415K,由(B)式算得RB>31K,故選RB=39K
選擇CrRr	RrCr≤1/2fmax,通常Cr為幾十pF	現選Cr=51pF ∴Rr≤1/6×1051×10=3.2k 故選Rr=2.4k
選擇加速電容CK	對合金管CK為幾百pF對高頻外延管CK為幾十pF	現選Ck=51pF 計算結果標在圖三中