單穩(wěn)態(tài)與雙穩(wěn)態(tài)電路分析

發(fā)布時(shí)間:2024-07-01
單穩(wěn)態(tài)電路就是只有一種穩(wěn)定輸出狀態(tài)的電路,如不自鎖的按鈕開關(guān)控制燈泡就是一個(gè)最典型、最簡(jiǎn)單的單穩(wěn)態(tài)電路:不按按鈕時(shí),按鈕處于抬起位,其常開觸點(diǎn)斷開,燈泡熄滅。只有用手按下按鈕時(shí),按鈕的常開觸點(diǎn)閉合,燈泡亮。當(dāng)手離開按鈕,按鈕立刻抬起其常開觸點(diǎn)恢復(fù)斷開,燈泡滅。該電路在不觸動(dòng)按鈕時(shí)總保持熄滅的一種狀態(tài),故可稱之為單穩(wěn)態(tài)電路。
雙穩(wěn)態(tài)電路就是有二種穩(wěn)定輸出狀態(tài)的電路,如自鎖式按鈕開關(guān)控制燈泡就是一個(gè)最典型、最簡(jiǎn)單的雙穩(wěn)態(tài)電路:當(dāng)不按按鈕時(shí),自鎖按鈕將始終保持它現(xiàn)有狀態(tài)不變(如處于按下位,燈泡亮,如處于抬起位,燈泡滅),當(dāng)用手按一下按鈕,按鈕將改變它的現(xiàn)有狀態(tài):由抬起位變壓下或由壓下位變抬起,使燈泡由滅變亮,或由亮變?yōu)橄?。即該電路有二個(gè)穩(wěn)態(tài)輸出:亮或熄滅。故稱之為雙穩(wěn)態(tài)電路。
下面畫出2個(gè)用集成塊組成的單穩(wěn)態(tài)與雙穩(wěn)態(tài)電路供分析參考:
電路原理分析:上圖一為單穩(wěn)態(tài)電路,上圖二為雙穩(wěn)態(tài)電路,這二個(gè)電路均是由雙d觸發(fā)器4013組成。在分析這2個(gè)電路原理之前,先介紹一下d觸發(fā)器工作原理:d觸發(fā)器,它有6個(gè)引線端點(diǎn),其q為正向輸出端,q\為反向輸出端,d為數(shù)據(jù)輸入端,r為復(fù)位端,s為置位端,其r、s皆為高電位觸發(fā)有效(即當(dāng)r或s=1時(shí),會(huì)使q=1或使q=0)。clk為控制端,當(dāng)clk=1時(shí),其上跳沿觸發(fā)有效,將使輸出端q電位發(fā)生變化:如d=0,給clk端輸入一正突跳脈沖,將使q端輸出輸出為0,如d=1,給clk端輸入一正突跳脈沖,將使q端輸出輸出為1。
了解d觸發(fā)器動(dòng)作原理,就不難分析上面二圖的動(dòng)作原理:
1、圖一為單穩(wěn)態(tài)電路,其電路是由d觸發(fā)器、電阻r與電容c組成,電阻r二端分別接d觸發(fā)器的q\端與s端,電容c的二端分別接s端與電源地(gnd),4013的r端與d端接電源地(gnd)。當(dāng)接通電源瞬間,其輸出可能會(huì)有2種輸出狀態(tài):一種為:q=1、q\=0,另一種為:q=0、q\=1,但延時(shí)一段時(shí)間后該電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,其輸出只有一種輸出狀態(tài),即:q=1,q\=0。請(qǐng)見以下分析:
(1)、如通電瞬間,其輸出狀態(tài)為q=1、q\=0,由于c的原電壓=0,而q\=0,使r、c支路電壓=0,c將保持0v不變,即s端電壓=0,r端接地,在無外信號(hào)觸發(fā)clk端時(shí),電路將總保持這種輸出狀態(tài)。
(2)、如通電瞬間,其輸出q=0、q\=1,q\輸出的高電壓將通過電阻r向c充電,使c的電壓由0上升,當(dāng)c的電壓上升到使s端置位使能的電位時(shí),將使輸出端q置1。即q=1、q\=0,q\=0將使r、c支路短路,則使c的電壓通過電阻r進(jìn)行放電,使c的電壓由高電壓下降,直至到0。這個(gè)放電過程,使s端電壓由1↓0。這時(shí)其s與r端皆為0,不起置位或復(fù)位作用,在無外觸發(fā)信號(hào),電路將總保持這種輸出狀態(tài)(q=1、q\=0)不變。這就是單穩(wěn)態(tài)電路在通電后,其穩(wěn)態(tài)輸出只有一種狀態(tài)的原由。
觸發(fā)使能其輸出狀態(tài)分析:該電路在沒有外出發(fā)信號(hào)出發(fā)時(shí),其輸出狀態(tài)總保持為:q=1、q\=0。而數(shù)據(jù)端d始終=0。即輸出q與數(shù)據(jù)d的電壓總是相反的。故當(dāng)clk端輸入一正脈沖信號(hào)時(shí),其脈沖的上升沿使能,總會(huì)使輸出端q由1↓0,而q\端由0↑1。此時(shí)的輸出為暫態(tài)(即暫時(shí)保持的輸出狀態(tài)):因?yàn)閝\=1(高電壓)將通過電阻r向c充電,使c的電壓由0上升,當(dāng)c的電壓上升到使s端置位使能的電位時(shí),s端置位使能,使輸出q=1,q\=0。而q\=0。又使c通過電阻r進(jìn)行放電,即c的電壓由高電壓下降,直至到0。這時(shí)的s與r端皆為0,clj端如再無外觸發(fā)脈沖時(shí),電路將總保持這種輸出狀態(tài)不變。即:q=1、q\=0。
單穩(wěn)態(tài)輸出的暫態(tài)脈沖寬度,取決于電阻r與電容c的乘積:rc值大,輸出脈沖寬,rc值小,輸出脈沖窄。
2、圖二為雙穩(wěn)態(tài)電路:其電路組成:就一個(gè)d觸發(fā)器,無其它元件,其電路組成特點(diǎn)是:輸出端q\與數(shù)據(jù)端d線連接,其復(fù)位端r與置位端s皆接地。
當(dāng)接通電源時(shí),其輸出狀態(tài)有2種:(1)為:q=0、q\=1;(2)為:q=1、q\=0。
在沒有外觸發(fā)脈沖時(shí),其輸出狀態(tài)保持不變,即有二個(gè)穩(wěn)態(tài)輸出狀態(tài)。當(dāng)clk端輸入一正脈沖時(shí),其脈沖前沿(上升沿)觸發(fā)有效,使輸出狀態(tài)發(fā)生反轉(zhuǎn),即如觸發(fā)前q=0、q\=1,觸發(fā)后其輸出q=1、q\=0,如觸發(fā)前q=1、q\=0,觸發(fā)后其輸出q=0、q\=1。
動(dòng)作原理分析:1、如觸發(fā)前的輸出狀態(tài)為:q=0,其q\=1,由于d與q\端相接,故此時(shí)的d=1,當(dāng)有正突跳脈沖觸發(fā)clk端,將使輸出q與d端狀態(tài)相同,即使q=1,則q\=0。2、如觸發(fā)前的輸出狀態(tài)為:q=1,其q\=0,由于d與q\端相接,故此時(shí)的d=0,當(dāng)有正突跳脈沖觸發(fā)clk端,將使輸出q與d端狀態(tài)相同,即使q=0,則q\=1。可見每觸發(fā)一次clk端,都會(huì)使該電路的輸出狀態(tài)發(fā)生反轉(zhuǎn),故稱為雙穩(wěn)態(tài)電路。
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