双稳态电路

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

三极管

3AX31B

3AG40

3AK20

3DK3B

信号电平

“0”（无信号）（V）

0

0

0

+6

“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

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

Rc＜Ec/ED tr/CL
CL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＜Ubeo
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