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标题: 双稳态电路-工作原理-设计 [打印本页]
作者: sydz    时间: 2011-9-25 23:32
标题: 双稳态电路-工作原理-设计
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。
                                                        
                                                                        
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                                                                                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。
                                                        
                                                                        
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                                                                                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
                                                                                       
                                                                        
                                                        
                                                                                                                                                二、双稳态电路的设计
                                                        
                                                                        
                                                                                 (, 下载次数: 57)
                                                                                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                                                                                        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 (, 下载次数: 53) /180×10 (, 下载次数: 54) =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≤1/6×10 (, 下载次数: 59) 51×10=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





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