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雙穩態電路

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在電子電路中。其雙穩態電路的特點是:在沒有外來觸發信號的作用下,電路始終處於原來的穩定狀態。在外加輸入觸發信號作用下,雙穩態電路從一個穩定狀態翻轉到另一個穩定狀態。由於它具有兩個穩定狀態,故稱為雙穩態電路。雙穩態電路在自動化控制中有着廣泛的應用。

基本內容

中文名:雙穩態電路

外文名:bistable circuit

圖例

由兩個或非門 組成 ,有兩個輸入端和兩個輸出端

圖 1 是用分立元件構成雙穩態電路的基本形式,圖 2 是電路中各點電壓波形。

晶體管 PNP 型 V1 、 V2 是二個反相器。交叉耦合構成雙穩態電路,每個反相器的輸出端通過 電阻分別耦合到另一個反相器的輸入端。由於反相器的輸入和輸出信號是反相的,很容易形成二個穩定狀態: V1 截止 V2 導通。這是一個穩定狀態;反之, V1 導通, V2 截止,這又是一個穩定狀態; Rc1 、 Rc2 是 V1 、 V2 的負載電阻, Rk1 、 Rk2 是二個晶體管級間耦合電阻。為了保證晶體管快速 截止,用 RB1 、 RB2 及電源 EB 為各個晶體管的基極提供反偏置。兩管集電極的 A 點和 B 點是兩個輸出端,這種電路一般是對稱的,即 Rc1=Rc2,RB2=RB2 ,兩管參數亦應相同。

圖 3 是用 集成電路與非門構成的雙穩態電路 ( 又稱 R-S 觸發器 ) 。它是由與非門 1 、門 2 交叉耦合組成。它有兩個穩定狀態:一個是門 1 導通、門 2 截止,輸出端 Q=0 ,ō =1 ;另一個穩定狀態是門 1 截止、門 2 導通,輸出端 Q=1 ,ō =0 。如果不考慮輸入觸發信號的作用,當門 1 導通,門 2 截止時, Q 端的低電平反饋到門 2 的輸入端,保證門 2 的截止,同時ō端的高電平又反饋到門 1 的輸入端,保證門 1 的導通,因而這一穩定狀態得以保持住;同理,門 1 截止,門 2 導通,亦能保持住這一穩定狀態。

假如門 1 導通,門 2 截止,在 S 端施如一負脈衝,門 1 從導通變為截止, Q 端從 O 變成 1 ,這個高電平加到門 2 的輸入端,使門 2 從截止變為導通, Q 端從高電平變為低電平,又反饋到門 1 的輸入端。即使撤除外加的觸發脈衝,電路也將保持門 1 截止、門 2 導通的穩定狀態。同理。當門 l 截止、門 2 導通時,從 R 端外加一觸發脈衝,則成了門 1 導通、門 2 截止的另一穩定狀態。

圖 4 是用 D 觸發器構成的雙穩態電路。 D 觸發器有兩個互補的輸出端 Q 與 Q ,可構成兩個穩定狀態:當 Q=1 時,ō =0 ,反之當 Q=0 時,ō =1 。圖中將ō端與數據端口相連,即構成一雙穩態電路。假定此時 D 觸發器 Q=0 ,ō =1 ,從觸發端 CL 輸入一正脈衝,觸發器將 D 端高電平送入觸發器,觸發器翻轉, Q 端變為 1 、 Q 端變為 0 。如果撤去外加觸發信號,電路就保持在 Q=1 , Q=0 的穩定狀態。如果再在 CL 端輸入一正脈衝信號,將 D 端低電平送入觸發器, Q 為 0 , Q 為 1 ,電路 保持在這一穩定狀態。從圖中可知,此時的觸發器構成的雙穩態電路的 翻轉與置位端 S 、復位端 R 無關。

圖 5 是用 D 觸發器構成的另一種雙穩態路。 S 是置位端,在 S 端加一正電壓,使 D 觸發器置位, Q=1 , Q=0 ; R 是復位端,在 R 端加一正電壓, D 觸發器復位, Q=0 , Q=1 。所以,分別在 S 端、 R 端外加一正電壓後 ( 注意,外加電壓一旦產生作用,須立即撤除 ) ,電路從一種穩定狀態翻轉到另一種穩定狀態。該雙穩定電路與觸發端 CL 、數據端 D 無關。

圖 6 是用十進制計數/脈衝分配器 CD4017 構成的雙穩態電路。電路通電後, VDD 經 C 、 R 微分後產生一尖峰正脈衝作用於復位端 R ,迫使 IC 復位, Yo=1 , Y1=0 ,這是第一種穩定狀態;若在觸發端 CL 外加一正脈衝, IC 翻轉 Yo=0,Y1=l 。這是第二種穩定狀態,即使撤去正脈衝,電路仍保持此狀態。在 CL 端再外加一正脈衝, IC 又翻轉 Y1=0 , Y2=1 , Y2 端的高電平經 二極管 D 反饋至 R 端、 IC 復位, Yo=1 . Y1=0 ,電路恢復到第一種穩定狀態。

圖 7 是用集成運算放大器 F007 構成的雙穩態電路。當無觸發脈衝時,輸出由於 D1 、 D2 及正反饋作用,保持在高電平,處於穩定狀態。如果輸入一正觸發脈衝,則輸出電壓由高電平,下降到低電平,由於正反鎖與 D2 的作用,自保在低電平上,處於另一穩態。加一負觸發脈衝.由於正反饋與 D1 作用,電路又處於高電平保持狀態。電阻 R2 用來確定觸發電平。該圖中輸出的高低電平值,由二極管的管壓降而定。

應用

雙穩態電路具有記憶一位二值信號的功能,常用來構成寄存器、計數器、分頻器等邏輯部件,在數字系統和各類電子設備中得到廣泛應用。[1]

參考文獻

  1. 雙穩態電路電子發燒友網