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，由於它具有記憶功能，所以廣泛地用於計數電路、分頻電路和控製電路中，
原理，圖2（a）中，設觸發器的初始狀態為BG1導通，BG2截止，當觸發脈衝方波從1端輸入，經CpRp微分後，在A點產生正、負方向的尖脈衝，而隻有正尖脈衝能通過二極管D1作用於導通管BG1的基極是。ic1減小使BG1退出飽和並進入放大狀態，於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，最後到達BG1截止、BG2導通；接差觸發脈衝方波從2端輸入，並在t=t2時，有正尖脈衝作用於導通管BG2的基極，又經過正反饋過程，使BG1導通，BG2截止。以後，在1、2端的觸發脈衝的輪流作用下，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衝極性由晶體管的管型決定：PNP管要求正極性脈衝觸發，而NPN管卻要求負極性脈衝觸發。（2）每觸發一次，電路翻轉一次，因此，從翻轉次數的多少，就可以計算輸入脈衝的個數，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、集電極觸發和控製觸發等。
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，使輸出幅度限製在-6伏左右；電路（b）中的D5、D6是削去負尖脈衝；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
抗幹擾電壓（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
輸出脈衝的上升時間（μs）		2	≤0.30	≤0.1	≤0.1
輸出脈衝的下降時間（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%
電源電壓的波動範圍		±5%	±5%	±5%	±5%
工作溫度範圍（℃）		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，應選用高速矽開關管若工作頻率低可選用低頻矽或鍺管	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	Rc＜Ec/ED tr/CL CL為集電極對地的電容（包括加速電容、分布電容、後級輸入電容）	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＜Ubeo 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，對矽管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

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