雙穩態開關
穩定地輸出低電平的開關
雙穩態電路一般有一個輸出端和兩個輸入端(“+”、“-”端各一個),當輸入端的“+”端有觸發信號時,輸出端不管原來是什麼狀態,都會立即變為高電平,且一直穩定地輸出高電平。如果當輸入端的“-”端有觸發信號時,輸出端不管原來是什麼狀態,都會立即變為低電平,且一直穩定地輸出低電平。這就是雙穩態電路。
雙穩態開關
通俗地說,就是有A和B兩個狀態位置,你把它撥到A它就一直處於A位置,你把它撥到B它就一直處於B位置,這就是雙穩。
此開關有兩穩定的狀態,無觸發時是不變的(不動作),當接收到觸發信號時變為另一狀態,再次接收到觸發信號時變為原來一狀態,如此反覆。
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、分頻電路和控制電路中。
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微分后,在A點產生正、負方向的尖脈衝,而只有正尖脈衝能通過二極體D1作用於導通管BG1的基極。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。
雙穩態開關
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、集電極觸發和控制觸發等。
圖二給出幾種實用的雙穩態電路。電路(a)中D3、D4為限幅二極體,使輸出幅度限制在-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。
雙穩態開關
表一 | 幾種雙穩態觸發器的技術指標 | ||||
圖二 | (a) | (b) | (c) | (d) | |
管型 | 二極體 | 2AP3 | 2AP15 | 2AK1C | 2AK17 |
三極體 | 3AX31B | 3AG40 | 3AK20 | 3DK3B | |
信號電平 | “0”(無信號)(V) | +6 | |||
“1”(有信號)(V) | -6 | -6 | -9 | ||
工作頻率(KHz) | 10 | 600 | 1000 | 8000 | |
抗干擾電壓(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 |
雙穩態開關
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 | 輸出幅度Um=6V;上升時間,tr≤100nS;最高工作頻率fmax=1MHz |
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
計算Rc:
Rc
現設CL=180pF Rc<12/6 100×10/180×10=1.1kΩ
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
計算Rk:
為保證可靠截止,應滿足: Uces-[(EB+Uces)/(RK+RB)]RKRK]-[(EB+Ubes)/RB]}>[(Ec-Uces)/Rc]+IL 式中:Uces為飽和電壓,對硅管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
計算RB:
現選Uces=0.4V,Ubeo=0.2V 0.4-[(12+0.4)/(Rk+RB)]Rk<0.2 ∴RBRK]-[(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RB31K,故選RB=39K
選擇電源電壓
選擇晶體管
若工作頻率高時,應選用高速硅開關管若工作頻率低可選用低頻硅或鍺管;現選3DK,β=50 二極體選用2CK10
雙穩態開關
工業用的雙穩態開關的參數就比較多。
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