一般晶体管双稳态触发器,都是用两只相同导电类型的管子组成的两级正反馈放大器。随着半导体技术的不断发展,特别是硅PNP型晶体管的大量生产,人们在实践中利用NPN和PNP两种不同导电类型的管子组成了互补管双稳态触发器,使电路具有新的特点。
图1绘出了大家熟悉的最简单的由两只同类型管构成的双稳态触发器。若把图中的BG\(_{2}\)管换成相对应的PNP管,并给以合适的偏置,就可以得到图2所示的互补管双稳态电路。


普通的双稳态电路总是一只管子截止,而另一只管子导通,在外来触发脉冲的作用下,两只管子的状态交替转换。而互补管双稳态电路,却是两管同时截止或同时导通,在外来触发脉冲的作用下,来回翻转。
以图2为例,接通电源后。若没有触发脉冲输入,BG\(_{1}\)、BG2两管都将处于稳定的截止状态,这是由于BG\(_{1}\)截止时,反向电流极小,其集电极电位接近+EC,所以BG\(_{2}\)也是截止的,其集电极电位接近于零,又确保BG1的截止。这是电路的一个稳定状态。假定由于外来触发脉冲的作用,使BG\(_{1}\)导通,其集电极电流就要上升,并引起BG2导通,电路中即刻出现如下的正反馈连锁反应
几乎在瞬时,使BG\(_{1}\)、BG2两管达到饱和。BG\(_{1}\)饱和后,它的集电极便接近零电位,饱和集电极电流Ics1在R\(_{c1}\)上产生的电压降足以保证BG2饱和,BG\(_{2}\)集电极电位接近+Ec,BG\(_{2}\)的饱和集电极电流Ics2在R\(_{c2}\)上产生的电压降又确保BG1饱和。两管同时饱和是电路的另一个稳定状态。将图2的电路与图1的电路对比,可以看到它具有以下几个特点:
1. 电路在置“0”后,管子都等待在截止状态,电源供出的电流极小,从而节省了电能的消耗。在组成计数器或移位寄存器时,只有导通级的晶体管从电源取用电流。
2.由于两管同时由截止跳变为饱和,负载电容经饱和的晶体管放电,放电时间常数很小,两个输出波形中就同时出现陡峭的边沿,如图3所示,经过微分后,可以同时得到正跃变和负跃变的尖脉冲,这在很多场合是十分需要的。

3.电路由截止变为导通所需的触发电流很小,而电路由饱和到截止所需的触发电流却很大,约为普通双稳态电路中使饱和管变为截止所需触发电流的两倍,这就对触发电路提出了较高的要求。
图2所示的互补管双稳态触发器是一种比较典型的电路。在有些情况下,双稳态触发器只需要一个输出端,就可以采用图4所示的单端输出的双稳态电路。这个电路是由两级直接耦合的放大器构成的正反馈闭合环路,为了便于分析,可以把它改画成图5的形式。


接通电源后,在没有触发脉冲输入时,由于两管没有基极注入电流,所以都处于截止状态。BG\(_{1}\)截止时,在Rc1上只有极小的反向漏电流,它们在R\(_{c1}\)上造成的电压降不足以使BG2导通,所以BG\(_{2}\)也处于截止状态,其反向漏电流在Rc2上产生的电压降也不足以使BG\(_{1}\)导通,BG1的截止也是可靠的,此时输出为低电位零伏,这就是电路的一个稳定状态。

当有正向触发脉冲作用在BG\(_{1}\)的基极时,BG1导通,只要I\(_{c1}\)Rc1超过BG\(_{2}\)的导通电压时,BG2也导通,并且将I\(_{c2}\)Rc2的电压加在BG\(_{1}\)的基极,促使BG1进一步导电,BG\(_{1}\)集电极电流的增加,又被BG2放大,电路中就出现了如下的正反馈连锁反应

几乎在瞬时使BG\(_{1}\)、BG2两管进入饱和,输出高电位E\(_{c}\)—Vbes2—V\(_{ces1}\),这就是电路的另一个稳定状态。这时,如果下一个正向触发脉冲到来,并作用在BG2的基极时,BG\(_{2}\)就退出饱和,当触发电流足够大时,Ic2的急速减小又将驱使BG\(_{1}\)退出饱和,两管都进入放大区,电路中出现如下的正反馈连锁反应,几乎在瞬时,使电路由饱和翻转为截止。

根据理论分析可提出图4电路的双稳态形成条件为
β\(_{2}\)>Re1R\(_{c2}\)
显而易见,双稳态形成条件是很容易满足的,它允许R\(_{c2}\)和Re1的阻值有较大的公差。与普通双稳态电路相比,它不要求BG\(_{1}\)、BG2管的β等参数的对称性。对β\(_{2}\)值也允许有很大的离散性,而β1以及电阻R\(_{c1}\)(只要满足Rc1》r\(_{be2}\),rbe2是BG\(_{2}\)管的输入电阻)几乎对工作状态没有什么影响。以上这些特点,有便于备料、装配及维修。
这种电路的另一特性是能够供出最大的负载电流,而晶体管本身的损耗却不大。由图4可见,外接负载并联在R\(_{e1}\)上,等效于Re1变小,因此不会破坏上述的双稳态形成条件。另一方面,接上负载后BG\(_{1}\) 管的Ie1增大,相应的I\(_{c1}\)也增大,使BG2基极从BG\(_{1}\)得到更大的基极注入电流。电路的负载能力只受晶体管本身的极限参数——集电极最大允许电流ICM和集电极最大耗散功率P\(_{CM}\)——的限制,而且输出低电平和高电平也基本上是稳定的,几乎不随负载的变化而改变。由于它具有很强的负载能力,可以直接用作推动级。(宋东生)