集成单稳态电路特性及其应用

(刘国臣)在数字仪表、自动化装置等数字系统中，常使用单稳态电路作定时、延迟、选通等用。为获得单稳态功能，通常用分立元件或小规模集成电路来搭成单稳。但是这种单稳电路存在定时稳定差、温漂大、电源电压变化影响大等缺点。要解决这些问题，只有采用集成单稳态电路。

本文介绍北京半导体器件二厂生产的集成化的单稳态触发器Tll21、Tll22和Tll23。这种电路接上电源之后只有一个稳态，当加上外加触发信号时，由这个稳定状态转换成暂稳状态，经过一定时间之后又回到原有稳定状态，等待外加信号再次触发而产生翻转。在没有外加触发信号时，电路永远处于稳定状态。电路一旦触发，输出与输入就脱离关系，输出脉冲的持续时间仅由定时元件R\(_{T}\)、CT决定。

图1是T1121单稳态电路的封装图，它有三个输入端A\(_{1}\)2和B。A\(_{1}\)2是负跳变触发输入端，B是正跳变触发输入端，若将B端接地可作为禁止功能使用。输入脉冲宽度大于50nS即可触发。A输入端允许1V／μS的边沿输入，B输入端允许触发信号边沿慢到1V／S。有Q和Q-两个互补输出端。还有外接电容、电阻的端子(Cext、Rext／Cext）和电源（V\(_{CC}\)），接地（GND）端子。

外接定时电阻R\(_{T}\)可用2KΩ～30KΩ，定时电容CT可用10pF～10μF，若对稳定性要求不高，定时电路元件值范围还可放宽一些（R\(_{T}\)=1.4～40KΩ，CT=0～1000μF）。输出脉冲宽度t\(_{W}\)=0.7RT·C\(_{T}\)，可得到40nS～28S的脉冲宽度输出。当CT=0（用电路内部分布电容）时，可得到30nS的脉冲宽度。Tll21的功能表见表1。

Tll22的封装见图2，它比Tll21多一个清除端（CLR）并可以再触发，称为可再触发的单稳态触发器。Tll23（图3）为两个可再触发的单稳态触发器封装在一起，称为“双可再触发的单稳态触发器”。这两种电路的特点是可从A端输入低电平触发和B端输入高电平触发，并提供优先直接“清除”和互补输出。利用这两种单稳态电路的再触发功能，可以很容易地给需要特别宽的输出脉冲提供了极简单的产生方法。如图4所示，当从B端输入一触发脉冲，Q端输出脉冲宽度应为t\(_{W}\)，如果在输出脉冲宽度（tW）内再输入一个触发脉冲，单稳又被重新触发，Q端输出的高电平，一直延续到第二个触发脉冲所引起的延迟输出t\(_{W}\)后才结束。也就是说，只有输入信号的周期T＞tW时，单稳态才能输出一个宽度等于t\(_{W}\)的方波。如果输入信号的周期T＜tW，那么输出端Q始终为高电平。再触发脉冲与上一个触发脉冲之间的时间间隔（单位nS）至少应为0.22CT（pF）。

Tll22和Tll23都有强迫清除功能，可使输出脉冲在任意时刻结束，而和定时元件R\(_{T}\)·CT无关，见图5所示。

由于具有上述功能，为系统设计人员提供了充分的灵活性，即用再触发功能可使脉冲宽度延长，又可通过直接清除功能使脉冲宽度缩短。

输出脉冲宽度t\(_{W}\)由外接定时元件RT·C\(_{T}\)决定，当CT＞1000pF时，输出脉冲宽度按下式计算：t\(_{W}\)= K·RT·C\(_{T}\)（1+0.7KT）。R\(_{T}\)为外接或内部的定时电阻， 单位为KΩ。CT单位为pF，K为系数，T1122的K=0.32，Tll23的=0.28。

当C\(_{T}\)＜1000pF时，脉冲宽度可由产品说明书中给出的曲线查得。

表2为Tll22的功能表，表3为Tll23的功能表。

1．作脉冲整形器。只要输入的整形波形有一定幅度，且相邻两波峰之间的时间间隔足够大，就可用单稳态作脉冲整形器。连线图见图6，波形图见图7。当t\(_{W}\)min＝50nS时，可不用外接定时电容，靠电路内部分布电容起作用。

2．实现脉冲宽度压缩。T1121具有施密特触发输入的特性，利用跳变沿触发的功能，可方便地把脉冲宽度压缩，见图8、图9。

3．作振荡器。用两块Tll21或一块Tll23电路可构成振荡器，如图10所示。从DW\(_{2}\)的Q-端得到脉冲输出，其振荡频率为：

其工作原理如下： DW\(_{1}\)的A输入端接地。为使电路可靠起振，在DW2的B输入端设置了RC充电回路，当接上电源DW\(_{2}\)的B输入端经RC充电而上升到阈值电压时，DW2的Q-端输出为“0”，经t\(_{W2}\)（=0.7RT2·C\(_{T2}\)）后Q-输出由“0”变为“1”，第一个暂态结束，其上跳边沿直接耦合到DW1的B输入端，使DW\(_{1}\)的Q端输出“1”，于是第二个暂态开始，经tW1（=0.7R\(_{T1}\)·CT1）后，Q端输出“0”，第二个暂态结束，产生一个下跳变，直接耦合到DW\(_{2}\)的A输入端，DW2的Q-端输出“0”，第三个暂态开始，如此周而复始重复下去，形成振荡。

改变C\(_{T}\)、RT可改变脉冲重复频率，若欲得到对称的脉冲信号输出，可使t\(_{W1}\)=tW2，若欲得到重复频率可变的脉冲信号，可将R\(_{T}\)改用一个电位器代替，就可连续改变频率。也可在重复频率一定的情况下连续改变占空比，若取RT1=1.4KΩ，R\(_{T2}\)=40KΩ，可得90％的占空比。

若欲使振荡器在某一时刻停止振荡，则改用T1122或T1123来组成振荡器，可通过直接清除端R\(_{D}\)来实现，如波形图11所示。当清除电平撤消后振荡器又开始振荡。

也可以用一块T1121作振荡器，如图12、13所示。

为了得到较低的振荡频率，必须加大定时电路的时间常数R\(_{T}\)CT，但大容量的电容器体积大，影响安装。可用小电流下β高、漏电小的三极管来代替，图14即为振荡频率等于50赫的振荡器。

4．作脉冲展宽器。按照图15所示连接，只要输入脉冲宽度大于50nS，就能获得稳定的脉冲输出，外接定时元件应取：1.4KΩ≤R\(_{T}\)≤40KΩ，0≤CT1000μF，对应的输出脉冲宽度为：40nS≤t\(_{W}\)≤28S。图16所示为脉冲展宽器的波形图。

5．作脉冲延迟。在自动控制和数字设备中，有时需要对特定脉冲信号进行定量延迟。按图17连接方式可得到正极性脉冲延迟输出，波形见图18。图19连接方式为负脉冲延迟输出，波形见图20。延迟时间t\(_{d}\)由RT·C\(_{T}\)值确定，输出脉冲宽度由R·C决定。

6．作长时间单稳。在许多场合需要用到延迟时间大于28S的电路，延迟时间长必定要用大容量的电解电容器，这时阻容元件应采用图21连接方法。

采用加大定时电容容量来实现增加单稳的延迟时间这种方法，增加延迟时间有限，而且增大了体积，结构上带来不便。为解决这个问题，改为设法增大R\(_{T}\)，并将二极管改成用三极管代替。但RT太大也会影响电路工作稳定性，因此只有在选择三极管上下功夫。在需要长时间延迟的场合，必须选用小电流β大、漏电小的三极管，β值的大小对延迟时间影响较大。图22、23、24、25提供几种连接方式的参数，表4、5、6、7为相应的延迟时间，供选用时参考。

7．防止微动开关抖动的单脉冲发生器。微动开关在通、断时总有些抖动，因此开关的通、断输出就不是一个前后沿陡直、光洁的脉冲。为去掉抖动产生的毛刺，用Tl121单稳电路按图26所示连接。当开关接地时，电容C通过二极管迅速放电，此时Tll21处于稳定状态。当开关转向电源V\(_{CC}\)时，电容C通过R充电，当电容C两端电压达到T1121的阈值电压时立即被触发，于是输出一个脉冲，其脉冲宽度tW= 0.7R\(_{T}\)·CT。R·C值应根据抖动时间的长短恰当选择，从图27中可看出R·C时间常数应大于开关抖动时间t。