实验八——双稳态电路

1、通过实验掌握双稳态电路的特点；2。了解双稳态电路的工作原理；3．进行双稳态电路的应用实验。

实验所需元器件详见表一。按钮开关K可用有弹性的铜皮自制，并直接焊在线路实验板上，也可以用两根软导线临时代替。

1．在线路实验板上按图1接好电路，这是个典型的双稳态电路。接通电源，观察并记住这时发光管是处在“亮”还是“灭”的状态。按一下开关K\(_{2}\)，发光管变亮（如果发光管原来是“亮”的状态，则仍然亮着）。按一下开关K1，发光管即熄灭。以后轮流按动这两个开关，发光管会随之一亮、一灭地变化。

2．改变两个开关K\(_{1}\)、K2在电路中的位置，把它们分别接在两只晶体管的基极与“地”（即电源的负极），如图2。这时，按一下开关K\(_{1}\)发光管变亮，按一下K2，发光管熄灭。

3．将图1电路稍微改变一下，把电阻R\(_{C1}\)与发光管及RC2的位置对调，发光管接在BG\(_{1}\)的集电极上。我们会发现和图1电路实验相比，开关K1、K\(_{2}\)的作用发生了变化，按动K1时，发光管亮，而按动K\(_{2}\)时发光管熄灭，和刚才情形正相反。

通过上面的实验，我们可以总结出双稳态电路的几个基本特点：

（1）双稳态电路好象是一个单刀双掷的开关，如图3所示。两只晶体管总是一只截止，另一只导通。

（2）实验中按动开关，使电路状态改变后，再按这只开关，电路不会变化。只有按下另一个开关，电路才能翻转恢复到原状态。因此我们可以由发光管的亮、灭显示来判断最后一次按下的是哪个开关。这就是通常所说的电路具有的“记忆”作用。

（3）电路的状态可以在外加信号的作用下转换（称为翻转）。实验中按动开关，就是使晶体管的集电极或基极电压突然降低为零，相当于对电路输入一个信号。外加信号由基极或集电极输入都可以使双稳态电路翻转，但控制的状态有所不同。

双稳态电路是一种基本的电子开关电路。在计时、保护、分频、计数、寄存等系统中被广泛的应用。我们参照图4来分析它的工作原理。

电源接通后，BG\(_{1}\)和BG2两只晶体管的集电极电流I\(_{c1}\)和Ic2同时有增大趋势。由于两只管子的特性不会完全一致，必然是一只管子导通得好些，另一只差些。这里假设BG\(_{1}\)比BG2导通得好，则I\(_{c1}\)的上升较快，同时使得Uc1较快降低。这个变化通过电阻R\(_{b1}\)引起BG2管基极电位U\(_{b2}\)下降，使Ib2减小。这又使BG\(_{2}\)管Ic2减小，而U\(_{c2}\)上升，并反过来通过电阻Rb2使BG\(_{1}\)的基极电位升高，又促使Ic1增大。经过这样一个强烈的连续变化（正反馈）,使双稳态电路在接通电源后很短时间内达到BG\(_{1}\)导通和BG2截止这种稳定状态。

图4电路达到稳定状态后，按下开关K\(_{2}\)，使BG2的集电极和地短路，U\(_{c2}\)≈0V。这就破坏了电路的稳定状态。因为Uc2≈0V，使U\(_{b1}\)≈0V，则BG1由导通变为截止，同时U\(_{c1}\)升高接近电源电压（6V），通过Rb1使BG\(_{2}\)导通。这个转变过程叫做电路的“翻转”。翻转后，开关K2断开，对电路也没有影响，因为它已经达到了新的稳定状态。只有按下K\(_{1}\)，才能使电路再翻转过来，道理和前面所说是一样的。

在图2电路中，也是利用按钮开关产生电压的突然变化，只是它把信号加在原来导通的管子上，使其基极电压降为零，导通管转为截止，同样引起电路翻转。

图5是我们以前做过的一种电子蝉鸣器，当用按钮开关接通电源它就发出“嘟——”报警声。现在把它和双稳态电路联起来，就成为有“记忆”功能的报警器了。报警器电路见图6。接通电源后按动开关K\(_{1}\)，使双稳电路稳定在BG1导通，BG\(_{2}\)截止的状态。这时BG3由于基极电位较高而导通，它的集电极电压（即BG\(_{4}\)基极电压）很低，蜂鸣器不工作。按下开关K2后，双稳态电路翻转，BG\(_{2}\)由截止变为导通，其集电极电压下降，使BG3截止，蝉鸣器工作发出报警声。这时即使K\(_{2}\)断开，警声仍然不停，只有再按下K1才能结束报警。

图6的电路比图5更实用。譬如把K\(_{2}\)装在大门上，当有人开门时电路立即报警。这时即使再把门关上，警声仍然不断，告诉主人曾有人开过门，直到主人检查过后，按下K1把警报解除为止。可见，这是个很忠于职守的“警卫员”。

图7电路可以用在监视、传输或玩具中，发光管作为显示器，G\(_{1}\)和G2是两个干簧管，作为定位开关用。两干簧管之间作为“危险区”。工件进入危险区时，附在上面的小磁铁使G\(_{1}\)吸合，发光管显示发光，退出危险区（经过G2）后，发光管熄灭。大家可以来分析一下这个电路的工作情况。（陈鹏飞 王友文）