谈谈脉冲触发电路

脉冲技术与脉冲数字技术是近代电子技术的一个重要组成部分，随着电子技术的发展，脉冲电路已大量应用在电子设备、自动控制以及人们的日常生活中。脉冲触发电路很多，本文重点分析一下自激多谐振荡器、双稳电路的工作原理，以进一步学习脉冲数字电路的一些基础知识。

集一基耦合自激多谐振荡器的原理图如图1所示。电路一般采用对称形式，即R\(_{c1}\)=Rc2、R\(_{1}\)=R2、C\(_{1}\)=C2。BG\(_{1}\)与BG2的特性相近。当接通电源后，电源+E\(_{C}\)分别经过R1、R\(_{2}\)给三极管BG1、BG\(_{2}\)的基极提供正电位，使它们的发射结得到正向偏置电压。因此，BG1和BG\(_{2}\)导通。由于BG1与BG\(_{2}\)的特性不可能完全一样，故它们的导通状态也不可能完全相同（当然，导通状态的不同，也可能是受外界条件和因素的影响）。如果设BG1的导通状态比BG\(_{2}\)的导通状态强一些，即此时BG1集电极电位V\(_{C1}\)比BG2的集电极电位V\(_{C2}\)下降的快一些，那么VC1就会经电容C\(_{2}\)耦合到BG2的基极，并经BG\(_{2}\)倒相放大，使得BG2的集电极电位V\(_{C2}\)上升。然后，上升的WC2由电容C\(_{1}\)耦合到BG1的基极，经过BG\(_{1}\)倒相放大，使得BG1的集电极电位V\(_{C1}\)进一步下降。然后，下降的VC1又被耦合到BG\(_{2}\)的基极，如此循环下去。这个正反馈过程可表示如下：

上述循环过程一直进行到当V\(_{C1}\)下降到零（实际约为0.3伏），而VC2上升到+EC（实际上比+EC小）时，BG\(_{1}\)的集电极与发射极之间相当于短路，BG2的集电极与发射极之间相当于开路。用电子术语来说，这时BG\(_{1}\)处于饱和状态，BG2处于截止状态。

在上述反馈循环过程中，电容C\(_{1}\)、C2不断被充电。当BG\(_{1}\)进入饱和状态，BG2进入截止状态以后，电容C\(_{1}\)被继续充电，而电容C2将要放电。电容C\(_{1}\)充电回路是+EC→RC2→C\(_{1}\)→rbel（rbel为BG1的发射结电阻）→地见图1中虚线i\(_{C1}\)。电容C2的放电回路是C\(_{2}\)（左板极）→rcel（rcel为BG1的集电极与发射极之间的电阻）→地→＋EC→R\(_{2}\)→C2（右板极），见图1中的i\(_{C2}\)。由于截止管BG2的基极电位V\(_{b2}\)=EC- i\(_{C2}\)·R2，随着电容C\(_{2}\)放电电流iC2的逐渐减小，截止管BG\(_{2}\)的基极电位Vb2就会逐渐上升，当V\(_{b2}\)上升到约为O.6伏时， BG2导通并进入放大状态。同时，BG\(_{2}\)的集电极电位VC2下降，并使得BG\(_{1}\)退出饱和状态进入放大状态。

待BG\(_{1}\)、BG2都进入放大状态后，BG\(_{2}\)的集电极电位VC2下降的趋势由电容C\(_{1}\)耦合到BG1基极，经过BG\(_{1}\)倒相放大，使得BG1集电极电位V\(_{C1}\)上升。然后，这个上升的VC1经电容C\(_{2}\)耦合到BG2的基极，经BG\(_{2}\)倒相放大后，使得BG2集电极电位V\(_{C2}\)进一步下降，下降的VC2又由电容C\(_{1}\)反馈到BG1基极。这一正反馈过程可用符号简单表示如下：

经过这样一系列正反馈之后，V\(_{C1}\)上升到+EC值，V\(_{C2}\)下降到零。这时BG1处于截止状态，BG\(_{2}\)处于饱和状态。

当BG\(_{1}\)进入截止状态，BG2进入饱和状态以后，电容C\(_{1}\)将要放电，电容C2将要继续充电。随着C\(_{1}\)、C2的充放电，电路中的BG\(_{1}\)和BG2的工作状态又将改变（电子术语称之为“翻转”）。BG\(_{1}\)、BG2的工作状态如此周而复始地变化就形成了振荡。并在它们的集电极输出方波或短形波的脉冲信号，见图2。即当V\(_{C1}\)最低时，VC2最高，如图中0～a段，而当V\(_{C1}\)为最高时，VC2最低，如图中 a～b段。a、b点则为翻转点。所以，该电路称为多谐振荡器。

从上述多谐振荡器的工作过程可知 BG\(_{1}\)、BG2的的工作状态的持续时间取决于电容C\(_{1}\)、C2放电过程的长短。根据V\(_{b}\)=Ec-i\(_{C}\)R和电容器放电规律，可以推导出图1电路振荡周期为T≈0.7（R1·C\(_{1}\)+R2·C\(_{2}\)）。若电路对称，即R1=R\(_{2}\)=R，C1=C\(_{2}\)=C，则T≈1.4RC。这里R的单位取欧姆，C的单位取法拉，T的单位为秒。

集一基耦合的双稳态电路原理图如图3所示。电路是对称的，R\(_{C1}\)＝RC2，Rb1= Bb2；BG\(_{1}\)与BG2 特性相当。当接通电源后，电源+E\(_{C}\)由RC1、R\(_{b2}\)和Rc2、R\(_{b1}\)两条支路分别给BG2、BG\(_{1}\)的发射结提供正偏压，使BG1、BG\(_{2}\)导通并进入放大状态。由于BG1、BG\(_{2}\)导通能力存在着一些差异，或受某些外界因素的影响，就会使得BG1与BG\(_{2}\)的导通状态有所不同。假设电路在通电瞬间，BG2的导通状态强于BG\(_{1}\)，即此时BG2的集电极电位V\(_{C2}\)比BG1的集电极电位V\(_{C1}\)低。这个低电位VC2会经R\(_{bl}\)耦会到BG1的基极，并经BG\(_{1}\)倒相放大使得BG1的集电极上V\(_{C1}\)进一步升高。升高的VCl又由R\(_{b2}\)耦合到BG2的基极，再经过BG\(_{2}\)倒相放大，则使得BG2集电极电位V\(_{C2}\)进一步下降。降低的VC2再由R\(_{bl}\)耦合到BG1基极。这一正反馈过程，可用符号简单表示如下：

经过一系列正反馈过程，BG\(_{1}\)集电极的电位上升到+EC值（实际比+E\(_{C}\)小），BG2的集电极电位下降到零（实际约为0.3伏）。这时，BG\(_{1}\)进入截止状态，BG2进入饱和状态。由于截止管BG\(_{1}\)的基极经Rb1接在低电位，饱和管BG\(_{2}\)的基极由Rb2接在高电位，所以，在无外界信号作用下，这种BG\(_{1}\)截止，BG2饱和的状态将持续下去不会改变，这时电路进入了一个稳定的工作状态。电子术语简称“稳态”。当然，电路在通电的瞬间也完全有可能是BG\(_{1}\)的导通状态强于BG2，经过正反馈过程后，BG\(_{1}\)进入饱和状态，BG2进入截止状态。即电路进入了另一个稳态，也就是说，该电路有两个稳态。这就是双稳态电路的由来。电路在完全对称的条件下，通电以后先处于哪一种稳态，这完全是偶然的。

双稳态电路进入一种稳态后，只有在适当的外加信号作用（电子术语称为“触发”）下，才能翻转到另一种稳态。设图3电路通电后处于BG\(_{2}\)饱和、BG1截止的稳态，这时在饱和管BG\(_{2}\)的基极输入一个负极性脉冲，使BG2基极的电位下降，BG\(_{2}\)就会退出饱和状态进入放大状态。并且，其集电极电位VC2也从零开始上升。上升的V\(_{C2}\)由Rbl耦合到BG\(_{1}\)的基极，使得BG1退出截止状态进入放大状态。同样，可以引起一系列正反馈过程。触发信号→

正反馈结束后，电路就从BG\(_{1}\)截止、BG2饱和的稳态翻转到BG\(_{1}\)饱和、BG2截止的另一个稳态。图4是双稳态电路在触发翻转前后BG\(_{1}\)、BG2集电极输出电压波形。当然，要使电路发生翻转，也可以把正极性触发信号送到截止管的基极来实现。

为了使双稳态电路在通电以后能迅速进入稳态，或者在外界触发信号作用下能迅速翻转。在双稳态电路中的集一基耦台电阻R\(_{b1}\)和Rb2两端分则并联一个电容器，见图5中的C。它可减小耦合电阻R\(_{b1}\)、Rb2对交流信号的衰减作用，增强电路在翻转过程中的正反馈强度。因此，它可以提高电路的工作速度。故该电容称为加速电容。

图5是一个具有触发导引电路的集一基耦合双稳态电路的原理图。其导引电路由D\(_{1}\)、D2、R\(_{1}\)、R2、C\(_{1}\)及C2组成，并且是对称的。导引电路的作用是：把输入的正极性矩形（或方波）脉冲经过波形变换后，取出负极性尖顶脉冲并导引向饱和管的基极。在导引电路中，R与C组成一个RC微分网络。它把输入的正极性矩形脉冲变换成正、负尖顶脉冲，见图6。二极管D起一开关作用。设双稳态电路已处于BG\(_{1}\)饱和、BG2截止的稳态，那么二极管D\(_{1}\)的正极由Rb1连接到BG\(_{2}\)的集电极，而处于高电位；其负极由R1连接到BG\(_{1}\)的集电极，而处于低电位。即饱和管BG1基极所连的二极管D\(_{1}\)处于导通状态。同时，二极管D2的正极由R\(_{b2}\)连接到BG1集电极，处于低电位；其负极由R\(_{2}\)连接到BG2 的集电极，处于高电位。即截止管BG\(_{2}\)基极所连的二极管D2处于截止状态。这样，由RC微分网络送来的触发信号，不能通过二极管D\(_{2}\)，只能通过二极管D1，而被送到饱和管BG\(_{1}\)的基极。但图6中触发信号中的正尖顶脉冲部分，将使二极管D1的负极电位上升，造成D\(_{1}\)导通减弱甚至截止。因此，正尖顶脉冲几乎不能通过D1，而只有负尖顶脉冲能全部通过D\(_{1}\)而送到饱和管BG1的基极。以引起电路的翻转。图7是双稳态电路在触发脉冲作用下的输出波形。从波形中可以看到：双稳态电路的翻转是对着触发脉冲的后沿的。并且，双稳态电路的翻转次数等于输入触发脉冲的个数。所以，图5所示电路称为双稳态计数触发器。从输入触发脉冲频率与双稳态电路输出脉冲频率之间的关系来看，双稳态电路的计数触发还具有分频效果，即输出脉冲频率是输入触发脉冲频率的二分之一。

每一个双稳态电路的输出电位只有两种情况，要么是高电位，要么是低电位。若高电位表示为“1”，低电位表示为“0”，则每一个双稳态电路就是一个壹位数的二进制（即逢二进一）的计数器了。把几个双稳态电路按计数触发方式串联起来，就可以得到不同位数的计数器。图8是一个两位数的二进制计数器原理图。图8电路中的复位端（也称置“零”端）的作用是；在电路通电以后，或电路工作过程中，若要求Q\(_{1}\)、Q2先处于或恢复到低电位（即电路计数从零开始）时，可在此端输入一个正极性脉冲，促使BG\(_{1}\)和BG2饱和，BG\(_{1}\)′和BG2′截止。由此，Q\(_{1}\)与Q2就可输出低电位了。该电路的工作波形图如图9所示。

双稳态电路的分频作用，在PAL制彩色电视接收机的解码器中就有应用。图10是国产春雷牌3S2－2型彩色电视接收机的解码器中的双稳态电路图。这是一级双稳态电路。它的任务是；在识别信号控制下，把输入频率为15625Hz的行逆程脉冲变换成极性正确的（即符合电路工作要求的），频率为行频一半（即\(\frac{15625}{2}\)Hz）的方波脉冲，然后送到PAL电子开关由路中去。现在，先不考虑二极管D′引入的识别信号的作用。那么，图10电路的工作原理就与图5电路的工作原理机相同。根据前面对双稳态电路工作原理的分析，可知图10电路在通电之后先处于哪一种稳态也具有偶然性的。因此，在输入行频脉冲触发作用下，图10电路的输出可能是Q系列（见图7）的半行频方波脉冲，也可能是Q-系列（见图7）的半行频方波脉冲。为了使双稳态电路输出的半行频方波脉冲能够对PAL电子开关实行正确控制，该半行频方波脉冲就应该符合电路工作需要。为此，解码器中还向该双稳态电路输入一个识别信号。这时，双稳态电路的翻转不仅受到行逆脉冲的作用，而且还受到识别信号的作用。识别信号的作用是，使双稳态电路输出的半行频方波极性符合电路工作需要。图11是进口日产日立牌CTP－216D型彩色电视接收机解码器中的双稳态电路图。它与图10电路工作原理一样，只不过它是双端输出，且导引电路略为复杂一点而已。(纪世元)