用D触发器构成单稳电路无稳电路

D触发器是一种双稳态电路，其应用相当广泛，它通常作为记忆单元构成各种寄存器和计数器。若在D触发器的外围接入一些RC网络，也可构成单稳态电路及无稳态电路。下面对它们的构成原理及简单应用作一介绍。

大家知道，单稳态电路的功能是在输入信号的作用下，其输出端可产生一个具有恒定宽度的矩形脉冲。图1所示的用CMOS D触发器构成的单稳态电路是如何实现这一功能的呢？我们可结合图2所示的工作波形图来说明其工作过程。

在图1中，D稳发器的数据输入端D接高电平V\(_{DD}\)，直接置位（置“1”）端S接地，输出端Q与直接复位（置“0”）端R之间接有RC网络。由于置位端S直接接地，故电路稳定后Q端为低电平。

当V\(_{i}\)正脉冲作用到CP端时，D端的信号被传送到Q端，使Q端的状态与D端状态一致，故Q0由稳定状态的低电平变为高电平，此高电平的数值与V\(_{DD}\)相同，电路进入暂稳态。同时Q端的高电平通过电阻R向电容C充电，使R端的电位逐渐升高，当R端的电位达到其复位电平时，触发器被复位，Q端又由暂稳态时的高电平翻回初始状态的低电平。暂稳态结束，电路进入稳定状态。触发器Q端由高电平变为低电平所用的时间（即暂稳态时间）TW，为输出脉冲的宽度。由于R端的复位电平VR约为电源电平的一半，Q端的高电平V\(_{DD}\)给C充电到VDD／2所用时间为0.69τ，故单稳电路输出的脉冲宽度T\(_{W}\)≈0.69RC。当Q端由高电平变为低电平时，C通过二极管D迅速放电，为下一次充电做好准备。

改变RC网络的时间常数，可以改变单稳电路输出脉冲的宽度。由于R端（为CMOS电路的输入端）输入电阻很高，对充电时间影响很小，故电阻R的上限取值可以较大，可在几十千欧至几十兆欧之间选择。而电阻R的取值下限因受触发器Q端输出电流的限制，一般应在几千欧以上。

无稳态电路没有稳定状态，它在两个状态（“0”态和“1”态）中自动翻转，形成多谐振荡，产生脉冲波形。用D触发器构成的无稳态电路如图3所示，其各点波形见图4。图中，输出端Q与复位端R之间以及Q-端与置位端S之间均接有RC网，数据输入端D与时钟脉冲输入端可接高电平或低电平，对电路工作均无影响。因为只要S端和R端有置位和复位电平，触发器就被优先置“1’或置“0”，而不受其它输入端信号的影响。

设电路在接通电源后，Q端为低电平，Q-端为高电平。则Q-端的高电平通过R\(_{1}\)向C1充电，使S端电位逐渐升高，经过T\(_{1}\)=0.69R1C\(_{1}\)时间，S端电位达到置位电平VDD／2，使触发器发生翻转，Q端变为高电平，Q-端变为低电平。同时，C\(_{1}\)通过D1向Q-端迅速放电，为下一次充电作好准备。另外，Q端的高电平通过电阻R\(_{2}\)向C2充电，使R端电位逐渐升高，经过T\(_{2}\)＝0.69R2C\(_{2}\)时间，R端电位达到复位电平VDD/2，使触发器发生翻转，Q-端变为高电平，Q端变为低电平。完成一个振荡周期。然后，周而复始地重复上述过程，形成自激振荡。由上分析可知，若脉冲从Q-端输出时，其脉冲宽度为0.69R\(_{1}\)C1。若脉冲从Q端输出，其脉冲宽度为0.69R\(_{2}\)C2。此电路的振荡重复周期T=T\(_{1}\)＋T2=0.69R\(_{1}\)C1＋0.69R\(_{2}\)C2，两个时间常数R\(_{1}\)C1、R\(_{2}\)C2可以分别进行调节，互不影响。因此，输出脉冲的占空比是可调的。

图5是一曝光定时器电路。曝光时间可在1秒至30秒内任意选择。图中，D触发器接成单稳态电路。需要曝光时，按一下按钮AN,即有一正脉冲作用于D触发器的CP端，使电路进入管稳态。这时Q端变为高电平，通过R\(_{2}\)向晶体管BG注入基极电流，使BG饱和导通，继电器J吸合，其常开触点JO闭合，曝光灯L点亮，曝光开始。经过TW=0.69WC秒（W单位为Ω，C单位为μF），电路自动返回初始状态，Q端变为低电平，BG截止，J释放，曝光灯熄灭，曝光结束。同时，C通过二极管D迅速放电，为下一次曝光作好准备。调节电位器W可以改变曝光时间。

图6为一种模拟式电容容量测量电路。此电路是单稳态电路与无稳态电路的综合应用。图中，用了两块D触发器，D\(_{1}\)接成无稳态电路，D2接成单稳态电路。它可以测量几pF至1μF电容器的容量，量程分100pF、1000pF、0.01μF、0.1μF、1μF五档。测量结果由外接万用表100μA电流档读出，且为线性刻度。

当单稳态电路输出脉冲的幅度一定时，其输出脉冲电平的平均值只与脉冲的频率或宽度成正比。如果将单稳电路CP端触发脉冲的频率固定，那么输出脉冲电压的平均值就仅与脉冲宽度成正比了。若将RC时间常数中的R固定，则平均电压仅与C成正比。有不同的C就有不同的脉宽，也就有不同的平均电压。于是，便可由直流电流（μA）表读出电容的数值。由于电流与电容成正比，所以刻度是线性的。应当指出，单稳态电路输出脉冲的宽度T\(_{W}\)应小于加在CP端触发脉冲的周期T，否则单稳电路将恒定输出高电平，这样测量结果就不正确了。

本电容测量仪校准时，需借助一只容量准确的电容器。如有一只1μF的标准电容器，将它接在C\(_{X}\)处，并将量程开关置1μF档，然后调节W使100μA电流表满刻度，1μF档就调好了，即满度1μF量程。其余各档不必一一校准，只要每减小一档，使量程开关所接入的电阻为上一档的10倍即可。这样，每一档输出脉冲的宽度都是相同的，又因为D1构成的无稳态电路向D\(_{2}\)所构成的单稳态电路提供触发脉冲的频率是恒定的，故每一档电流表都应指示满刻度，即满量程1μF、0.1μF……100pF。(晓康)