单稳态触发器的工作原理和应用

单稳态触发器（Monostable Multivibrator），也称为单稳态多谐振荡器或单稳态脉冲发生器，是一种具有两个稳定状态的触发器。它的主要特点是，当接收到一个触发信号后，能够从一个稳定状态转换到另一个稳定状态，并保持这个新状态一段时间（称为稳态宽度或脉冲宽度），然后自动恢复到初始稳定状态。这个稳态宽度是固定的，与触发信号的宽度无关。

一、单稳态触发器的工作原理

单稳态触发器的工作原理基于RC（电阻-电容）电路和逻辑门的组合。以下是其典型的工作过程：

初始稳定状态：在没有触发信号输入时，单稳态触发器处于初始稳定状态。此时，电路中的电容器通过电阻充电或放电到某个稳定电压值，逻辑门根据这个电压值维持电路的稳定状态。

触发信号输入：当外部触发信号（通常是一个边沿信号，如上升沿或下降沿）输入到触发器时，它会改变逻辑门的输入电压，导致电容器开始放电或充电。这个过程中，电路的状态会从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。

稳态宽度：在触发信号的作用下，电路保持在新的稳定状态一段时间，这个时间由RC电路的时间常数决定。时间常数越大，稳态宽度越长；反之，稳态宽度越短。

自动复位：在稳态宽度结束后，电路会自动恢复到初始稳定状态。这个过程也是由RC电路和逻辑门的组合完成的，不需要外部信号的干预。

二、利用与非门组成单稳态触发器的工作原理

利用与非门开关，依靠定时元件RC电路的充放电来控制与非门的启闭。单稳态电路有微分型与积分型两大类，这两类触发器对触发脉冲的极性与宽度有不同的要求。

（1）微分型单稳态触发器如图所示，其中R1、C1构成输入端微分隔直电路。R、C构成微分型定时电路，定时元件R、C的取值不同，输出脉宽tw也不同。Tp≈（0.7～1.3）RC。该电路为负脉冲触发，适用于触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度的情况。稳态时G1导通，G2截止（G3仅起整形倒相作用）。Vi负极性时，VA↓→VB↑由于电容端电压不能跃变，故VD↑→VE↓，该低电平使VB高电平得以维持，电路进入暂稳态，此时电容C充电，随着I充↓→VD↓，当VD=VT时，电路又翻转成G1导通，G2截止的稳定状态。若Vi的脉宽较小时，则输入端就不必加R1C1微分电路了。

图为微分型单稳态触发器

（2）积分型单稳态触发器如图所示。电路采用正脉冲触发，适用于触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度的情况，其工作波形如图14-3所示。电路的稳定条件是R＜1KΩ，输出脉冲宽度tw≈1.1RC。

图为积分型单稳态触发器

单稳态触发器共同特点是：触发脉冲末加入前，电路处于稳态。此时，可以测得各门的输入和输出电位。触发脉冲加入后，电路立刻进入暂稳态，暂稳态的时间，即输出脉冲的宽度tw只取决于RC数值的大小，与触发脉冲无关。

三、单稳态触发器的电路组成

如图所示，其中R、C为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点Vc与定时器的阈值输入端（6脚）及输出端Vo'（7脚）相连。单稳态触发器输出脉冲宽度tpo=1.1RC。

Ri、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号Vi的负脉冲宽度tpi限制在允许的范围内，一般tpi>5RiCi，通过微分环节，可使Vi'的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度tpo。若输入信号的负脉冲宽度tpi本来就小于tpo，则微分环节可省略。

定时器复位输入端（4脚）接高电平，控制输入端Vm通过0.01uF接地，定时器输出端Vo（3脚）作为单稳态触发器的单稳信号输出端。

四、单稳态触发器的应用

1.定时

由于单稳态触发器能产生一定宽度tw矩型输出脉冲，如利用这个矩形脉冲作为定时信号去控制某电路，可使其在tw时间内动作或不动作。例如，利用单稳态输出的矩形脉冲作为与门输入的控制信号如图，则只有这个矩形波的Wt时间内，信号vA有可能通过与门。

2.延时

单稳态触发器的延时作用可以从图所示微分型单稳态触发器的工作波形看出。图中输出端ou升沿相对输入信号u1上升沿延迟了t1段时间。单稳态的延时作用常被应用于时序控制。

3.脉冲整形

利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性，可以将过窄或过宽的输入脉冲整形成固定宽度的脉冲输出。

如图所示的不规则输入波形，经单稳态触发器处理后，便可得到固定宽度、固定幅度，且上升、下降沿陡峭的规整矩形波输出。

4.组成噪声消除电路

利用单稳态触发器可构成噪声消除电路（或称脉冲鉴别电路）。通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有一定宽度。利用单稳态电路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号脉宽，即可消除噪声。如用v1作为下降沿触发的计数器触发脉冲，干扰加入，就会造成计数错误。

五、555构成的单稳态触发器的四种电路

图(a)所示电路是典型的单稳模式电路。当外加脉冲经C1、R1微分电路加至555的2脚时，负向脉冲(<1/3VDD)使555置位，3脚输出暂稳脉冲宽度td=1．1RC。

图(b)与图(a)类同，但它有两个输出端。C通过R至555内部灌电流放电，恢复时间比图(a)要长。

图(c)电路的2、6脚接法与图(a)、(b)不同，外加触发应为正向脉冲，幅值应大于号VDD，暂稳脉冲为负向，其宽度td=1．1RC，可同时输出两路。

图(d)与图(c)类同，但由于在充电回路中加进了导向二极管D，加快了充电速率，使工作频率大大提高。该电路可同时输出两路。

六、单稳态触发器的特点

两个稳定状态：单稳态触发器具有初始稳定状态和触发稳定状态两个稳定状态。触发信号的到来会使电路从一个状态转换到另一个状态，并在一定时间后自动复位。

固定稳态宽度：无论触发信号的宽度如何变化，单稳态触发器的稳态宽度都是固定的。这个特性使得单稳态触发器在需要固定时间延迟的场合非常有用。

易于实现：单稳态触发器可以使用少量的逻辑门电路和RC电路来构造，实现起来相对简单。

可靠性高：由于电路结构相对简单，单稳态触发器的可靠性较高，不易受到外部干扰的影响。

广泛应用：单稳态触发器在数字电路中有着广泛的应用，包括计数器、定时器、存储器、状态检测器等领域。