單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是脈沖和數(shù)字電路中的基本觸發(fā)器之一。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，另外還有一個(gè)暫時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)(暫穩(wěn)狀態(tài))。在沒(méi)有外加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下，電路就從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換為暫穩(wěn)狀態(tài)，并且在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路能夠自動(dòng)地回到穩(wěn)定狀態(tài)。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在一個(gè)觸發(fā)脈沖的作用下，能夠輸出一個(gè)具有一定寬度的矩形脈沖，常用在脈沖整形、定時(shí)和延時(shí)電路中。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由晶體管、數(shù)字電路或時(shí)基電路等構(gòu)成。

1.晶體管單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

晶體管單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖9-2所示，由VT1、VT22個(gè)晶體管交叉耦合組成。VT1集電極與VT2基極之間由電容C1耦合，正是由于電容的耦合作用，電路具有了單穩(wěn)態(tài)的特性。

R4、R3是VT1的基極偏置電阻，R2是VT2的基極偏置電阻，R1、R5分別是兩管的集電極電阻。微分電路C2、R6和隔離二極管VD組成觸發(fā)電路。輸出信號(hào)可以從2個(gè)晶體管的集電極取出，兩管輸出信號(hào)相反。

(1)穩(wěn)定狀態(tài)

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的情況如圖9-3所示。電源+VCC經(jīng)R2為VT2提供基極偏流Ib2，VT2導(dǎo)通，其集電極電壓Uc2=0V;VT1因無(wú)基極偏壓而截止，其集電極電壓Uc1=+VCC，電源+VCC經(jīng)R1、VT2基極—發(fā)射極向電容C1充電，C1上的電壓為左正右負(fù)，大小等于電源電壓+VCC。

(2)暫穩(wěn)狀態(tài)

當(dāng)在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)端加上一個(gè)觸發(fā)脈沖Ui時(shí)，經(jīng)C2、R6微分，負(fù)觸發(fā)脈沖通過(guò)VD加至導(dǎo)通管VT2基極使其截止，Uc2=+VCC，并通過(guò)R4為VT1提供基極偏流Ib1，使VT1導(dǎo)通，Uc1從+VCC下跳為0V。

由于電容C1兩端電壓不能突變，所以在此瞬間VT2基極電壓Ub2將下跳為-VCC，使得VT2在觸發(fā)脈沖結(jié)束之后仍然保持截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)電路處于暫穩(wěn)狀態(tài)，如圖9-4所示。

進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)后，電容C1通過(guò)VT1集電極-發(fā)射極、電源、R2不斷放電，放電結(jié)束后即進(jìn)行反向充電，Ub2電位不斷上升，如圖9-5所示。

當(dāng)Ub2達(dá)到VT2的導(dǎo)通閾值0.7V時(shí)，VT2立即導(dǎo)通，并通過(guò)R4使VT1截止，電路自動(dòng)從暫穩(wěn)狀態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路各點(diǎn)工作波形如圖9-6所示。輸出脈寬TW(即暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間)由C1經(jīng)R2的放電時(shí)間決定，TW=0.7R2C1。在暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，VT2集電極輸出一個(gè)寬度為T(mén)W的正矩形脈沖，VT1集電極則輸出一個(gè)寬度為T(mén)W的負(fù)矩形脈沖。

2.門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

或非門(mén)電路和與非門(mén)電路都可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

(1)或非門(mén)構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

或非門(mén)構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖9-7所示，由或非門(mén)D1、非門(mén)D2、定時(shí)電阻R和定時(shí)電容C組成?；蚍情T(mén)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由正脈沖觸發(fā)，輸出一個(gè)脈寬為T(mén)W的正矩形脈沖。

或非門(mén)構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作過(guò)程如下。

在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于非門(mén)D2輸入端經(jīng)R接+VDD，其輸出端為“0”，耦合至D1輸入端使D1輸出端為“1”，電容C兩端電位相等，無(wú)壓降。

當(dāng)在觸發(fā)端加入觸發(fā)脈沖Ui時(shí)，或非門(mén)D1輸出端變?yōu)椤?”。由于電容C兩端的電壓不能突變，因此D2輸入端也變?yōu)椤?”，D2輸出Uo變?yōu)椤?”。由于Uo又正反饋到D1輸入端形成閉環(huán)回路，所以電路一經(jīng)觸發(fā)后，即使取消觸發(fā)脈沖Ui仍能保持暫穩(wěn)狀態(tài)。此時(shí)，電源+VDD開(kāi)始經(jīng)R對(duì)C充電。

隨著C的充電，D2輸入端電位逐步上升。當(dāng)達(dá)到非門(mén)D2的轉(zhuǎn)換閾值時(shí)，D2輸出Uo又變?yōu)椤?”。由于閉環(huán)回路的正反饋?zhàn)饔?，D1輸出端隨即變?yōu)椤?”，電路回復(fù)穩(wěn)態(tài)，直至再次被觸發(fā)。各點(diǎn)波形如圖9-8所示。輸出脈寬TW=0.7RC。

(2)與非門(mén)構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

與非門(mén)構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖9-9所示，由與非門(mén)D1、非門(mén)D2、定時(shí)電阻R和定時(shí)電容C組成。和或非門(mén)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同的是，定時(shí)電阻R不是接 +VDD而是接地。與非門(mén)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由負(fù)脈沖觸發(fā)，輸出一個(gè)脈寬為T(mén)W的負(fù)矩形脈沖。

在電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于非門(mén)D2輸入端經(jīng)R接地，其輸出Uo為“1”，耦合至D1輸入端使D1輸出端為“0”，電容C兩端電位相等，無(wú)壓降。

當(dāng)電路被觸發(fā)后，D1輸出端變?yōu)椤?”。由于電容C兩端的電壓不能突變，因此D2輸入端也變?yōu)椤?”，D2輸出Uo變?yōu)椤?”，電路進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)。

隨著C的充電，D2輸入端電位逐步下降，當(dāng)達(dá)到D2的轉(zhuǎn)換閾值時(shí)，D2輸出Uo又變?yōu)椤?”，電路回復(fù)穩(wěn)態(tài)，直至再次被觸發(fā)。各點(diǎn)波形如圖9-10所示。輸出脈寬TW=0.7RC。

3.D觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

D觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖9-11所示，R為定時(shí)電阻，C為定時(shí)電容。D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端D接“1”電平(+VDD)，置“1”端S接地，輸出端Q經(jīng)RC定時(shí)網(wǎng)絡(luò)接至置“0”端R。觸發(fā)脈沖Ui從CP端輸入，輸出信號(hào)Uo由Q端輸出。

D觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由正脈沖觸發(fā)，輸出一個(gè)脈寬為T(mén)W的正矩形脈沖。電路工作過(guò)程如下。

在電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，Uo=0。當(dāng)觸發(fā)脈沖Ui加至CP端時(shí)，Ui上升沿使數(shù)據(jù)端D的“1”到達(dá)輸出端Q，電路轉(zhuǎn)換為暫穩(wěn)態(tài)，Uo=1，并經(jīng)R向C充電。

隨著充電的進(jìn)行，當(dāng)電容C上的電壓達(dá)到R端的轉(zhuǎn)換電壓時(shí)，使D觸發(fā)器置“0”，Uo=0，電路回復(fù)穩(wěn)態(tài)。這時(shí)C經(jīng)R放電，為下一次觸發(fā)做好準(zhǔn)備。Uo的輸出脈寬TW=0.7RC，各點(diǎn)波形如圖9-12所示。

4.時(shí)基電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

時(shí)基電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖9-13所示。RC組成定時(shí)網(wǎng)絡(luò)，時(shí)基電路的置“0”端(⑥引腳)和放電端(⑦引腳)并接于定時(shí)電容C上端。觸發(fā)脈沖Ui從時(shí)基電路的置“1”端(②引腳)輸入，輸出信號(hào)Uo由③引腳輸出。

時(shí)基電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由負(fù)脈沖觸發(fā)，輸出一個(gè)脈寬為T(mén)W的正矩形脈沖。電路工作過(guò)程如下。

在電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，Uo=0，放電端(⑦引腳)導(dǎo)通到地，電容C上無(wú)電壓。

當(dāng)負(fù)觸發(fā)脈沖Ui加到時(shí)基電路②引腳時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，Uo=1，放電端(⑦引腳)截止，電源+VCC開(kāi)始經(jīng)R向C充電。

由于C上電壓直接接到時(shí)基電路的置“0”端(⑥引腳)，當(dāng)C上的充電電壓達(dá)到2/3VCC(置“0”端閾值)時(shí)，電路再次翻轉(zhuǎn)，回復(fù)穩(wěn)態(tài)。Uo的輸出脈寬TW=0.7RC，各點(diǎn)波形如圖9-14所示。