雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是脈沖和數(shù)字電路中常用的基本觸發(fā)器之一。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是具有2個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，并且在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下，可以由一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種穩(wěn)定狀態(tài)。在沒(méi)有外加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，現(xiàn)有狀態(tài)將一直保持下去。雙穩(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.晶體管雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

晶體管雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖9-15所示，由VT1、VT22個(gè)晶體管交叉耦合而成。R5、R3是VT1的基極偏置電阻，R2、R6是VT2的基極偏置電阻，R1、R4分別是兩管的集電極電阻。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。

圖9-15　晶體管雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)質(zhì)上由兩級(jí)共發(fā)射極開(kāi)關(guān)電路組成，并形成正反饋回路。形式上改畫(huà)后的電路如圖9-16所示，VT2的集電極輸出端信號(hào)通過(guò)R5反饋到VT1的基極輸入端。

圖9-16　晶體管雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的又一畫(huà)法

(1)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作過(guò)程

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的2個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)是：要么VT1導(dǎo)通、VT2截止，要么VT1截止、VT2導(dǎo)通。VT1導(dǎo)通、VT2截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，因?yàn)閂T1導(dǎo)通，Uc1=0V，VT2因無(wú)基極偏流而截止，Uc2=+VCC，通過(guò)R5向VT1提供基極偏流Ib1，使VT1保持導(dǎo)通，如圖9-17所示，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖9-17　VT1導(dǎo)通、VT2截止時(shí)的情況

VT1截止、VT2導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，因?yàn)閂T2導(dǎo)通，Uc2=0V，VT1因無(wú)基極偏流而截止，Uc1=+VCC，通過(guò)R2向VT2提供基極偏流Ib2，使VT2保持導(dǎo)通，如圖9-18所示，電路處于另一穩(wěn)定狀態(tài)。

圖9-18　VT1截止、VT2導(dǎo)通時(shí)的情況

(2)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單端觸發(fā)方式

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)方式有單端觸發(fā)和計(jì)數(shù)觸發(fā)兩種。

單端觸發(fā)就是把兩路觸發(fā)脈沖分別加到2個(gè)晶體管的基極，電路具有2個(gè)觸發(fā)端，如圖9-19所示。該單端觸發(fā)電路采用的是將負(fù)脈沖加至導(dǎo)通管基極使其截止的方法。C1與R7、C2與R8分別組成兩路觸發(fā)脈沖的微分電路。二極管VD1、VD2隔離正脈沖，只允許負(fù)脈沖加到晶體管基極。

圖9-19　單端觸發(fā)電路

設(shè)電路初始狀態(tài)為VT1導(dǎo)通，VT2截止，電路觸發(fā)過(guò)程如下。

當(dāng)在左側(cè)觸發(fā)端加入一脈沖Ui1時(shí)，經(jīng)C1、R7微分，其上升沿和下降沿分別產(chǎn)生正、負(fù)脈沖。正脈沖被VD1隔離，負(fù)脈沖則經(jīng)過(guò)VD1加至導(dǎo)通管VT1基極使其截止。VT1的截止又迫使VT2導(dǎo)通，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為另一穩(wěn)定狀態(tài)。

同理，當(dāng)在右側(cè)觸發(fā)端加入一脈沖Ui2時(shí)，導(dǎo)通管VT2截止，VT1導(dǎo)通，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)。圖9-20所示為單端觸發(fā)電路工作波形。

圖9-20　單端觸發(fā)電路工作波形

(3)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的計(jì)數(shù)觸發(fā)方式

計(jì)數(shù)觸發(fā)電路如圖9-21所示，與單端觸發(fā)電路不同的是，計(jì)數(shù)觸發(fā)電路只有1個(gè)觸發(fā)輸入端，觸發(fā)脈沖通過(guò)C1和C2同時(shí)加到2個(gè)晶體管的基極，并且微分電阻R7、R8不是接地而是改接至本側(cè)晶體管的集電極。

圖9-21　計(jì)數(shù)觸發(fā)電路

當(dāng)觸發(fā)端加上觸發(fā)脈沖Ui時(shí)，經(jīng)微分后產(chǎn)生的負(fù)脈沖使導(dǎo)通管截止，而對(duì)截止管不起作用。因此，每一個(gè)觸發(fā)脈沖都使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)1次，所以叫做計(jì)數(shù)觸發(fā)，電路波形如圖9-22所示。電阻R7、R8起引導(dǎo)作用，使每次負(fù)觸發(fā)脈沖只加到導(dǎo)通管基極，保證電路可靠翻轉(zhuǎn)。

圖9-22　計(jì)數(shù)觸發(fā)電路工作波形

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

用數(shù)字電路中的門(mén)電路可以方便地構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，而且無(wú)須外圍元器件，無(wú)須調(diào)試，電路簡(jiǎn)潔可靠。

(1)或非門(mén)構(gòu)成的RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

將兩個(gè)或非門(mén)電路交叉耦合，可以構(gòu)成RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖9-23所示。電路具有2個(gè)觸發(fā)輸入端，R為置“0”輸入端，S為置“1”輸入端，“1”電平觸發(fā)有效。電路具有2個(gè)輸出端，Q為原碼輸出端，杠Q為反碼輸出端。

圖9-23　或非門(mén)構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路

電路工作原理如下。

當(dāng)R=1、S=0時(shí)，觸發(fā)器被置“0”，Q=0、杠Q=1。

當(dāng)R=0、S=1時(shí)，觸發(fā)器被置“1”，Q=1、杠Q=0。

當(dāng)R=0、S=0時(shí)，觸發(fā)器輸出狀態(tài)保持不變。

當(dāng)R=1、S=1時(shí)，下一狀態(tài)不確定，應(yīng)避免使觸發(fā)器出現(xiàn)這種狀態(tài)。表9-1所示為或非門(mén)構(gòu)成的RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器真值表。

表9-1　或非門(mén)構(gòu)成的RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器真值表

(2)與非門(mén)構(gòu)成的RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

圖9-24　與非門(mén)構(gòu)成的RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路

將2個(gè)與非門(mén)電路交叉耦合，也可以構(gòu)成RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖9-24所示。電路的2個(gè)觸發(fā)輸入端是，杠R為置“0”輸入端，杠S為置“1”輸入端，“0”電平觸發(fā)有效。電路的2個(gè)輸出端是，Q為原碼輸出端，杠Q為反碼輸出端。

電路工作原理如下。

表9-2　與非門(mén)構(gòu)成的RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器真值表

3.D觸發(fā)器構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

將D觸發(fā)器的反碼輸出端杠Q與其自身的數(shù)據(jù)輸入端D相連接，即構(gòu)成了計(jì)數(shù)觸發(fā)式雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖9-25所示。觸發(fā)脈沖Ui由CP端輸入，上升沿觸發(fā)。輸出信號(hào)通常由原碼輸出端Q引出，也可從反碼輸出端杠Q輸出。

圖9-25　D觸發(fā)器構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路

圖9-26所示為電路工作波形。每一個(gè)觸發(fā)脈沖Ui的上升沿都使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)1次，因此輸出脈沖Uo的個(gè)數(shù)是輸入觸發(fā)脈沖Ui的1/2。該雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常被用作二進(jìn)制計(jì)數(shù)單元。

圖9-26　D觸發(fā)器構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路工作波形

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

用時(shí)基電路構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖9-27所示。杠S為置“1”輸入端，“0”電平觸發(fā)有效。R為置“0”輸入端，“1”電平觸發(fā)有效。輸出信號(hào)Uo由時(shí)基電路的③引腳輸出。C1、R1構(gòu)成杠S端觸發(fā)信號(hào)微分電路，C2、R2構(gòu)成R端觸發(fā)信號(hào)微分電路。

電路工作過(guò)程是：Uo=0時(shí)，在杠S端加上一個(gè)“0”電平觸發(fā)脈沖，經(jīng)C1、R1微分后產(chǎn)生一負(fù)脈沖至?xí)r基電路的②引腳，使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，Uo=1。

圖9-27　時(shí)基電路構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路

在這之后，當(dāng)在R端加上一個(gè)“1”電平觸發(fā)脈沖，經(jīng)C2、R2微分后產(chǎn)生一正脈沖至?xí)r基電路的⑥引腳，使觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，又使Uo=0。各點(diǎn)波形如圖9-28所示。

圖9-28　時(shí)基電路構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路工作波形