单稳态触发器Multisim电路仿真——硬件工程师笔记

[1 单稳态触发器基础知识](#1 单稳态触发器基础知识)

[1.1 工作原理](#1.1 工作原理)

[1.2 电路结构](#1.2 电路结构)

[1.3 特点](#1.3 特点)

[1.4 应用](#1.4 应用)

[1.5 设计考虑](#1.5 设计考虑)

[1.6 总结](#1.6 总结)

[2 555定时器实现的单稳态触发器](#2 555定时器实现的单稳态触发器)

[2.1 电路配置](#2.1 电路配置)

[2.2 工作原理](#2.2 工作原理)

[2.3 特点](#2.3 特点)

[2.4 应用](#2.4 应用)

[2.5 设计考虑](#2.5 设计考虑)

[2.6 总结](#2.6 总结)

[3 反相器和与非门实现积分型单稳态触发器](#3 反相器和与非门实现积分型单稳态触发器)

[3.1 电路结构](#3.1 电路结构)

[3.2 工作原理](#3.2 工作原理)

[3.3 特点](#3.3 特点)

[3.4 应用](#3.4 应用)

[3.5 设计考虑](#3.5 设计考虑)

[3.6 总结](#3.6 总结)

[4 反相器和与非门实现微分型单稳态触发器](#4 反相器和与非门实现微分型单稳态触发器)

[4.1 电路结构](#4.1 电路结构)

[4.2 工作原理](#4.2 工作原理)

[4.3 特点](#4.3 特点)

[4.4 应用](#4.4 应用)

[4.5 设计考虑](#4.5 设计考虑)

[4.6 总结](#4.6 总结)

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1 单稳态触发器基础知识

单稳态触发器（Monostable Multivibrator），也称为单稳态多谐振荡器，是一种数字电路，它在受到外部触发信号后能产生一个固定宽度的稳定脉冲输出。这种电路在数字系统中常用于定时、脉冲整形和频率分频等应用。

1.1 工作原理

单稳态触发器在没有触发信号时，通常处于一个稳定状态（通常是高电平或低电平）。当它受到一个短暂的触发脉冲后，电路会切换到另一个暂时的稳定状态，并在一定时间后自动返回到原始的稳定状态。这个暂时的稳定状态持续的时间是固定的，由电路中的定时元件（如电阻和电容）决定。

1.2 电路结构

单稳态触发器可以由多种电路构成，常见的有：

1. 使用555 **定时器：**555定时器是一种常用的集成电路，可以很容易地配置成单稳态触发器。通过外部电阻和电容设置定时时间。

2. **使用逻辑门：**如使用一个或多个JK触发器或D触发器，通过适当的逻辑门（如与非门、或非门）配置，也可以实现单稳态触发器的功能。

1.3 特点

1. **输出脉冲宽度固定：**输出脉冲的宽度由电路中的定时元件决定，与触发脉冲的宽度无关。

2. **触发灵敏度可调：**通过调整电路参数，可以改变触发灵敏度，即触发电路所需的最小输入脉冲幅度和宽度。

3. **稳定性高：**由于输出脉冲宽度与输入触发脉冲无关，因此单稳态触发器能够提供稳定的脉冲宽度。

1.4 应用

1. **脉冲整形：**将不规则的输入脉冲转换为规则的脉冲。

2. 频率分频：通过分频产生较低频率的脉冲信号。

3. 定时控制：在各种定时应用中，如延时开关、定时器等。

4. 数据同步：在数据通信中，用于同步数据传输。

1.5 设计考虑

1. 定时元件的选择：选择合适的电阻和电容值来设置所需的脉冲宽度。

2. 触发信号的处理：确保触发信号能够可靠地触发电路，同时避免误触发。

3. 电源电压：确保电路工作在正确的电源电压范围内。

1.6 总结

单稳态触发器是一种重要的数字电路，它能够在受到触发后产生固定宽度的脉冲输出。这种电路在定时、脉冲整形和频率分频等应用中非常有用。通过合理设计，可以实现高稳定性和高精度的脉冲输出。

2 555定时器实现的单稳态触发器

如上图所示，绿线表示输入，红线表示输出，青线表示中间状态，使用555定时器实现单稳态触发器，产生如图所示宽度的脉冲信号。

555定时器是一种非常灵活且广泛使用的集成电路，它可以被配置成多种不同的电路，包括单稳态触发器。以下是555定时器实现单稳态触发器的描述。

2.1 电路配置

555定时器在单稳态模式下，通常连接如下：

触发引脚（Pin 2）：用于接收外部触发信号。

阈值引脚（Pin 6）：通常连接到一个电阻分压器，以确定触发后的高电平状态。

放电引脚（Pin 7）：连接到一个电容，用于定时。

输出引脚（Pin 3）：提供脉冲输出信号。

复位引脚（Pin 4）：通常连接到电源或通过一个电阻连接到地，用于确保定时器在上电时处于已知状态。

控制电压引脚（Pin 5）：可以连接一个外部电压源，以改变内部比较器的参考电压。

2.2 工作原理

在单稳态模式下，555定时器的工作过程如下：

1. **等待触发：**在没有触发信号时，555定时器处于稳定状态，输出引脚通常为低电平。

2. **触发信号：**当触发引脚接收到一个短暂的低电平信号时，555定时器被触发，输出引脚迅速变为高电平。

3. **定时周期：**输出高电平状态持续的时间由连接到放电引脚的电容和电阻决定。

4. **自动返回：**电容放电完成后，555定时器自动返回到稳定状态，输出引脚变为低电平。

2.3 特点

输出脉冲宽度可调： 通过改变电容和电阻的值，可以调整输出脉冲的宽度。触**发灵敏度：**555定时器对触发信号的灵敏度可以通过调整阈值引脚的电压来设置。

**简单易用：**555定时器是一种易于使用的集成电路，不需要复杂的外部电路。

2.4 应用

**脉冲延时：**产生固定宽度的脉冲，用于延时或定时应用。

**脉冲整形：**将不规则的输入脉冲转换为规则的输出脉冲。

频率分频：通过分频产生较低频率的脉冲信号。

**数据同步：**在数据通信中，用于同步数据传输。

2.5 设计考虑

**定时元件的选择：**选择合适的电容和电阻值来设置所需的脉冲宽度。

**触发信号的处理：**确保触发信号能够可靠地触发电路，同时避免误触发。

**电源电压：**确保555定时器工作在正确的电源电压范围内。

2.6 总结

555定时器实现的单稳态触发器是一种简单、可靠且成本效益高的解决方案，适用于需要产生固定宽度脉冲的应用。通过调整外部电容和电阻的值，可以灵活地设置脉冲宽度，以满足不同的应用需求。这

3 反相器和与非门实现积分型单稳态触发器

如上图所示，绿线表示输入，青线表示输出，使用反相器和与非门实现积分型单稳态触发器，产生如图所示宽度的脉冲信号。

积分型单稳态触发器是一种电路，其输出脉冲宽度与输入触发脉冲的幅度无关，而是由电路内部的时间常数决定。这种电路通常用于需要产生精确定时脉冲的应用中。以下是使用反相器和与非门实现积分型单稳态触发器的描述。

3.1 电路结构

积分型单稳态触发器通常由以下部分组成：

1. **反相器：**提供信号反相功能，通常用于信号整形和电平转换。

2. **与非门：**用于构建基本的RS触发器结构，其中R和S分别代表复位（Reset）和置位（Set）。

3. **定时元件：**通常包括一个电阻（R）和一个电容（C），它们决定了电路的时间常数，从而影响输出脉冲的宽度。

4. **反馈网络：**将输出反馈到与非门的输入，形成积分动作。

3.2 工作原理

积分型单稳态触发器的工作过程如下：

1. 稳定状态：在没有触发信号时，电路处于稳定状态，输出为低电平。

2. **触发：**当输入触发信号到来时，与非门的一个输入端接收到高电平信号，导致输出端变为高电平。

3. **积分过程：**输出端的高电平通过反馈网络对电容进行充电，电容上的电压逐渐上升。

4. **脉冲结束：**当电容上的电压达到与非门的阈值电压时，与非门的输出端回到低电平，电容开始放电，电路返回到稳定状态。

3.3 特点

脉冲宽度确定：输出脉冲宽度由RC时间常数决定，与输入触发脉冲无关。

**抗干扰能力强：**由于脉冲宽度固定，电路对输入噪声和波动不敏感。

**简单易实现：**使用常见的逻辑门和少量额外元件即可实现。

3.4 应用

定时控制：在需要精确定时的应用中，如延时开关、定时器等。

脉冲整形：将不规则的输入脉冲转换为规则的输出脉冲。

**数据同步：**在数据通信中，用于同步数据传输。

3.5 设计考虑

RC **时间常数的选择：**选择合适的电阻和电容值来设置所需的脉冲宽度。

**触发信号的处理：**确保触发信号能够可靠地触发电路，同时避免误触发。

**电源电压：**确保逻辑门工作在正确的电源电压范围内。

3.6 总结

使用反相器和与非门实现的积分型单稳态触发器是一种简单且有效的电路设计，适用于需要产生固定宽度脉冲的应用。通过调整RC时间常数，可以灵活地设置脉冲宽度，以满足不同的应用需求。这种电路在数字电子和混合信号应用中非常实用。

4 反相器和与非门实现微分型单稳态触发器

如上图所示，红线表示输入，紫线表示输出，使用反相器和与非门实现微分型单稳态触发器，产生如图所示宽的的脉冲信号。

微分型单稳态触发器是一种电路，它在接收到一个短暂的触发脉冲后，产生一个固定宽度的输出脉冲。这种电路的特点是输出脉冲的宽度与输入触发脉冲的宽度无关，而是由电路内部的定时元件（如电阻和电容）决定。以下是使用反相器和与非门实现微分型单稳态触发器的描述。

4.1 电路结构

微分型单稳态触发器通常由以下部分组成：

1. 与非门：构成电路的核心，用于实现基本的触发和保持功能。

2. 反相器：用于信号反相和整形，确保触发信号的稳定性。

3. 定时元件：通常包括一个电阻（R）和一个电容（C），它们决定了电路的时间常数，从而影响输出脉冲的宽度。

4. 反馈网络：将输出反馈到与非门的输入，形成单稳态行为。

4.2 工作原理

微分型单稳态触发器的工作过程如下：

1. **稳定状态：**在没有触发信号时，电路处于稳定状态，输出为低电平。

2. 触发：当输入触发信号到来时，与非门的一个输入端接收到低电平信号，导致输出端变为高电平。

3. 定时过程：输出端的高电平通过反馈网络对电容进行充电，电容上的电压逐渐上升。

4. 脉冲结束：当电容上的电压达到与非门的阈值电压时，与非门的输出端回到低电平，电容开始放电，电路返回到稳定状态。

4.3 特点

**脉冲宽度确定：**输出脉冲宽度由RC时间常数决定，与输入触发脉冲无关。

**抗干扰能力强：**由于脉冲宽度固定，电路对输入噪声和波动不敏感。

简单易实现：使用常见的逻辑门和少量额外元件即可实现。

4.4 应用

**定时控制：**在需要精确定时的应用中，如延时开关、定时器等。

**脉冲整形：**将不规则的输入脉冲转换为规则的输出脉冲。

数据同步：在数据通信中，用于同步数据传输。

4.5 设计考虑

RC时间常数的选择：选择合适的电阻和电容值来设置所需的脉冲宽度。

触发信号的处理：确保触发信号能够可靠地触发电路，同时避免误触发。

电源电压：确保逻辑门工作在正确的电源电压范围内。

4.6 总结

使用反相器和与非门实现的微分型单稳态触发器是一种简单且有效的电路设计，适用于需要产生固定宽度脉冲的应用。通过调整RC时间常数，可以灵活地设置脉冲宽度，以满足不同的应用需求。这种电路在数字电子和混合信号应用中非常实用。