第9章
门电路组成的积分型单稳态触发器

你肯定见过有些楼道上的电灯是这样反应的：当有人来了（有声音），楼道的电灯就亮了，过一段时间电灯自动熄灭了。从灯亮到灯灭所需要的时间就可以使用RC积分电路来控制，这种控制电路在某段时期处于一个不稳定状态（暂态），然而最终总会回到另一个稳定状态（稳态），我们称其为单稳态触发电路。

单稳态触发器（Monostable Multivibrator）是一种具有稳态和暂态两种工作状态的电路。当没有外加触发信号时，电路处于稳定状态，而一旦有外加信号触发，电路将从稳定状态翻转到暂时维持状态，经过一定时间后（取决于电路本身的参数，通常是电容与电阻的充放电时间常数），电路又会自动返回到稳定状态，可应用于定时、延时、脉冲整形等应用场合。

单稳态触发电路的具体形式有很多，常见的积分型单稳态触发电路如图9.1所示。

从图9.1中可知，此电路由一个两输入或非门、一个非门、一个电阻和一个电容组成，只要输入V _IN 有一个足够宽的触发脉冲，则输出V _OUT 将产生宽度为t _w 由时间常数决定的脉冲，输入与输出相关的波形如图9.2所示。

在t ₀ 时刻之前（空闲状态），输入信号V _IN 一直为低电平，假设“或非门”另一引脚为低电平（也可以假设为高电平，最终结果是一样的），则“或非门”输出V _A 为高电平（全0为1），而“非门”的输入V _B 由电阻R ₁ 上拉到VCC（高电平），因此输出电压V _OUT 为低电平，此时环路为 初始稳定状态 ，电容器C ₁ 两端的电压约为0V，如图9.3所示。

当t ₀ 时刻到来时，输入V _IN 翻转为高电平，则“或非门”输出翻转为低电平（有1为0），由于电容器C ₁ 两端的电压不能突变，因此“非门”输入也为低电平，即 V _B 小于 V _IL （非门输入低电平阈值电压），继而导致“非门”输出电压V _OUT 翻转为高电平，这样“或非门”的另一引脚也为高电平，此时为电路的触发翻转阶段，如图9.4所示。

在此状态下，如果将输入V _IN 翻转为低电平（如t ₁ 时刻），或者多次进行电平翻转（如t ₂ 时刻），对电路的状态也是没有任何影响的，因为“或非门”逻辑是“有1为0”，也因此将该电路称为 “不可重复触发单稳态触发器” ，此时为电路的暂态维持阶段，如图9.5所示。

此时电路的状态并不是稳定的，从图9.5可以看出，“或非门”输出V _A 为低电平，相当于接地状态，电源VCC将会通过电阻R ₁ 对电容器C ₁ 进行充电，则“非门”输入电位V _B 逐渐上升，如图9.6所示。

当电位V _B 大于“非门”的V _IH （非门输入高电平阈值电压）时，“非门”输出电压V _OUT 翻转为低电平，继而使“或非门”的另一输入引脚也为低电平，此时电路恢复到初始的稳定阶段，如图9.7所示。

需要注意的是：当“或非门”的输出翻转为高电平时（电压值大约是VCC），由于电容器C ₁ 已经充了电（极性为左负右正），因此V _B 电位会超过供电电压VCC，相当于两个电压源串联，此时电容器C ₁ 通过电阻R ₁ 放电，V _B 电位开始逐渐下降，如图9.8所示。

当电容器C ₁ 放电完毕后，其两端的电位均为高电平（约 VCC），回到最开始的稳定状态。

我们用图9.9所示的电路参数仿真一下。

相关波形如图9.10所示。

图9.11所示也是一个积分型单稳态触发电路，读者可自行分析一下，后续也会详细讲述其原理。