脉冲电路 - 双稳态多谐振荡器

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双稳态多谐振荡器具有两个稳定状态。电路停留在两个稳定状态中的任何一个。除非给出外部触发脉冲，否则它将继续保持该状态。这种多谐振荡器也称为触发器。此电路简称为二进制。

双稳态多谐振荡器有几种类型。它们如下图所示。

双稳态多谐振荡器的构造

两个相似的晶体管 Q₁ 和 Q₂ 与负载电阻 R_L1 和 R_L2 相互连接构成反馈。基极电阻 R₃ 和 R₄ 连接到公共电源 –V_BB。反馈电阻 R₁ 和 R₂ 由电容 C₁ 和 C₂ 并联，称为换向电容。晶体管 Q₁ 通过电容 C₃ 在基极处接收触发输入，晶体管 Q₂ 通过电容 C₄ 在其基极处接收触发输入。

电容 C₁ 和 C₂ 也称为加速电容，因为它们减少了转换时间，这意味着从一个晶体管到另一个晶体管的导通转移所需的时间。

下图显示了自偏置双稳态多谐振荡器的电路图。

双稳态多谐振荡器的操作

当电路接通时，由于某些电路不平衡（如在无稳态电路中），一个晶体管，例如 Q₁ 接通，而晶体管 Q₂ 关闭。这是双稳态多谐振荡器的稳定状态。

通过在晶体管 Q₁ 的基极处施加负触发或在晶体管 Q₂ 的基极处施加正触发脉冲，这种稳定状态不会改变。因此，让我们通过考虑晶体管 Q₁ 基极处的负脉冲来理解这一点。结果，集电极电压升高，这使晶体管 Q₂ 正向偏置。施加到 Q₁ 基极的 Q₂ 集电极电流反向偏置 Q₁，这种累积作用使晶体管 Q₁ 关闭，晶体管 Q₂ 开通。这是多谐振荡器的另一种稳定状态。

现在，如果需要再次改变这种稳定状态，则施加晶体管 Q₂ 的负触发脉冲或晶体管 Q₁ 的正触发脉冲。

输出波形

下图显示了 Q₁ 和 Q₂ 集电极处的输出波形以及施加到 Q_W 和 Q₂ 基极的触发输入。

优点

使用双稳态多谐振荡器的优点如下：

• 存储之前的输出，除非被干扰。
• 电路设计简单

缺点

双稳态多谐振荡器的缺点如下：

• 需要两种类型的触发脉冲。
• 比其他多谐振荡器略贵。

应用

双稳态多谐振荡器用于脉冲产生和数字运算（如计数和存储二进制信息）等应用中。

固定偏置二进制

固定偏置二进制电路类似于无稳态多谐振荡器，但带有一个简单的单刀双掷开关。两个晶体管通过两个电阻连接成反馈，其中一个集电极连接到另一个的基极。下图显示了固定偏置二进制的电路图。

为了理解其操作，让我们考虑开关处于位置 1。现在晶体管 Q₁ 将关闭，因为基极接地。输出端 V_O1 处的集电极电压将等于 V_CC，这使晶体管 Q₂ 开通。端子 V_O2 处的输出变低。这是一个稳定状态，只能通过外部触发器来改变。开关切换到位置 2 作为触发器。

当开关改变时，晶体管 Q₂ 的基极接地，使其处于关闭状态。V_O2 处的集电极电压将等于 V_CC，施加到晶体管 Q₁ 以使其开通。这是另一个稳定状态。该电路借助单刀双掷开关实现触发。

给二进制电路提供的两种主要类型的触发方式是：

• 对称触发
• 非对称触发

施密特触发器

另一种需要讨论的二进制电路是发射极耦合二进制电路。此电路也称为施密特触发器电路。由于其应用，该电路被认为是一种特殊的电路。

该电路构造的主要区别在于，从第二个晶体管的输出 C₂ 到第一个晶体管的基极 B1 的耦合缺失，并且现在通过电阻 R_e 获得反馈。由于该电路具有正反馈和无相位反转，因此该电路被称为再生电路。使用 BJT 的施密特触发器电路如下图所示。

最初，我们有 Q₁ 关闭和 Q₂ 开通。通过 R_C1 和 R₁ 向 Q₂ 的基极施加电压 V_CC。因此，输出电压将为

$$V_0 = V_{CC} - (I_{C2}R_{c2})$$

由于 Q₂ 开通，R_E 上将存在电压降，这将是 (I_C2 + I_B2) R_E。现在，此电压施加到 Q₁ 的发射极。输入电压增加，直到 Q₁ 达到开通的截止电压，输出保持低电平。当 Q₁ 开通时，输出将增加，因为 Q₂ 也开通。随着输入电压继续上升，C₁ 和 B₂ 点处的电压继续下降，E₂ 继续上升。在输入电压的某个值下，Q₂ 关闭。此时输出电压将为 V_CC，即使输入电压进一步增加也保持不变。

随着输入电压上升，输出保持低电平，直到输入电压达到 V₁，其中

$$V_1 = [V_{CC} - (I_{C2}R_{C2})]$$

输入电压等于 V₁ 的值使晶体管 Q₁ 进入饱和状态，称为UTP（上限触发点）。如果电压已大于 V₁，则它将保持在那里，直到输入电压达到 V₂，这是一个低电平转换。因此，输入电压为 V₂ 的值使 Q₂ 进入导通状态，称为LTP（下限触发点）。

输出波形

获得的输出波形如下图所示。

施密特触发器电路用作比较器，因此它将输入电压与称为UTP（上限触发点）和LTP（下限触发点）的两个不同电压电平进行比较。如果输入超过此 UTP，则认为它是高电平；如果它低于此 LTP，则认为它是低电平。输出将是二进制信号，指示高电平为 1，低电平为 0。因此，模拟信号转换为数字信号。如果输入处于中间值（高电平和低电平之间），则前一个值将是输出。

这个概念取决于称为磁滞的现象。电子电路的传输特性表现出称为回线的磁滞。它解释说，输出值取决于输入的当前值和过去值。这可以防止施密特触发器电路中出现不需要的频率切换

优点

施密特触发器电路的优点是

• 保持完美的逻辑电平。
• 它有助于避免亚稳态。
• 由于其脉冲调节功能，优于普通比较器。

缺点

施密特触发器的主要缺点是

• 如果输入缓慢，输出将更慢。
• 如果输入有噪声，输出将更嘈杂。

施密特触发器的应用

施密特触发器电路用作幅度比较器和平方电路。它们也用于脉冲调节和锐化电路。

这些是使用晶体管的多谐振荡器电路。相同的多谐振荡器使用运算放大器和 IC 555 定时器电路设计，这将在后续教程中讨论。