脉冲电路 - 双稳态多谐振荡器

双稳态多谐振荡器具有两个稳定状态。电路保持两个稳定状态中的任意一个。除非给出外部触发脉冲，否则它会继续保持该状态。这种多谐振荡器也称为触发器。这种电路简称为二进制。

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

两个类似的晶体管 Q₁ 和 Q₂ 以及负载电阻 R_L1 和 R_L2 以反馈方式相互连接。基极电阻 R₃ 和 R₄ 连接到公共源 –V_BB。反馈电阻 R₁ 和 R₂ 由电容器 C₁ 和 C₂（称为换向电容器）分流。晶体管 Q₁ 通过电容器 C₃ 在基极获得触发输入，晶体管 Q₂ 通过电容器 C₄ 在基极获得触发输入。

电容器 C₁ 和 C₂ 也称为加速电容器，因为它们减少了转换时间，即传导从一个晶体管转移到另一个晶体管所需的时间。

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工作原理

当电路接通时，由于一些电路不平衡，在非稳态中，其中一个晶体管，比如 Q₁ 被接通，而晶体管 Q₂ 被关断。这是双稳态多谐振荡器的稳定状态。

通过在晶体管 Q₁ 的基极施加负触发或在晶体管 Q₂ 的基极施加正触发脉冲，该稳定状态不变。因此，让我们通过考虑晶体管 Q₁ 基极的负脉冲来理解这一点。结果，集电极电压增加，从而使晶体管 Q₂ 正向偏置。施加在 Q₁ 基极的 Q₂ 集电极电流使 Q₁ 反向偏置，并且这种累积作用使晶体管 Q₁ 关断，晶体管 Q₂ 接通。这是多谐振荡器的另一种稳定状态。

现在，如果必须再次改变此稳定状态，则在晶体管 Q₂ 处施加负触发脉冲或在晶体管 Q₁ 处施加正触发脉冲。

输出波形

下图显示了 Q₁ 和 Q₂ 集电极处的输出波形以及 Q_W 和 Q₂ 基极处给出的触发输入。

优点

使用双稳态多谐振荡器的优点如下 −

• 存储先前的输出，除非干扰。
• 电路设计简单

缺点

双稳态多谐振荡器的缺点如下 −

• 需要两种触发脉冲。
• 比其他多谐振荡器贵一点。

应用

双稳态多谐振荡器用于脉冲生成和数字操作（如计数和存储二进制信息）等应用。

固定偏置二进制

固定偏置二进制电路类似于非稳态多谐振荡器，但带有一个简单的 SPDT 开关。两个晶体管通过两个电阻器反馈连接，一个集电极连接到另一个集电极的基极。下图显示了固定偏置二进制的电路图。

为了理解操作，我们假设开关处于位置 1。现在晶体管 Q₁ 将关闭，因为基极接地。输出端 V_O1 的集电极电压将等于 V_CC，这将使晶体管 Q₂ 导通。端子 V_O2 的输出变为低电平。这是一种稳定状态，只能通过外部触发器来改变。开关切换到位置 2 可作为触发器。

当开关改变时，晶体管 Q₂ 的基极接地，使其变为关断状态。 V_O2 处的集电极电压将等于施加到晶体管 Q₁ 以将其打开的 V_CC。这是另一种稳定状态。此电路中的触发是借助 SPDT 开关实现的。

二进制电路有两种主要触发类型。它们是

• 对称触发
• 非对称触发

施密特触发器

应该讨论的另一种二进制电路是发射极耦合二进制电路。该电路也称为施密特触发器电路。该电路因其应用而被视为同类电路中的特殊类型。

该电路结构的主要区别在于，第二个晶体管的输出 C₂ 与第一个晶体管的基极 B1 之间没有耦合，现在通过电阻 R_e 获得反馈。该电路被称为再生电路，因为它具有正反馈和无相位反转。使用 BJT 的施密特触发器电路如下所示。

最初，我们将 Q₁ 关断，将 Q₂ 接通。通过 R_C1 和 R₁，施加在 Q₂ 基极的电压为 V_CC。因此输出电压将为

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

当 Q₂ 导通时，R_E 上将出现电压降，该电压降为 (I_C2 + I_B2) R_E。现在，该电压施加在 Q₁ 的发射极上。输入电压增加，直到 Q₁ 达到导通的截止电压，输出保持低电平。当 Q₁ 导通时，由于 Q₂ 也导通，输出将增加。随着输入电压继续上升，点 C₁ 和 B₂ 处的电压继续下降，而 E₂ 处电压继续上升。在输入电压达到某个值时，Q₂ 关断。此时的输出电压将为 V_CC，并且即使输入电压进一步增加，也保持恒定。

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 时，晶体管 Q₁ 进入饱和状态的值称为 UTP（上触发点）。如果电压已经大于 V₁，则它会保持在该位置，直到输入电压达到 V₂，这是一个低电平转换。因此，Q₂进入 ON 状态时输入电压为 V₂ 的值称为 LTP（下触发点）。

输出波形

输出波形如下所示。

施密特触发器电路用作 比较器，因此将输入电压与两个不同的电压电平进行比较，这两个电压电平称为 UTP（上触发点）和 LTP（下触发点）。如果输入超过此 UTP，则被视为高电平，如果低于此 LTP，则被视为低电平。输出将是一个二进制信号，表示 1 为高电平，0 为低电平。因此，模拟信号被转换为数字信号。如果输入处于中间值（介于高和低之间），则先前的值将是输出。

这个概念取决于称为滞后的现象。电子电路的传输特性表现出称为滞后的环路。它解释了输出值取决于输入的当前值和过去值。这可防止施密特触发器电路中出现不必要的频率切换

优点

施密特触发器电路的优点是

• 保持完美的逻辑电平。
• 有助于避免亚稳态。
• 由于其脉冲调节功能，比普通比较器更受欢迎。

缺点

施密特触发器的主要缺点是

• 如果输入较慢，则输出会较慢。
• 如果输入噪声较大，则输出会更嘈杂。

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。它们还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。相同的多谐振荡器是使用运算放大器和 IC 555 定时器电路设计的，这些将在后续教程中讨论。