脈衝電路 - 雙穩態多諧振盪器

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雙穩態多諧振盪器具有兩個穩定狀態。電路停留在兩個穩定狀態中的任何一個。除非給出外部觸發脈衝，否則它將繼續保持該狀態。這種多諧振盪器也稱為觸發器。此電路簡稱為二進位制。

雙穩態多諧振盪器有幾種型別。它們如下圖所示。

雙穩態多諧振盪器的構造

兩個相似的電晶體 Q₁ 和 Q₂ 與負載電阻 R_L1 和 R_L2 相互連線構成反饋。基極電阻 R₃ 和 R₄ 連線到公共電源 –V_BB。反饋電阻 R₁ 和 R₂ 由電容 C₁ 和 C₂ 並聯，稱為換向電容。電晶體 Q₁ 透過電容 C₃ 在基極處接收觸發輸入，電晶體 Q₂ 透過電容 C₄ 在其基極處接收觸發輸入。

電容 C₁ 和 C₂ 也稱為加速電容，因為它們減少了轉換時間，這意味著從一個電晶體到另一個電晶體的導通轉移所需的時間。

下圖顯示了自偏置雙穩態多諧振盪器的電路圖。

雙穩態多諧振盪器的操作

當電路接通時，由於某些電路不平衡（如在無穩態電路中），一個電晶體，例如 Q₁ 接通，而電晶體 Q₂ 關閉。這是雙穩態多諧振盪器的穩定狀態。

透過在電晶體 Q₁ 的基極處施加負觸發或在電晶體 Q₂ 的基極處施加正觸發脈衝，這種穩定狀態不會改變。因此，讓我們透過考慮電晶體 Q₁ 基極處的負脈衝來理解這一點。結果，集電極電壓升高，這使電晶體 Q₂ 正向偏置。施加到 Q₁ 基極的 Q₂ 集電極電流反向偏置 Q₁，這種累積作用使電晶體 Q₁ 關閉，電晶體 Q₂ 開通。這是多諧振盪器的另一種穩定狀態。

現在，如果需要再次改變這種穩定狀態，則施加電晶體 Q₂ 的負觸發脈衝或電晶體 Q₁ 的正觸發脈衝。

輸出波形

下圖顯示了 Q₁ 和 Q₂ 集電極處的輸出波形以及施加到 Q_W 和 Q₂ 基極的觸發輸入。

優點

使用雙穩態多諧振盪器的優點如下：

• 儲存之前的輸出，除非被幹擾。
• 電路設計簡單

缺點

雙穩態多諧振盪器的缺點如下：

• 需要兩種型別的觸發脈衝。
• 比其他多諧振盪器略貴。

應用

雙穩態多諧振盪器用於脈衝產生和數字運算（如計數和儲存二進位制資訊）等應用中。

固定偏置二進位制

固定偏置二進位制電路類似於無穩態多諧振盪器，但帶有一個簡單的單刀雙擲開關。兩個電晶體透過兩個電阻連線成反饋，其中一個集電極連線到另一個的基極。下圖顯示了固定偏置二進位制的電路圖。

為了理解其操作，讓我們考慮開關處於位置 1。現在電晶體 Q₁ 將關閉，因為基極接地。輸出端 V_O1 處的集電極電壓將等於 V_CC，這使電晶體 Q₂ 開通。端子 V_O2 處的輸出變低。這是一個穩定狀態，只能透過外部觸發器來改變。開關切換到位置 2 作為觸發器。

當開關改變時，電晶體 Q₂ 的基極接地，使其處於關閉狀態。V_O2 處的集電極電壓將等於 V_CC，施加到電晶體 Q₁ 以使其開通。這是另一個穩定狀態。該電路藉助單刀雙擲開關實現觸發。

給二進位制電路提供的兩種主要型別的觸發方式是：

• 對稱觸發
• 非對稱觸發

施密特觸發器

另一種需要討論的二進位制電路是發射極耦合二進位制電路。此電路也稱為施密特觸發器電路。由於其應用，該電路被認為是一種特殊的電路。

該電路構造的主要區別在於，從第二個電晶體的輸出 C₂ 到第一個電晶體的基極 B1 的耦合缺失，並且現在透過電阻 R_e 獲得反饋。由於該電路具有正反饋和無相位反轉，因此該電路被稱為再生電路。使用 BJT 的施密特觸發器電路如下圖所示。

最初，我們有 Q₁ 關閉和 Q₂ 開通。透過 R_C1 和 R₁ 向 Q₂ 的基極施加電壓 V_CC。因此，輸出電壓將為

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

由於 Q₂ 開通，R_E 上將存在電壓降，這將是 (I_C2 + I_B2) R_E。現在，此電壓施加到 Q₁ 的發射極。輸入電壓增加，直到 Q₁ 達到開通的截止電壓，輸出保持低電平。當 Q₁ 開通時，輸出將增加，因為 Q₂ 也開通。隨著輸入電壓繼續上升，C₁ 和 B₂ 點處的電壓繼續下降，E₂ 繼續上升。在輸入電壓的某個值下，Q₂ 關閉。此時輸出電壓將為 V_CC，即使輸入電壓進一步增加也保持不變。

隨著輸入電壓上升，輸出保持低電平，直到輸入電壓達到 V₁，其中

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

輸入電壓等於 V₁ 的值使電晶體 Q₁ 進入飽和狀態，稱為UTP（上限觸發點）。如果電壓已大於 V₁，則它將保持在那裡，直到輸入電壓達到 V₂，這是一個低電平轉換。因此，輸入電壓為 V₂ 的值使 Q₂ 進入導通狀態，稱為LTP（下限觸發點）。

輸出波形

獲得的輸出波形如下圖所示。

施密特觸發器電路用作比較器，因此它將輸入電壓與稱為UTP（上限觸發點）和LTP（下限觸發點）的兩個不同電壓電平進行比較。如果輸入超過此 UTP，則認為它是高電平；如果它低於此 LTP，則認為它是低電平。輸出將是二進位制訊號，指示高電平為 1，低電平為 0。因此，模擬訊號轉換為數字訊號。如果輸入處於中間值（高電平和低電平之間），則前一個值將是輸出。

這個概念取決於稱為磁滯的現象。電子電路的傳輸特性表現出稱為回線的磁滯。它解釋說，輸出值取決於輸入的當前值和過去值。這可以防止施密特觸發器電路中出現不需要的頻率切換

優點

施密特觸發器電路的優點是

• 保持完美的邏輯電平。
• 它有助於避免亞穩態。
• 由於其脈衝調節功能，優於普通比較器。

缺點

施密特觸發器的主要缺點是

• 如果輸入緩慢，輸出將更慢。
• 如果輸入有噪聲，輸出將更嘈雜。

施密特觸發器的應用

施密特觸發器電路用作幅度比較器和平方電路。它們也用於脈衝調節和銳化電路。

這些是使用電晶體的多諧振盪器電路。相同的多諧振盪器使用運算放大器和 IC 555 定時器電路設計，這將在後續教程中討論。