單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有如下特點(diǎn)：
第一，電路有一個穩(wěn)定態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。靜止期間電路長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。
第二，在外來觸發(fā)脈沖信號作用下，電路由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)。暫穩(wěn)狀態(tài)是不能長久保持的狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。
第三，暫穩(wěn)狀態(tài)持續(xù)時間的長短取決于電路的定時元件參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。
7.3.1 電路組成
圖7.3.1所示為用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖（a）中復(fù)位端
接電源電壓
為高電平。輸入信號
（低電平有效）加在555的觸發(fā)輸入端。放電管
的集電極（7腳）與閾值輸入端相連，并通過電阻
與電源相連，同時通過電容
接地構(gòu)成定時電路。
圖7.3.1（b）為具有微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)電路，
、
構(gòu)成微分電路，輸入信號經(jīng)過微分電路后再接入觸發(fā)輸入端，可以減小觸發(fā)持續(xù)時間。
7.3.2 工作原理
由圖7.3.1（a），靜態(tài)期間即無觸發(fā)信號，輸入為高電平，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，基本
觸發(fā)器
，
，輸出
為低電平，放電管飽和導(dǎo)通。
輸入為高電平，若接通電源瞬間555定時器中基本觸發(fā)器處在1狀態(tài)，即
，
，則輸出為高電平，放電管截止。此時，電源通過電阻對電容進(jìn)行充電，充電結(jié)果導(dǎo)致電容兩端電壓
逐漸升高，閾值輸入（6腳）
，當(dāng)電容充電到使
時，電壓比較器
就出現(xiàn)
，電壓比較器輸出低電平（0狀態(tài)），基本觸發(fā)器被復(fù)位到0狀態(tài)，即，，輸出電壓為低電平，放電管飽和導(dǎo)通。此后，電容通過放電管迅速放電，使
，觸發(fā)器維持狀態(tài)不變。
設(shè)輸入信號如圖7.3.2（a）所示，在0~
期間為高電平，電路處于上述穩(wěn)定狀態(tài)。
在時刻，輸入信號的下降沿到達(dá)，這時使得電壓比較器
出現(xiàn)
（
而
），電壓比較器輸出為低電平，基本觸發(fā)器被置1，即
，
，輸出為高電平。電路因下降沿到達(dá)由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。
，的狀態(tài)是暫穩(wěn)態(tài)，此時放電管截止，
通過電阻對電容充電，電容充電的結(jié)果導(dǎo)致
電位逐步上升，如圖7.3.2（b）所示，當(dāng)
（
時刻）時，電壓比較器出現(xiàn)的輸入情況，比較器輸出低電平，基本觸發(fā)器被置0，即，，電路又發(fā)生了一次翻轉(zhuǎn)，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，此時電路輸出為低電平，放電管導(dǎo)通，電容很快通過放電至0，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。
暫穩(wěn)態(tài)所持續(xù)的時間稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈寬
，如圖7.3.2（c）所示，很明顯
，即電容由開始充電到充電至使
所需的時間。
利用三要素公式（7.1.2），取
，
，
，
。容易求出輸出脈沖寬度
（7.3.1）
從暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束到電容放電至
所需的時間稱為恢復(fù)時間
。設(shè)飽和導(dǎo)通放電管的導(dǎo)通電阻為
（一般很?。?，放電時間常數(shù)
。通常恢復(fù)時間由下式?jīng)Q定：
（7.3.2）
當(dāng)輸入觸發(fā)信號
是周期為
的連續(xù)脈沖時（如圖7.3.2（a）所示），為了保證單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠正常工作，必須滿足下列條件：
（7.3.3）
即周期的最小值
因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)的最高工作頻率應(yīng)為
（7.3.4）
必須指出，在圖7.3.1（a）所示電路中，觸發(fā)輸入信號的觸發(fā)脈沖寬度（即低電平持續(xù)時間）必須小于單穩(wěn)觸發(fā)器輸出的脈沖寬度，否則電路將不能正常工作。原因很簡單，若單穩(wěn)觸發(fā)器被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)后，如果低電平持續(xù)不變，電壓比較器的輸出保持為0，基本觸發(fā)器保持在置1狀態(tài)，電容充電至大于
時，無法自動結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)回到穩(wěn)態(tài)。
為了解決這一問題，通常的辦法是在其輸入端增加一個微分電路，以減小低電平持續(xù)的時間，如圖7.3.1（b）所示。
7.3.3 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
鑒于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用十分普遍，在TTL電路和CMOS電路的中規(guī)模集成產(chǎn)品中，都有單片集成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。按功能劃分，集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)兩種類型，所謂可重復(fù)觸發(fā)是指單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間接收新的觸發(fā)信號，重新開始暫穩(wěn)態(tài)過程；而不可重復(fù)觸發(fā)，則在暫穩(wěn)態(tài)期間不接收新的觸發(fā)信號，或者說，即使有新的觸發(fā)信號到來，其既定的暫穩(wěn)態(tài)過程會照樣進(jìn)行下去，直至結(jié)束為止。
74LS121是一種典型的不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其管腳分布和邏輯符號如圖7.3.3所示，電路功能如表7.3.1所示。
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表7.3.1 74LS121的功能表 |
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輸入 |
輸出 |
說明 |
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0 |
× |
1 |
0 |
1 |
保持穩(wěn)態(tài) |
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× |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
× |
× |
0 |
0 |
1 |
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|
1 |
1 |
× |
0 |
1 |
|
|
0 |
|
1 |
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|
下降沿觸發(fā) |
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1 |
1 |
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1 |
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|
0 |
× |
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|
|
上升沿觸發(fā) |
|
× |
0 |
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|
|
圖中
、
是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端，B是上升沿觸發(fā)有效的觸發(fā)信號輸入端。
、
是外接定時電阻和電容的連接端，
、
是兩個互補(bǔ)輸出端。
定時元件連接方式如圖7.3.4所示，圖（a）中外接電阻
取值在1.4~30
之間，
外接電容取值在10
~10
之間，得到的脈沖寬度范圍為20ns~200ms，圖（b）采用了74LS121內(nèi)置的2K電阻。
輸出的脈沖寬度由下式確定。
（7.3.5）
在定時時間
結(jié)束之后，定時電容
有一段充電恢復(fù)時間，如果在此恢復(fù)時間內(nèi)又輸入觸發(fā)脈沖，電路可以被觸發(fā)，但輸出脈沖寬度就會小于規(guī)定的定時時間。這是使用74LS121應(yīng)注意的一個問題。
74LS122是一種比較典型的可重復(fù)觸發(fā)TTL單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其管腳分布和邏輯符號如圖7.3.5所示。電路功能如表7.3.2所示。
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表7.3.2 74LS122的功能表 |
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輸入 |
輸出 |
說明 |
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0 |
× |
× |
× |
× |
0 |
1 |
復(fù)位 |
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× |
1 |
1 |
× |
× |
0 |
1 |
保持穩(wěn)態(tài) |
|
× |
× |
× |
0 |
× |
0 |
1 |
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× |
× |
× |
× |
0 |
0 |
1 |
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|
1 |
0 |
× |
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1 |
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上升沿觸發(fā) |
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1 |
0 |
× |
1 |
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1 |
× |
0 |
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1 |
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1 |
× |
0 |
1 |
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0 |
× |
1 |
1 |
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|
× |
0 |
1 |
1 |
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1 |
1 |
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1 |
1 |
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下降沿觸發(fā) |
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1 |
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1 |
1 |
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1 |
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1 |
1 |
1 |
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74LS122有四個觸發(fā)信號輸入端：、為下降沿觸發(fā)有效，
、
為上升沿觸發(fā)有效。為低電平有效的直接復(fù)位輸入端，、是兩個互補(bǔ)輸出端，外接定時電阻和電容的連接與74LS121相同，通常的取值范圍為5~50，電容的取值范圍基本沒有限制。
當(dāng)定時電容>1000PF時，可用下式估算輸出脈沖寬度
（7.3.6）
與74LS121類似，74LS122在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，需經(jīng)過恢復(fù)時間，電路才能返回穩(wěn)態(tài)。
7.3.4 應(yīng)用舉例
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是常用的單元電路，在脈沖波形的變換、整形等方面都有著廣泛的應(yīng)用，下面通過幾個簡單例子說明其應(yīng)用。
1． 延時與定時
所謂延時是指將信號延遲一段時間后輸出，由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在觸發(fā)信號（如下降沿）到來之后，能產(chǎn)生一個寬度為的矩形脈沖，如圖7.3.6所示。觀察單穩(wěn)電路輸出
與
的時間關(guān)系，可看出，的下降沿比的下降沿滯后了，也即延遲了。所以單穩(wěn)電路輸出的脈沖寬度反映其延遲特性。
在圖7.3.6（a）中，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出，作為與門的定時控制信號，當(dāng)為高電平時，與門打開，
；當(dāng)
為低電平時，與門關(guān)閉，
。顯然，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出高電平的時間，規(guī)定了與門打開的時間，如圖7.3.6（b）所示。即單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器起著定時的作用。
2．整形
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號整形成為幅度、寬度都相同的矩形脈沖，如圖7.3.7所示。由于脈沖寬度僅取決于RC定時元件的參數(shù)值，因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器還可改變輸入脈沖的占空比。
