双稳态开关
双稳态电路一般有一个输出端和两个输入端("+"、"-"端各一个)，当输入端的"+"端有触发信号时，输出端不管原来是什么状态，都会立即变为高电平，且一直稳定地输出高电平。如果当输入端的"-"端有触发信号时，输出端不管原来是什么状态，都会立即变为低电平，且一直稳定地输出低电平。这就是双稳态电路。
- 中文名称 双稳态开关
- 外文名称 Bistable switch
- 两端 输入端、输出端
- 作用 一直稳定地输出低电平
组成
由两个或非门组成，有两个输入端和两个输出端
定义
双稳态电路一般有一个输出端和两个输入端("+"、"-"端各一个)，当输入端的"+"端有触发信号时，输出端不管原来是什么状态，都会立即变为高电平，且一直稳定地输出高电平。如果当输入端的"-"端有触发信号时，输出端不管原来是什么状态，都会立即变为低电平，且一直稳定地输出低电平。这就是双稳态电路。
通俗的说，就是有A和B两个状态位置，你把它拨到A它就一直处于A位置，你把它拨到B它就一直处于B位置，这就是双稳。
此开关有两稳定的状态，无触发时是不变的(不动作)，当接收到触发信号时变为另一状态，再次接收到触发信号时变为原来一状态，如此反复。
工作原理
图一为双稳态电路，它是由两级反相器组成的正反馈电路，有两个稳定状态，或者是BG1导通、BG2截止;或者是BG1截止、BG2导通，由于它具有记忆功能，所以广泛地用于计数电路、分频电路和控制电路中。
原理，图2(a)中，设触发器的初始状态为BG1导通，BG2截止，当触发脉冲方波从1端输入，经CpRp微分后，在A点产生正、负方向的尖脉冲，而只有正尖脉冲能通过二极管D1作用于导通管BG1的基极。ic1减小使BG1退出饱和并进入放大状态，于是它的集电极电位降低，经电阻分压器送到截止管BG2的基极，使BG2的基极电位下降，如果下降幅度足够时，BG2将由截止进入放大状态，因而产生下列正反馈过程(看下列反馈过程时，应注意:在图一的PNP电路中，晶体管的基极和集电极电位均为负值，所以uc1↓，表示BG1集电极电位降低，而uc1↑则表示BG1集电极电位升高，当BG1基极电位降低时，则ic1↑，反之当BG1基极电位升高时，ic1↓，ic1越来越小，ic2越来越大，最后到达BG1截止、BG2导通;接差触发脉冲方波从2端输入，并在t=t2时，有正尖脉冲作用于导通管BG2的基极，又经过正反馈过程，使BG1导通，BG2截止。以后，在1、2端的触发脉冲的轮流作用下，双稳电路的状态也作用相应的翻转，如图一(b)所示。
图一、双稳态电路
由上述过程可见:(1)双稳态电路的尖顶触发脉冲极性由晶体管的管型决定:PNP管要求正极性脉冲触发，而NPN管却要求负极性脉冲触发。(2)每触发一次，电路翻转一次，因此，从翻转次数的多少，就可以计算输入脉冲的个数，这就是双稳态电路能够计算的原理。
双稳态电路的触发电路形式有:单边触发、基极触发、集电极触发和控制触发等。
图二给出几种实用的双稳态电路。电路(a)中D3、D4为限幅二极管，使输出幅度限制在-6伏左右;电路(b)中的D5、D6是削去负尖脉冲;电路(C)中的ui1、ui2为单触发，ui为输入触发表一是上述电路的技术指标。
图二、几种实用的双稳态电路
表一 | 几种双稳态触发器的技术指标 | ||||
图二 | (a) | (b) | (c) | (d) | |
管型 | 二极管 | 2AP3 | 2AP15 | 2AK1C | 2AK17 |
三极管 | 3AX31B | 3AG40 | 3AK20 | 3DK3B | |
信号电平 | "0"(无信号)(V) | 0 | 0 | 0 | +6 |
"1"(有信号)(V) | -6 | -6 | -9 | 0 | |
工作频率(KHz) | 10 | 600 | 1000 | 8000 | |
抗干扰电压(V) | ≥1 | ≥1.5 | ≥2 | 0.8-1 | |
触发灵敏度(V) | ≤4 | ≤4.8 | ≤7 | 2.5 | |
输出端的吸收能力(mA) | ≤4 | ≤6.7 | ≤2 | 10 | |
输出端的发射能力(mA) | ≤44 | ≤12 | ≤12 | 7 | |
输出脉冲的上升时间(μs) | 2 | ≤0.30 | ≤0.1 | ≤0.1 | |
输出脉冲的下降时间(μs) | 2 | ≤0.36 | ≤0.15 | ≤0.1 | |
对β值的要求 | >50 | 50-80 | 60-90 | >50 | |
元件参数的允许化 | △β<10,±5% | △β<10,±5% | △β<10,±5% | △β<10,±5% | |
电源电压的波动范围 | ±5% | ±5% | ±5% | ±5% | |
工作温度范围(℃) | 0-40 | -10-55 | -20-50 | -10-55 | |
双稳态电路的设计
图三、双稳态的设计电路
双稳态设计电路见表二
表二 | 双稳态电路的设计公式及计算实例 | |
要求 | 输出幅度Um=6V;上升时间，tr≤100nS;最高工作频率fmax=1MHz | |
选择CrRr:RrCr≤1/2fmax,通常Cr为几十pF;现选Cr=51pF ∴Rr≤1/6×1051×10=3.2k 故选Rr=2.4k
计算Rc:
Rc<Ec/ED tr/CL CL为集电极对地的电容(包括加速电容、分布电容、后级输入电容);
现设CL=180pF Rc<12/6 100×10/180×10=1.1kΩ
选择加速电容CK:
对合金管CK为几百pF对高频外延管CK为几十pF;现选Ck=51pF 计算结果标在图三中
计算Rk:
为保证可靠截止，应满足: Uces-[(EB+Uces)/(RK+RB)]RKRK]-[(EB+Ubes)/RB]}>[(Ec-Uces)/Rc]+IL 式中:Uces为饱和电压，对硅管Uces≈(0.3~0.4)V Ubeo为截止管临界电压，Ubeo≈0.2V Uco为截止管的集电极电压，应取:Uco=ED+(箝位管正向压降)IL为双稳电路灌入负截电流
计算RB:
现选Uces=0.4V,Ubeo=0.2V 0.4-[(12+0.4)/(Rk+RB)]Rk<0.2 ∴RBRK]-[(12+0.7)/RB]>[(12-0.4)/1]+10 ∴RB>12.7RK/(5.7-0.43RK (B) 若选RK=6.8k由(A)算得RB31K，故选RB=39K
选择电源电压
图3为设计电路，故应确定ED、EC、EB;∵采用箝位电路，故选ED≈Um ∴ED=6V，Ec=2ED=12v,Eb=-12
选择晶体管
若工作频率高时，应选用高速硅开关管若工作频率低可选用低频硅或锗管;现选3DK，β=50 二极管选用2CK10
双稳态电路应用
工业用的双稳态开关的参数就比较多。