双稳态触发器的工作原理详解

双稳态触发器是脉冲和数字电路中常用的基本触发器之一。双稳态触发器的特点是具有两个稳定的状态，并且在外加触发信号的作用下，可以由一种稳定状态转换为另一种稳定状态。在没有外加触发信号时，现有状态将一直保持下去，双稳态触发器可以由晶体管、数字电路或时基电路等构成。

一、晶体管双稳态触发器

下图所示为晶体管双稳态触发器电路

它是由VT1，VT2两个晶体管交叉耦合组成。R5，R3是VT1的基极偏置电阻，R2，R6是VT2的基极偏置电阻，R1，R4分别是两管的集电极电阻。输出信号可以从两个晶体管的集电极取出，两管输出信号相反。双稳态触发器实质上是由两级共射极开关电路组成，并形成正反馈回路，电路如下图所示，VT2的集电极输出端又通过R5反馈到VT1的基极输入端。

1、双稳态触发器的工作过程

双稳态触发器的两个稳定状态是：要么VT1导通，VT2截止；要么VT2导通，VT1截止。1）VT1导通，VT2截止时的情况

因为VT1导通，Uc1=0V，VT2因无基极偏流而截至，此时Uc2=+VCC，通过R5向VT1提供基极偏流，使VT1保持导通，如下图所示，电路处于稳定状态。

1）VT2导通，VT1截止时的情况

因为VT2导通，Uc2=0V，VT1因无基极偏流而截至，此时Uc1=+VCC，通过R2向VT2提供基极偏流，使VT2保持导通，如下图所示，电路处于另一种稳定状态。

2、双稳态触发器的触发方式

双稳态触发器的触发方式有单端触发和计数触发两种。

1）单端触发

单端触发就是把两路触发脉冲分别加到两个晶体管的基极，如下图所示，该单端触发电路采用的是将负脉冲加至导通管基极使其截止的方法，C1与R7，C2与R8分别组成两路触发脉冲的微分电路，二极管VD1，VD2隔离正脉冲，只允许负脉冲加到晶体管基极。

触发过程如下：

设电路处于VT1导通，VT2截止状态。当在左侧触发端加入一脉冲时，经C1，R7微分，其上升沿和下降沿分别产生正、负脉冲。正脉冲被VD1隔离，负脉冲则经过VD1加至导通管VT1基极使其截止。VT1的截止又迫使VT2导通，双稳态触发器转换为另一稳定状态。同理，当在右侧触发端加入一脉冲时，使导通管VT2截止，VT1导通，双稳态触发器再次翻转。下图所示为单端触发工作波形。

2）计数触发

计数触发电路如下图所示，与单端触发电路不同的是，计数触发电路只有一个触发输入端，并且微分电阻R7，R8不接地而是改接至本侧晶体管集电极。

当触发端加上触发脉冲时，经微分后产生的负脉冲使导通管截止，而对截止管不起作用。因此，每一个触发脉冲都使双稳态触发器翻转一次，电路波形如下图所示，电阻R7，R8起引导作用，使每次负脉冲只加到导通管基极，保证电路可靠翻转。

相关资料：一文解析双稳态开关工作原理

二、门电路构成的双稳态触发器

用数字电路中的门电路可以方便的构成双稳态触发器，而且无需外围元件，无需调试，电路简洁可靠。

1、或非门构成的RS型双稳态触发器

将两个或非门电路交叉耦合，可以构成RS型双稳态触发器。如下图所示。它具有两个触发输入端：R为置0输入端。S为置1输入端，1电平触发有效；具有两个输出端：Q为原码输出端。

当R=1，S=0时，触发器被置0，Q=0，当S=1，R=0时，触发器被置1，Q=1，当S=0，R=0时，触发器输出状态保持不变；当S=1，R=1时，下一状态不确定，应避免使触发器出现这种状态。下图为其真值表。

2、与非门构成的RS型双稳态触发器

将两个与非门电路交叉耦合，也可以构成RS型双稳态触发器，如下图所示。它具有两个触发输入端：/R为置0输入端，/S为置1输入端，0电平触发有效；具有两个输出端：Q为原码输出端，/Q为反码输出端。

当/R=0，/S=1时，触发器被置0，Q=0，/Q=1；当/R=1，/S=0时，触发器被置1，Q=1，/Q=0，当/R=1，/S=1时，触发器输出状态保持不变；当/R=0，/S=0时，下一状态不确定，应避免使触发器出现这种状态。下图为其真值表。

三、D触发器构成的双稳态触发器

将D触发器的反码输出端/Q与其自身的数据输入端D相连接，即构成了计数触发式双稳态触发器，如下图所示。触发脉冲由CP端输入，上升沿触发。输出信号通常由原码输出端Q引出，也可从反码输出端/Q输出。

下图所示为该双稳态触发器电路的工作波形。每一个触发脉冲的上升沿都使双稳态触发器翻转一次，因此输出脉冲的个数是输入触发脉冲的二分之一。该双稳态触发器常被用作二进制计数单元电路。

四、时基电路构成的双稳态触发器

用555时基电路构成的双稳态触发器如下图所示，/S为置1输入端，0电平触发有效，R为置0输入端，1触发电平有效。输出信号由555时基电路的3脚输出，C1，R1构成/S端触发信号微分电路，C2，R2构成R端触发信号微分电路。

该电路工作过程为：在Uo=0时，当在/S端加上一个0电平触发脉冲时，经C1，R1微分后产生一个负脉冲至555时基电路的2脚，使触发器翻转，Uo=1.这之后，当在R端加上一个1电平触发脉冲时，经C2，R2微分后产生一个正脉冲至555时基电路的6脚，使触发器再次翻转，又使Uo=0，电路各点波形如下图所示。