一、单稳态电路与双稳态电路的区别
单稳态电路就是只有一种稳定输出状态的电路,如不自锁的按钮开关控制灯泡就是一个最典型、最简单的单稳态电路:不按按钮时,按钮处于抬起位,其常开触点断开,灯泡熄灭;只有用手按下按钮时,按钮的常开触点闭合,灯泡亮;当手离开按钮,按钮立刻抬起、其常开触点恢复断开,灯泡灭。该电路在不触动按钮时总保持熄灭这一种状态,故可称之为单稳态电路。
双稳态电路就是有两种稳定输出状态的电路,如自锁式按钮开关控制灯泡就是一个最典型、最简单的双稳态电路:当不按按钮时,自锁按钮将始终保持它现有状态不变(如处于按下位则灯泡亮,如处于抬起位则灯泡灭);当用手按一下按钮,按钮将改变它的现有状态——由抬起位变按下或由按下位变抬起,使灯泡由灭变亮或由亮变灭。即该电路有两个稳态输出:亮或灭,故称之为双稳态电路。
二、单稳态与双稳态电路分析
下面给出两个用集成块组成的单稳态与双稳态电路供分析参考,电路组成如图 1 所示:其中图一为单稳态电路、图二为双稳态电路,这两个电路均是由双 D 触发器 4013 组成。

图 1 由 4013 组成的单稳态与双稳态电路
在分析这两个电路原理之前,先介绍 D 触发器的工作原理:D 触发器有 6 个引线端点,其中 Q 为正向输出端、反相输出端为 Q̅,D 为数据输入端,R 为复位端,S 为置位端,其 R、S 皆为高电位触发有效(即当 R 或 S = 1 时会使 Q = 1 或使 Q = 0);clk 为控制端,当 clk = 1 时其上跳沿触发有效,将使输出端 Q 电位发生变化——如 D = 0,给 clk 端输入一正突跳脉冲将使 Q 端输出为 0;如 D = 1,给 clk 端输入一正突跳脉冲将使 Q 端输出为 1。了解 D 触发器动作原理,就不难分析上面两个图的动作原理。
1. 单稳态电路
图一为单稳态电路,其电路由 D 触发器、电阻 R 与电容 C 组成:电阻 R 两端分别接 D 触发器的 Q̅ 端与 S 端,电容 C 的两端分别接 S 端与电源地(GND),4013 的 R 端与 D 端接电源地。当接通电源瞬间,其输出可能会有 2 种状态:一种为 Q = 1、Q̅ = 0,另一种为 Q = 0、Q̅ = 1,但延时一段时间后该电路达到稳定状态,其输出只有一种状态,即 Q = 1、Q̅ = 0。分析如下:
(1)如通电瞬间输出状态为 Q = 1、Q̅ = 0,由于 C 的原电压为 0、而 Q̅ = 0,使 R、C 支路电压为 0,C 将保持 0 V 不变,即 S 端电压为 0;R 端接地,在无外信号触发 clk 端时,电路将总保持这种输出状态。
(2)如通电瞬间输出 Q = 0、Q̅ = 1,Q̅ 输出的高电压将通过电阻 R 向 C 充电,使 C 的电压由 0 上升;当 C 的电压上升到使 S 端置位使能的电位时,将使输出端 Q 置 1,即 Q = 1、Q̅ = 0;Q̅ = 0 将使 R、C 支路短路,则使 C 的电压通过电阻 R 进行放电,使 C 的电压由高电压下降直至到 0,这个过程使 S 端电压由 1 降到 0。这时其 S 与 R 端皆为 0,不起置位或复位作用,在无外触发信号时电路将总保持这种输出状态(Q = 1、Q̅ = 0)不变——这就是单稳态电路在通电后其稳态输出只有一种状态的原因。
触发时输出状态分析:该电路在没有外触发信号触发时,其输出状态总保持为 Q = 1、Q̅ = 0,而数据端 D 始终为 0,即输出 Q 与数据 D 的电压总是相反的。故当 clk 端输入一正脉冲信号时,其脉冲的上升沿使能,总会使输出端 Q 由 1 降到 0、而 Q̅ 端由 0 升到 1。此时的输出为暂态(暂时保持的输出状态):因为 Q̅ = 1(高电压)将通过电阻 R 向 C 充电,使 C 的电压由 0 上升;当 C 的电压上升到使 S 端置位使能的电位时,S 端置位使能,使输出 Q = 1、Q̅ = 0;而 Q̅ = 0 又使 C 通过电阻 R 放电,即 C 的电压由高电压下降直至到 0,这时 S 与 R 端皆为 0;clk 端如再无外触发脉冲,电路将总保持这种输出状态不变,即 Q = 1、Q̅ = 0。
单稳态输出的暂态脉冲宽度取决于电阻 R 与电容 C 的乘积:RC 值大则输出脉冲宽,RC 值小则输出脉冲窄。
2. 双稳态电路
图二为双稳态电路,其电路组成只有一个 D 触发器、无其他元件,电路组成特点是输出端 Q̅ 与数据端 D 线连接,其复位端 R 与置位端 S 皆接地。当接通电源时其输出状态有 2 种:(1)Q = 0、Q̅ = 1;(2)Q = 1、Q̅ = 0。
在没有外触发脉冲时其输出状态保持不变,即有两个稳态输出状态。当 clk 端输入一正脉冲时,其脉冲前沿(上升沿)触发有效,使输出状态发生反转:即如触发前 Q = 0、Q̅ = 1,则触发后 Q = 1、Q̅ = 0;如触发前 Q = 1、Q̅ = 0,则触发后 Q = 0、Q̅ = 1。
动作原理分析:① 如触发前的输出状态为 Q = 0、Q̅ = 1,由于 D 与 Q̅ 端相接,故此时 D = 1,当有正突跳脉冲触发 clk 端时,将使输出 Q 与 D 端状态相同,即 Q = 1、Q̅ = 0;② 如触发前的输出状态为 Q = 1、Q̅ = 0,由于 D 与 Q̅ 端相接,故此时 D = 0,当有正突跳脉冲触发 clk 端时,将使输出 Q 与 D 端状态相同,即 Q = 0、Q̅ = 1。可见每触发一次 clk 端都会使该电路的输出状态发生反转,故称为双稳态电路。