+VDD R ui1 ≥1
≥1 C ui2 G1 uo1
uo2 G2
图9－9 CMOS或非门
微分型单稳态触发器
(2)工作原理
假定CMOS或非门的电压传输特性曲线为理想化折线,即开门电平VON和关门电平VOFF
1相等,这个理想化的开门电平或关门电平称为阀值电压UTH（一般UTH＝2VDD）,当输入ui
≥UTH时,输出uo＝0；当ui＜UTH时, uo＝VDD＝1。
① 稳态
接通电源,无触发信号（ui1＝0）,电路处于稳态,电源VDD 通过电阻R对C充电达到稳态值, 故ui2＝VDD＝1,门G２导通,输出uo2＝0,门G1截止,输出uo1＝VDD＝1,电容C上的电压为0。
② 外加触发信号到来,电路由稳态翻转到暂稳态
当外加触发信号ui1正跳变,使uo1由1跳到0时,由于RC电路中电容C上电压不能突变,因此,ui2也由 1跳变到0,使门G2输出由0变1,并返送到门G1的输入。这时输入信号ui1高电平撤消后,uo1仍维持为低电平,这一过程可描述为:
ui1 uo1 ui2 uo2
然而,这种状态是不能长久保持的,故称为暂稳态。
③ 由暂稳态自动返回稳态
在暂稳态期间,电源VDD通过电阻R和门G1的导通工作管对电容C充电。随着充电的进
行,ui2逐渐上升,当ui2＝UTH时,电路发生下述正反馈（设此时触发脉冲已消失）:
C充电
ui2 uo2 uo1
这一正反馈过程使电路迅速返回到门G1截止、门G2导通的稳定状态。最后u01＝VDD,u02＝0,电路退出暂稳态,回到稳态。值得注意的是,u01由0跳变到VDD ,由于电容电压不能突变,按理ui2也应由UTH上跳到UTH＋VDD,但CMOS门电路的内部输入端有二极管限幅保护电路,因此ui2只能跃升到VDD＋0.6V。
暂稳态结束后,电容C通过电阻R经门G1的输出端和门G2的输入端保护二极管放电,使ui2 恢复到稳态时的初始值VDD。
根据以上分析,画出电路各点的工作波形如图9－10所示。 ui1 VDD
t
t VDD+0.6V 0 uo1 VDD 0
tre ui2 VDD UTH 0 uo2 tW 0 t1 t2
t
图9－10 CMOS微分型单稳态电路工作波形
(3)主要参数计算 ① 输出脉冲宽度tW
从电路的工作过程可知,输出脉宽tW是电容器C的充电时间。设电容C充电起点（即t1时刻）为0时刻,则有
1 ui2(0+)＝0,ui2(∞)＝VDD,τ＝RC, ui2(tW)＝UTH＝2VDD
根据RC电路暂态过程全响应公式
ui2(tW)＝ui2(∞)＋[ui2(0+)－ui2(∞)]e
－
t?
VDD?0ui2(?)?ui2(0?)1V?Vu(?)?u(t)DD2DD≈0.7RC i2W＝RCln可得 tW＝τlni2② 恢复时间tre,从暂态结束到电路恢复到稳态初始值所需时间,即电容C放电时间
tre≈3τd 式中: τd为电容C放电过程的时间常数。
③最高工作频率fmax,为保证单稳态电路能正常工作,在第一个触发脉冲作用后,必须等待电路恢复到稳态初始值才能输入第二个触发脉冲。因此,触发脉冲工作最小周期Tmin＞tW＋tre,则电路的最高工作频率为
1fmax＝Tmin＜
1tw?tre
【例9－2】 在图9－9所示电路中,已知:R＝20kΩ,C＝0.01μF。试求输出脉冲宽度tW。
解:根据式（6.36）
tW＝0.7RC＝0.7×20×10×0.01×10＝140(μS)
9.2.2 CMOS门电路构成的积分型单稳态触发器
(1) 电路组成
积分型单稳态触发器如图9－11所示,是由两个CMOS或非门组成。门G1和门G2采用RC积分电路耦合, ui1加至门G1和门G2输入端。
+VDD 3
－6
C ui1 ≥1 R G1 uo1 ui2 ≥1 G2 uo2
图9－11 CMOS或非门积分型单稳态触发器
(2) 工作原理 ① 稳态
当电路的输入ui1为高电平时,电路处于稳态,门G1、G2均导通,uo1、ui2、uO2均为低电平。
② 暂稳态
当输入信号ui1下跳为低电平时,门G1截止,uO1则跳变为高电平,但由于电容C上电压不能突变,ui2仍为低电平,故门G2亦截止,u02正跳变到高电平,电路进入暂稳态。
③ 暂稳态自动恢复到稳态
在门G1、门G2截止时,由于电阻R两端电位不等,电容C通过R0（门G1的输出电阻）和R放电,ui2逐渐上升,当升高到该门的阀值电压UTH时（假定ui1仍为电平）,门G2导通,u02变为低电平。
当ui1回到高电平后,门G1导通,uO1为低电平,此时电容充电,电路恢复到原来的稳定状态。
电路各点的工作波形如图9－12所示 (3) 参数计算 ① 脉冲宽度tW
tW的估算公式和微分型电路相同
VDDVDD?UTHtW＝RCln≈0.7RC
这种电路要求输入信号ui1的脉冲宽度（低电平时间）应大于输出脉宽tW。 ② 恢复时间tre
tre≈3RC
微分型单稳态触发器要求窄脉冲触发,具有展宽脉冲宽度的作用,而积分型单稳态触发