原创 D触发器构成单稳态电路和双稳态电路讲解

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的一种状态，故可称之为单稳态电路。

双稳态电路就是有二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，灯泡亮，如处于抬起位，灯泡灭），当用手按一下按钮，按钮将改变它的现有状态：由抬起位变压下或由压下位变抬起，使灯泡由灭变亮，或由亮变为熄灭。即该电路有二个稳态输出：亮或熄灭。故称之为双稳态电路。

 下面画出2个用集成块组成的单稳态与双稳态电路供分析参考：

电路原理分析：上图一为单稳态电路，上图二为双稳态电路，这二个电路均是由双D触发器4013组成。在分析这2个电路原理之前，先介绍一下D触发器工作原理：D触发器，它有6个引线端点，其Q为正向输出端，Q\为反向输出端，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端输出输出为0，如D=1，给clk端输入一正突跳脉冲，将使Q端输出输出为1。

了解D触发器动作原理，就不难分析上面二图的动作原理：

1、图一为单稳态电路，其电路是由D触发器、电阻R与电容C组成，电阻R二端分别接D触发器的Q\端与S端，电容C的二端分别接S端与电源地（GND），4013的R端与D端接电源地（GND）。当接通电源瞬间，其输出可能会有2种输出状态：一种为：Q=1、Q\=0，另一种为：Q=0、Q\=1，但延时一段时间后该电路达到稳定状态后，其输出只有一种输出状态，即：Q=1，Q\=0。请见以下分析：

（1）、如通电瞬间，其输出状态为Q=1、Q\=0，由于C的原电压=0，而Q\=0，使R、C支路电压=0，C将保持0V不变，即S端电压=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，其输出Q=0、Q\=1，Q\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、Q\=0，Q\=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。这个放电过程，使S端电压由1↓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，电路将总保持这种输出状态（Q=1、Q\=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由。

触发使能其输出状态分析：该电路在没有外出发信号出发时，其输出状态总保持为：Q=1、Q\=0。而数据端D始终=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↓0，而Q\端由0↑1。此时的输出为暂态（即暂时保持的输出状态）：因为Q\=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，Q\=0。而Q\=0。又使C通过电阻R进行放电，即C的电压由高电压下降，直至到0。这时的S与R端皆为0，clj端如再无外触发脉冲时，电路将总保持这种输出状态不变。即：Q=1、Q\=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，输出脉冲宽，RC值小，输出脉冲窄。

2、图二为双稳态电路：其电路组成：就一个D触发器，无其它元件，其电路组成特点是：输出端Q\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）为：Q=0、Q\=1;（2）为：Q=1、Q\=0。

在没有外触发脉冲时，其输出状态保持不变，即有二个稳态输出状态。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、Q\=1，触发后其输出Q=1、Q\=0，如触发前Q=1、Q\=0，触发后其输出Q=0、Q\=1。

动作原理分析：1、如触发前的输出状态为：Q=0，其Q\=1，由于D与Q\端相接，故此时的D=1，当有正突跳脉冲触发clk端，将使输出Q与D端状态相同，即使Q=1，则Q\=0。2、如触发前的输出状态为：Q=1，其Q\=0，由于D与Q\端相接，故此时的D=0，当有正突跳脉冲触发clk端，将使输出Q与D端状态相同，即使Q=0，则Q\=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。