关于“何为单稳态电路与双稳态电路？”的解说

   有一网友求助：关于单稳态电路与双稳态电路，如何解释？就是什么样的情形叫单稳态电路？什么样的情形叫双稳态电路？

  自己以前也看过、听过，但是没有距离分析过、想过。向大家这里请教一下。

   下面就这一问题谈谈我的解说：

   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。

   为加深对单稳态与双稳态电路的理解，下面例举几种分别用继电器、晶体管、集成电路等器件组成的单稳态与双稳态电路，供大家分析参考：

   一、用继电器组成单稳态与双稳态电路：

   上图即为用继电器与点动按钮组成的单稳态与双稳态电路：

   左图为单稳态电路，其电阻R1阻值与J0继电器的线圈电阻相等，继电器工作电压为12V，稳态下J0吸合，其常闭触点断开，指示灯不亮，此时电容电压=12V。当按下按钮，按钮的触点闭合，将电容及继电器线圈短路，使其电压=0，J0因失电断开，其常闭触点闭合，灯泡亮。当抬起按钮，虽然按钮的触点断开，但电容C1的电压不能突变，由R1对其充电，电容C1的电压由0上升，当电容电压>J0最小吸合电压时，J0才吸合动作，常闭触点断开使指示灯熄灭。直到稳态(C的电压=12V)，电路将总保持灯不亮的这种状态。

  右图为双稳态电路，用件比单稳态多，工作原理也比单稳态复杂，详见以下分析：

   1、电路组成：J0、J1、J2为JRX-13F型小型直流继电器，工作电压：J0为18V，J1与J2为24V。J0与电解电容C2、电阻R1组成通电与断电皆延时的定时器，通、断延时时间皆≥1秒。J2带有2个常开常闭触点，其J2_1为常开触点，J2_2与J2_3为常闭触点。

   2、电路动作原理：开机J0、J1与J2继电器皆处于断电状态，指示灯熄灭。

  （1）按下按钮K，J2得电吸合。其J2_1的闭合，由于此时J0常开触点处于断开，故使J0不能得电。而J0的常闭触点闭合，使J1得电吸合且自保。J1的另一常开触点闭合，使灯泡亮，由于J2_3触点已断开，故使J0仍然处于断电状态，只要按钮不抬起，这个状态将保持不变：即J1得电吸合，J0处于断开状态。

  （2）当K抬起时，J2失电断开，其J2_3的闭合，使J0得电，但由于C2的原电压=0且不能突变，它与J0线圈并联，故J0不能立即吸合，只有当C2的电压充电到J0的吸合电压时，J0才能吸合，由于此时按钮早已复位（即J2_2已闭合），故J0的常闭触点断开，不会影响J1的通电吸合。此时电路J1与J0皆处于通电吸合状态。

  （3）当再按按钮K时，由于J0已吸合，其常闭触点已断开，J2_2的断开使J1失电而断开，。由于J2_1的闭合及J0常开触点的闭合，使J0仍保持通电状态，此时J1的断开，使灯泡熄灭。只要按钮不抬起，电路始终保持这种状态（即J1断开，J0闭合）。

  （4）当按钮K抬起时，由于J1常开触点已断开，常开触点J2_1的断开要前于常闭触点J2_2的闭合，故J1仍处于断电状态，而J1常开触点断开，与J2_1触电的断开，使J0断电，由于C2的作用，J0不马上断开，要延时一段时间，当其电压低于释放电压时，J0才能断开，此时电路，J0与J1 皆处于断电状态。即开机的初始状态，如再按按钮将重复以上动作。

     二、用晶体管组成单稳态与双稳态电路：

 下图是由晶体管构成的单稳态与双稳态电路

 上图使用晶体管、电阻电容等件组成的电路，其左图为单稳态电路，当给电瞬间，2只晶体管的输出状态是随意的，但稳态后，G1管导通，而G2管截止。这就是该电路的稳定输出状态，此时电容C1的电压≈12V（左+、右-）。下面通过分析电路原理就可知道电路稳态后只有这一种输出状态：

当在输入端（Ui）突加一付脉冲，将使G2管的基极反偏而截至，G2的集电极电压由0变为高电压，通过R2、R1、R3分压，使G1管的基极电压正偏而由截止变导通，G1的集电极电压=0，使C的右端电压为负值，使G2因其基极反偏保持截止。同时+12V电压将通过R5电阻对C反相充电，使C右端电压上升，当电压高于G2管基极正偏电压时，G2管由截止变导通，G2管集电极电压=0，通过R2、R1、R3分压，使G1管的基极电压反偏而由导通变截止，G1管集电极电压为高电平，由于C的电压不能突变，使加在G2管基极电压更正，G2保持导通。随后通过R1与G2基极支路对C正向充电，又使C的电压≈12V（左+、右-）。在没有外信号输入触发Ui端，电路将总保持这种输出状态。

    上右图为双稳态电路，给电后，电路有二中输出状态：1、为G1导通而G2截止，2、为G2导通而G1截止，在没有给其外触发信号时，电路将保持原有状态不变。只有在其Ui信号输出端输入一负脉冲，其G1、G2管的输出状态发生反转：G1由0↑1而G2由1↓0，或G1由1↓0而G2由0↑1。下面以输出状态为G1=0、G2=1为例，分析在触发脉冲作用下，电路输出发生反转的动作过程，来理解双稳态动作原理：

  信号触发前电路状态： G1管基极正偏其G1管导通，而G2管基极反偏其G2管截止。当Ui 输入端输入一负脉冲，经R5、C1与R6、C2二个微分电路，再由二极管D2、D3，将负尖脉冲同时加在G1与G2管的基极使其反偏，由于G2管基极原来就为反偏，故对G2无作用，而G1管因基极原为正偏而导通，此时基极变为反偏，使G1管由导通变为截止，其集电极输出高电压，通过R1、R3、R7电阻分压，使G2的基极电压正偏而导通。在无触发脉冲下该电路将保持此输出状态不变。当再次给Ui 端一负脉冲时，将使G2管的基极由原正偏变反偏，使G2管由导通变截止，使G1管由截止变导通。

   三、用集成块组成的单稳态与双稳态电路供分析参考，见下图：

   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。

      四、PLC编程组成的单稳态与双稳态电路

   1、用PLC编程得到单稳态输出电路，见下图：

    上图使用S7-200的通电延时定时器（TON）组成的单稳态输出电路，还可用断电延时定时器（TOF）或用S7-300的的脉冲定时器指令（TE）组成的单稳态输出电路：

   下图是用S7-300的的脉冲定时器指令（TE）组成的单稳态输出电路：

  上梯形图的输出波形图如下：

    上图是用一个SR触发指令实现，其I0.0为启动按钮，Q0.0为控制输出端。还可用加1计数的方法，取计数器的最低位做输出，也可组成双稳态电路。见下图

    通过上述讲解，我们可以看到，由硬件组成的单稳态电路，不管是继电器还是晶体管或集成块，其组成的电路都含有电阻和电容，都是用RC充放电达到延时目的的，RC乘积（即时间常数）与单稳态输出脉宽成正比，即RC乘积越大单稳态输出脉宽越宽，。

   本文就写到这里，如有不妥之处，请给予指正。谢谢大家。