双稳态触发器

电路组成与作用

差动脉宽调制电路由双稳态触发器、两个电压比较器A1、A2、二极管VD1、VD2、电阻R1、R2和差动电容C1、C2组成。触发器输出Q和Q̄为反相方波，分别经R1、R2和VD1、VD2控制C1、C2的充放电。电容中间节点电压作为反馈信号，分别接入比较器A1、A2的输入端，与参考电压Ur比较，比较器输出激励触发器翻转，形成闭环。

双稳态触发器逻辑功能

触发器由两个与非门交叉耦合构成，输入端为低有效置位S̄和复位R̄，输出为Q和Q̄。其逻辑功能为：

• R̄=0、S̄=1时，Q=0（复位）；
• R̄=1、S̄=0时，Q=1（置位）；
• R̄=1、S̄=1时，Q保持不变（保持）；
• R̄=0、S̄=0时，Q状态不定（不允许）。

工作过程

设初始Q=1、Q̄=0，则A点高电位，C1经R1充电，节点F电压uF上升；同时B点低电位，C2经VD2迅速放电，节点G电压uG为低。当uF>Ur时，比较器A1输出翻转，经反相级使触发器R̄端变为低电平，激励触发器复位，使Q=0、Q̄=1。此时A点变为低电位，C1经VD1迅速放电至0；B点变为高电位，C2经R2充电，节点G电压uG上升。当uG>Ur时，比较器A2输出翻转，经反相级使触发器S̄端变为低电平，激励触发器置位，使Q=1、Q̄=0，回到初始状态。如此周而复始，Q和Q̄输出方波。

充电时间与占空比

电容充电电压按指数规律上升，忽略触发器输出电阻和二极管反向电阻时，充电时间常数为τ=RC。充电至Ur所需时间T为：

其中uA为触发器输出高电平，ur为参考电压。对C1、C2分别充电至ur的时间为：

当uA=uB时，两式中的对数项相同。若R1=R2，则T1与T2之比等于C1与C2之比。当C1=C2时，T1=T2，输出方波占空比为50%，直流分量为0；当C1≠C2时，T1≠T2，输出方波占空比偏离50%，其直流分量与电容差值有关。

符号与单位

• C1、C2：差动电容，单位F；
• R1、R2：充电电阻，单位Ω；
• τ：时间常数，单位s；
• uA、uB：触发器输出高电平，单位V；
• ur：参考电压，单位V；
• T1、T2：充电时间，单位s；
• Q、Q̄：触发器输出，逻辑电平。

适用范围

上述关系基于忽略触发器输出电阻、二极管反向电阻无穷大、比较器为理想比较器的条件。实际电路中，二极管正向压降、比较器失调和触发器输出电阻会影响充电时间，需根据具体电路修正。