双稳态电路（详解混合集成电路）

所谓的混合集成电路是由模拟集成电路和数字集成电路构成的。常见的混合集成电路有时基集成电路、开关电源控制集成电路等。

时基集成电路

时基集成电路也叫时基芯片，是一种可以产生时间基准和能完成各种定时控制功能的模拟集成电路。目前常用的时基芯片是555 单时基芯片和556 双时基芯片。下面以555 单时基芯片为例进行介绍。

(1)构成

555 单时基芯片(型号主要有EN555、HA17555、CA555、LM555)有DIP-8 双列直插8脚和SOP-8(SMP)两种封装形式。它的内部由电阻分压器、比较器、RS 触发器、放电开关、输出电路5 个部分构成，如图4-145所示。它的引脚功能如表4-4所示。555 单时基芯片是由于它内部的3 个5kΩ分压电阻而得名的。

图4-145 555单时基芯片实物和内部构成方框图

表4-4 555单时基芯片的引脚功能

(2)工作原理

首先，电源电压VCC 通过R1、R2、R3 取样后，产生(1/3)VCC 和(2/3)VCC 两个取样电压。其中，(1/3)VCC 作为基准电压加到比较器A2 的反相输入端，(2/3)VCC 作为基准电压加到比较器A1 的同相输入端。

当555 单时基芯片的②脚电位低于(1/3)VCC 时，比较器A2 输出低电平控制电压，该电压加到RS 触发器的S 端，使RS 触发器翻转为1 态。它的Q 端输出高电平信号，

端输出低电平信号。Q 端输出的高电平电压通过输出电路放大后从③脚输出，而

端输出的低电平使放电管VT 截止。

当555 单时基芯片的⑥脚输入的电压超过(2/3)VCC 后，比较器A1 输出低电平电压，该电压加到RS 触发器的R 端使它翻转为0 态，它Q 端输出的低电平电压通过输出电路放大后使输出变为低电平，同时从

端输出高电平电压使VT 导通。

另外，触发器能否工作受④脚电位的控制。若④脚为低电平，触发器不工作;只有④脚为高电平后，触发器才能工作。

(3)典型应用电路

555 单时基芯片和少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器、无稳态触发器(多谐振荡器)、双稳态触发器和施密特触发器。下面介绍555 单时基芯片构成的单稳态触发器、无稳态触发器、施密特触发器的基本原理。

① 单稳态触发器。图4-146所示是555 单时基芯片构成的一种典型单稳态触发器。该电路的核心是555 单时基芯片、电阻R 和电容C，Ui 是输入信号，Uo 是输出信号，VCC 是供电电压。

图4-146 555单时基芯片构成的单稳态触发器

当输入信号Ui 为低电平，使555 的②脚电位低于(1/3)VCC 时，555 的③脚输出高电平电压，而且它内部的放电管截止，此时，VCC 通过R 对C 充电。当C 两端的充电电压超过(2/3)VCC 后，555 内的RS 触发器翻转，③脚输出低电平电压，同时它内部的放电管导通，通过⑦脚使C 快速放电。C 充电到(2/3)VCC 的时间就是波形的高电平宽度，即tW = 1.1RC。

由于555 只有②脚输入低电平信号后，③脚才能输出一个高电平脉冲，所以该电路属于单稳态触发器。

② 无稳态触发器。图4-147所示是555 单时基芯片构成的一种典型无稳态触发器。该电路的核心是555 单时基芯片、电阻R1/R2 和电容C。UC 是输入信号，Uo 是输出信号，VCC 是供电电压。

图4-147 555单时基芯片构成的无稳态触发器

通电瞬间，电源电压VCC 通过R1、R2 对C 充电，充电电压使UC 不足(1/3)VCC 时，555的③脚不仅输出高电平电压，而且它内部的放电管截止。随着C 充电的不断进行，当C 两端的充电电压超过(2/3)VCC 后，555 内的RS 触发器翻转，使③脚输出低电平，同时它内部的放电管导通，通过R2 使C 快速放电。当C 两端电压低于(1/3)VCC 后，555 的③脚再次输出高电平，重复以上过程，从而形成了多谐振荡脉冲。

③ 施密特触发器。图4-148所示是555 单时基芯片构成的一种典型灯光自动控制电路。该电路的核心是由555 单时基芯片、光敏电阻RG 等元器件构成的施密特触发器。

图4-148 灯光自动控制电路

无光照时，光敏电阻RG 的阻值较大，电源VCC 通过R 分压后提供电压为(1/2)VCC，而555 的⑤脚电位在C 的作用下低于(1/2)VCC，所以555 的③脚电位为低电平，不能为继电器K 的线圈供电，K 的触点吸合，接通EL 的供电回路，EL 发光。有光照时，RG 的阻值迅速变小，使555 的②、⑥脚电位低于(1/3)VCC 后，555 的③脚输出高电平电压，该电压使K 的线圈产生磁场，致使K 内的触点释放，EL 熄灭，实现灯光的自动控制。

开关电源控制集成电路

他励式开关电源控制集成电路是采用了模拟电路和数字电路构成的，下面以典型的UC/KA3842 为例进行介绍。

(1)特点

UC/KA3842 属于单端输出脉宽控制芯片，它是一种高性能的固定频率电流型控制电路，采用它构成的开关电源广泛应用在彩色电视机、彩色显示器、VCD、DVD、充电器、卫星接收机等电子设备中。它主要的优点是外接元器件少、结构简单、成本低。它的内部电路包括如下性能：一是可调整的充放电振荡器，可精确控制占空比;二是采用电流型控制，并可在500kHz 高频状态下工作;三是误差放大器具有自动补偿功能;四是带锁定的PWM 控制电路，可进行逐个脉冲的电流控制;五是具有内部可调整基准电压，具有欠电压保护锁定功能;六是采用图腾柱输出电路，提供大电流输出，输出电流可达到±1A;七是可直接驱动场效应管或双极三极管。

(2)实物与构成

UC/KA3842、UC/KA3843 有双列直插Minidip(DIP)式和双列贴片SO8 式两种封装结构，如图4-149所示，它的引脚功能见表4-5。

图4-149 UC/KA3842的实物和内部构成方框图

表4-5 UC/KA3842的引脚功能

提示

UC3842～UC3845/UC2842～UC2845 属于一个系列产品，仅供电端⑦脚的启动电压、关闭电压和激励脉冲输出端⑥脚输出的激励信号的最大占空比不同，见表4-6。

表4-6 UC3842～UC3845/UC2842～UC2845主要参数

(3)基本原理

当UC3842 的⑦脚电压达到16V 后，UC3842 内的启动电路开始启动，通过5V 基准电压形成电路产生5V 电压，该电压不仅由⑧脚输出，而且为它内部的振荡器、PWM 调制器等电路供电。振荡器获得供电后开始工作，利用④脚外接的RC 元件产生振荡脉冲，该脉冲通过逻辑电路处理后产生矩形脉冲，再通过推挽放大器放大后从⑥脚输出。

当它的②脚输入电压升高或①脚电位下降时，都会导致它⑥脚输出的脉冲的占空比减小;而③脚输入的电压升高时，也会导致⑥脚输出的激励脉冲的占空比减小。

(4)典型应用电路

图4-150所示是爱国者400A 彩色显示器的主电源电路。该电路是以芯片I801(UC3842)为核心构成的。②脚外接的VR801、R817、R818 是误差取样电路;⑦脚外接的D808、C821组成的整流、滤波电路不仅为I801 提供启动后的工作电压，而且为误差取样电路提供取样电压;④脚外接的C812、R823、R820 是振荡器的外接定时元件，R822 是行频触发脉冲输入限流电阻;③脚外接的C817、R828 构成开关管电流检测信号输入电路。

图4-150 UC/KA3842的典型应用电路