本發(fā)明涉及穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種多管多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。
背景技術(shù)：
：穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是時序邏輯電路的基礎(chǔ)元件，包括單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特性可以實現(xiàn)脈沖整形、脈沖定時等功能。利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以實現(xiàn)狀態(tài)記憶、計數(shù)和分頻等，包括rs觸發(fā)器、jk觸發(fā)器和d觸發(fā)器等。無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用以產(chǎn)生各種諧振信號。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器包括兩個背靠背的三極管，能記憶兩個狀態(tài)0和1，平均一個狀態(tài)需要一個三極管，其中一個三極管的基極連接到另外一個管的集電極，發(fā)射極共地，有兩個觸發(fā)端s和r，兩個輸出端q和其輸入輸出關(guān)系如表1所示。表1雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器真值表一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以記憶1bit信息。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作為基本的邏輯電路元件，衍生了一大批數(shù)字電路設(shè)備設(shè)施。如果其本身的性能和功能得到提升，必將導(dǎo)致數(shù)字設(shè)備的升級換代。長期以來，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有兩個穩(wěn)態(tài)被想成天經(jīng)地義，兩個穩(wěn)態(tài)不能解決更多的記憶能力，更多的記憶需求可以采用更多的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器去實現(xiàn)。目前，同樣數(shù)目的三極管，不能記憶更多的狀態(tài)。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多管多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，采用更少的三極管實現(xiàn)更多的狀態(tài)，一個三極管平均可以記憶至少兩個狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的記憶能力加倍，能有效節(jié)約制作成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種多管多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，包括直流電源vcc、n個支路電阻rn和兩兩背靠背相連的n個三極管tn，其中，i＝1，2，…，n，n為大于等于3的整數(shù)；三極管tn(n＝1，2，…，n)的型號參數(shù)相同；所述多管多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)有n個觸發(fā)端和n個輸出端；n個觸發(fā)端從n個三極管的基極引出，n個輸出端從n個三極管的集電極引出；支路電阻rn(n＝1，2，…，n)的型號參數(shù)均相同，一端均連接直流電源vcc，另一端分別連接n個三極管tn(n＝1，2，…，n)的集電極；兩兩背靠背相連的n個三極管tn(n＝1，2，…，n)中，發(fā)射極共地，每個三極管的集電極與其他三極管的基極之間分別通過n-1條支路進(jìn)行連接；所述n-1條支路中均包括一個極性電阻，該極性電阻在兩個方向上均能導(dǎo)通，正向?qū)〞r電阻大，反向?qū)〞r電阻小，正向?qū)〞r的電阻與支路電阻rn為相同的數(shù)量級，且比反向?qū)〞r的電阻至少大10倍；三極管為npn型或pnp型，若采用npn型三極管，則所述的極性電阻中，集電極到基極方向?qū)〞r的電阻值大于基極到集電極方向?qū)〞r的電阻值，若采用pnp型三極管，則反之；所述多管多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的存儲效率為即包括n個三極管時，有個穩(wěn)態(tài)。優(yōu)選地，所述極性電阻包括兩條相并聯(lián)的子電路，即集電極到基極的子電路和基極到集電極的子電路，兩條子電路均為一組相串聯(lián)的電阻和二極管，且電阻與二極管正極連接；集電極到基極的子電路中二極管的導(dǎo)通方向為集電極到基極導(dǎo)通，基極到集電極的子電路中二極管的導(dǎo)通方向為基極到集電極導(dǎo)通；若采用npn型三極管，則集電極到基極的子電路中的電阻大于基極到集電極的子電路中的電阻，若采用pnp型三極管，則反之；所有二極管采用同樣的參數(shù)指標(biāo)。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的多管多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，采用n個三極管實現(xiàn)個穩(wěn)態(tài)，即一個三極管平均記憶個狀態(tài)，至少可以記憶兩個狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的記憶能力加倍，能有效提高應(yīng)用穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)存儲功能的器件的容量性能，特別是cpu里面的寄存器，其緩存容量對計算機(jī)的處理性能具有十分重要的影響，六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的出現(xiàn)，對提高這些器件的容量性能具有重要的影響，可以廣泛應(yīng)用于新型計數(shù)器、新型分頻器和新型存儲器的設(shè)計研發(fā)。本發(fā)明的三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中需要一定數(shù)量的二極管，二極管的工藝相對于三極管的工藝簡單很多，相對于同等容量的存儲單元，能有效節(jié)約制作成本。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例提供的三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路原理圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路符號簡圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)端f1接收正脈沖的仿真電路圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)端f2接收正脈沖的仿真電路圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)端f3接收正脈沖的仿真電路圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)端f1和f2接收正脈沖的仿真電路圖；圖7為本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)端f1和f3接收正脈沖的仿真電路圖；圖8為本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)端f2和f3接收正脈沖的仿真電路圖；圖9為本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)端f1、f2和f3接收正脈沖的仿真電路圖；圖10為本發(fā)明實施例提供的觸發(fā)端f1、f2和f3都不接收正脈沖的仿真電路圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。一種多管多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，包括直流電源vcc、n個支路電阻rn和兩兩背靠背相連的n個三極管tn，其中，n＝1，2，…，n，n為大于等于3的整數(shù)；三極管tn(n＝1，2，…，n)的型號參數(shù)相同；所述多管多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)有n個觸發(fā)端和n個輸出端；n個觸發(fā)端從n個三極管的基極引出，n個輸出端從n個三極管的集電極引出。本實施例中，取n＝3，其穩(wěn)態(tài)有種，即為一種三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，包括直流電源vcc、三個支路電阻r1、r2、r3和兩兩背靠背相連的三個三極管t1、t2、t3。如圖1所示，為npn型三極管構(gòu)成的三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。該三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)有三個觸發(fā)端f1、f2、f3，用于輸入激勵，分別從三個三極管t1、t2、t3的基極引出；設(shè)有三個輸出端q1、q2、q3，分別從三個三極管t1、t2、t3的集電極引出。三個支路電阻r1、r2、r3阻值相同，一端均連接直流電源vcc，另一端分別連接三個三極管t1、t2、t3的集電極。兩兩背靠背相連的三個三極管t1、t2、t3中，型號參數(shù)相同，三個發(fā)射極共地，每個三極管的集電極與另外兩個三極管的基極之間分別通過兩條支路進(jìn)行連接，或者說是每個三極管的基極與另外兩個三極管的集電極之間分別通過兩條支路進(jìn)行連接，兩條支路的中均包括一個極性電阻，該極性電阻在兩個方向上均能導(dǎo)通，正向?qū)〞r電阻大，反向?qū)〞r電阻小，正向?qū)〞r的電阻與三個支路電阻r1、r2、r3為相同的數(shù)量級，且比反向?qū)〞r的電阻至少大10倍。所以共有六條支路，六條支路形成三個相關(guān)性很強(qiáng)的組合，即t1-t2，t1-t3，t2-t3。為確保一個集電極對另外兩個三極管的基極具有獨立觸發(fā)能力，每條支路需要串連一個二極管；同時，為保持各個電極之間的互斥和狀態(tài)鎖存，在每條支路上需要反向串接一個二極管；為將各種高電平調(diào)節(jié)得更加接近，需要通過調(diào)節(jié)各個支路的電阻阻值來實現(xiàn)。因此每條支路上極性電阻的結(jié)構(gòu)為：包括兩條相并聯(lián)的子電路，即集電極到基極的子電路和基極到集電極的子電路，兩條子電路均為一組相串聯(lián)的電阻和二極管，且該電阻與二極管正極連接；集電極到基極的子電路中二極管的導(dǎo)通方向為集電極到基極導(dǎo)通，基極到集電極的子電路中二極管的導(dǎo)通方向為基極到集電極導(dǎo)通，集電極到基極方向?qū)〞r的電阻值大于基極到集電極方向?qū)〞r的電阻值。本實施例中，集電極到基極的子電路具體包括一個電阻rij和二極管dij，基極到集電極的子電路具體包括電阻rij和二極管dij，i，j＝1，2，3。所有二極管采用用樣的參數(shù)指標(biāo)。rij與ri取值處于一個數(shù)量級，rij至少比rij大10倍，才能獲得有效的高電位。各個支路的元件連接順序保持一致，電阻和二極管的位置不能交換。上述極性電阻需要正確設(shè)置，其阻值影響各種穩(wěn)態(tài)下輸出端的高電平誤差。極性電阻的阻值平衡點根據(jù)分支電路確定。本實施例中，β為各個三極管的放大系數(shù)。極性電阻的電路結(jié)構(gòu)以t1管與其他兩個三極管的連接為例，t1管的集電極分出兩條支路，分別連接到t2、t3管的基極。如圖1所示，在連接t2管基極的支路上串接一個電阻r11和二極管d11，然后再反向并聯(lián)一個電阻r11和二極管d11。在連接t3管基極的支路上串接一個電阻r12和二極管d12，然后再反向并聯(lián)一個電阻r12和二極管d12。其余的極性電阻支路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同。所有的rij(i，j＝1，2，3)取值相同，dij(i，j＝1，2，3)取值相同，rij(i，j＝1，2，3)取值相同，dij(i，j＝1，2，3)取值相同。dij＝dij，rij＞＞rij。本實施例中，rij(i，j＝1，2，3)取值50kω，rij(i，j＝1，2，3)取值1kω，dij(i，j＝1，2，3)和dij(i，j＝1，2，3)采用1n4148型號的二極管。在具體實施中，正接和反接的兩條子電路中串入的電阻rij和rij是為了調(diào)節(jié)輸出電壓，通過調(diào)節(jié)兩電阻的比例，可以使之高低電平的差異更加明顯，低電平接近0，高電平遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0，且每種穩(wěn)態(tài)輸出的高電平電位更加接近，本實施例中的電阻值設(shè)置確保高電平都大于5，且小于12，使輸出電壓處于ttl器件允許的工作范圍之內(nèi)。采用反向鉗制，構(gòu)造出更多穩(wěn)定的互鎖狀態(tài)，形成多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。如果利用更多的三極管，依據(jù)三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的這種方法，可以形成更多的穩(wěn)態(tài)。當(dāng)n大于3時的多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路原理圖與三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路原理圖相似，每個三極管的集電極與其他三極管的基極之間分別通過n-1條支路進(jìn)行連接，每條支路中均包括一個極性電阻。包括n個三極管的多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器確個穩(wěn)態(tài)。在三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，直流電源vcc采用15v的ttl電平的直流電源，在三個觸發(fā)引腳連接一個脈沖寬度為2s、脈沖峰值為14v的相同信號源作為激勵，其中信號源與基極之間通過一個電容進(jìn)行隔離。三個輸出引腳從集電極引出，引腳與集電極之間通過電容進(jìn)行電流隔離。使用multisim對該電路進(jìn)行仿真，使用內(nèi)阻為30m歐姆的伏特表測試輸出端的電壓，各個輸入引腳和輸出端電平數(shù)據(jù)如表2所示。當(dāng)f1接收正脈沖時，t1管導(dǎo)通，t2和t3被鉗制截止；f2接收正脈沖是，t2管導(dǎo)通，t1和t3被鉗制截止；f3接收正脈沖時，t3管導(dǎo)通，t1和t2被鉗制截止；f1、f2接收正脈沖時，t1和t2管導(dǎo)通，t3被鉗制截止；f1、f3接收正脈沖時，t1和t3管導(dǎo)通，t2被鉗制截止；f2、f3接收正脈沖時，t2和t3管導(dǎo)通，t1被鉗制截止；f1、f2、f3接收正脈沖時，三個三極管狀態(tài)隨機(jī)形成一個穩(wěn)態(tài)；f1、f2、f3都不接收脈沖時，三個三極管狀態(tài)不發(fā)生改變。表2六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真過程中電平分布仿真狀態(tài)f1f2f3q1q2q3f1接收正脈沖15v0v0v0.099v6.066v6.066vf2接收正脈沖0v15v0v6.066v0.099v6.066vf3接收正脈沖0v0v15v6.066v6.066v0.099vf1、f2接收正脈沖15v15v0v0.107v0.107v11.092vf1、f3接收正脈沖15v0v15v0.107v11.092v0.107vf2、f3接收正脈沖0v15v15v11.092v0.107v0.107vf1、f2、f3接收正脈沖15v15v15v11.092v0.107v0.107vf1、f2、f3都不接收脈沖0v0v0v11.092v0.107v0.107v根據(jù)表2可以看出，該穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有六個穩(wěn)態(tài)，一個保持態(tài)，一個隨機(jī)態(tài)。低電平在0v左右，高電平約為6v和11v。如果以5v-12v作為高電平有效取值區(qū)間，據(jù)此可以歸納出各個輸入、輸出引腳的電平邏輯關(guān)系如表3的真值表所示。表3六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器真值表f1f2f3q1q2q3狀態(tài)100011穩(wěn)態(tài)s1：011010101穩(wěn)態(tài)s2：101001110穩(wěn)態(tài)s3：110110001穩(wěn)態(tài)s4：001101010穩(wěn)態(tài)s5：010011100穩(wěn)態(tài)s6：100111xxx隨機(jī)000100保持如果按照傳統(tǒng)的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路連接方式，三管兩兩互斥，只能出現(xiàn)“一通二截”三種穩(wěn)態(tài)s4、s5和s6。本實施例的三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通過添加新的分支電路，該觸發(fā)器又出現(xiàn)了“二通一截”三種穩(wěn)態(tài)s1、s2和s3。每個三極管的集電極到另外兩個三極管的基極串連一個電阻和一個二極管，形成六條支路，確保一通二截3個狀態(tài)穩(wěn)定。六條支路反向串接一個電阻和一個二極管，促使二通一截形成穩(wěn)態(tài)。所以共有六種穩(wěn)態(tài)。根據(jù)表3可知，本實施例所述的三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的六個穩(wěn)態(tài)為，當(dāng)脈沖電壓的添加序列為：輸出序列為：011、101、110、001、010、100。若采用pnp型三極管，電路連接極性要對調(diào)，基極到集電極方向?qū)〞r的電阻值要大于集電極到基極方向?qū)〞r的電阻值。本實施例提供的三管六穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，與兩個三極管構(gòu)造的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較，存儲能力提高1倍多，為多進(jìn)制數(shù)字電路建立基礎(chǔ)，直接構(gòu)成存儲器的基本單元，而該存儲單元的存儲能力為6個狀態(tài)：0，1，2，3，4，5。晶體管存儲器訪問速度快，因此廣泛應(yīng)用于cpu內(nèi)部，促成cpu內(nèi)部緩存新架構(gòu)的產(chǎn)生，可以采用該種觸發(fā)器構(gòu)造新型緩存器。最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。當(dāng)前第1頁12