先來(lái)設(shè)計(jì)延時(shí)開(kāi)關(guān)。

延時(shí)開(kāi)關(guān)是利用電容器充電時(shí)，電容器兩端的電壓逐漸上升的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

看一下RC電路：

接通電源后，電容器開(kāi)始充電，開(kāi)始時(shí)，充電電流最大，電容器可以看作是一個(gè)較小的電阻，根據(jù)歐姆定律分壓定理，C兩端的電壓較小，

當(dāng)C充電完成后，C相當(dāng)于一個(gè)斷路，電阻無(wú)窮大，根據(jù)分壓定理，C兩端的電壓等于電源電壓。

R越大、C越大，充電時(shí)間越長(zhǎng)，R越小、C越小，充電時(shí)間越短。

在RC電路里接入一個(gè)繼電器，就可以組成延時(shí)開(kāi)關(guān)。

設(shè)R=10歐，J1的控制端電阻為R1，R1=10歐，電源電壓為2伏，J1控制端的工作電壓是1伏，即當(dāng)控制端電壓為1伏時(shí)，J1導(dǎo)通。

開(kāi)關(guān)K閉合后，RC電路接通電源，C開(kāi)始充電，C充電過(guò)程中，C可以看作是一個(gè)電阻和J1控制端并聯(lián)，設(shè)并聯(lián)電阻為R2，可知R2<R1=R，

即J1控制端兩端的電壓小于1伏，J1處于斷開(kāi)狀態(tài)。

當(dāng)C充電充滿(mǎn)時(shí)，C為斷路，電阻無(wú)窮大，此時(shí)，電路就變成了R、R1的串聯(lián)電路，R1兩端的電壓為1伏，達(dá)到J1控制端工作電壓，J1導(dǎo)通。

J1導(dǎo)通就是延時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。從K閉合到J1導(dǎo)通，中間會(huì)經(jīng)歷C的充電時(shí)間，這就是延遲時(shí)間。

當(dāng)R和R1的阻值確定時(shí)，C越大，充電時(shí)間越長(zhǎng)，C越小，充電時(shí)間越短。

也可以把R、R1和C一起納入?yún)?shù)計(jì)算，計(jì)算出符合要求的充電時(shí)間的R、R1、C。就是說(shuō)，不單可以調(diào)節(jié)C的大小來(lái)獲得要求的充電時(shí)間，也可以調(diào)整R、R1的阻值來(lái)調(diào)節(jié)充電時(shí)間。

實(shí)際上，這里R1和C并聯(lián)，對(duì)充電時(shí)間的影響可能有點(diǎn)復(fù)雜。

但實(shí)際上，也不需要精確計(jì)算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和一些調(diào)試，可以獲得適當(dāng)?shù)腞、R1、C，滿(mǎn)足要求的充電時(shí)間。

用三極管電路表示延時(shí)開(kāi)關(guān)：

在電路中，延時(shí)開(kāi)關(guān)的示意圖：

輸入端接通電源正極后，延遲一段時(shí)間后，輸出端輸出1，也就是高電位，也可以說(shuō)是正極電壓。

注意，輸入端接通電源正極后要一直接通電源正極，延時(shí)開(kāi)關(guān)才能正常工作。

再來(lái)看脈沖延時(shí)開(kāi)關(guān)，《設(shè)計(jì)邏輯電路的開(kāi)關(guān)元件》里介紹了雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)，

雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)的示意圖：

因?yàn)橐话阒挥玫玫揭粋€(gè)輸出端，所以只畫(huà)出out1。

延時(shí)脈沖開(kāi)關(guān)的電路圖：

輸入端輸入一個(gè)1脈沖時(shí)，雙1的out1變?yōu)?，觸發(fā)延1，延1開(kāi)始充電，到延遲時(shí)間后，延1輸出1，輸出端輸出1，雙2的out1變?yōu)?，觸發(fā)延2，延2開(kāi)始充電，到延遲時(shí)間后，延2輸出1，雙1、雙2的out1都變?yōu)?，本次工作過(guò)程結(jié)束。

在本次工作過(guò)程中，輸入端輸入1脈沖后，經(jīng)過(guò)延1的延遲時(shí)間，輸出端輸出1，從此時(shí)又經(jīng)過(guò)延2的延遲時(shí)間，輸出端輸出0，雙1、雙2的out1變?yōu)?，延1、延2放電，放電到一定程度后斷開(kāi)，斷開(kāi)后仍然放沒(méi)放完的電，放電完成后整個(gè)電路恢復(fù)為初始狀態(tài)。

在本次工作過(guò)程中，輸出端輸出了一個(gè)1脈沖，脈沖寬度是延2的充電時(shí)間，也就是延2的延遲時(shí)間。

其實(shí)這個(gè)設(shè)計(jì)是存在問(wèn)題的，延2輸出1是雙2out1=1支持的，若雙2out1=0，則延2輸出0，而延2輸出1使雙2out1變?yōu)?，雙2out1變?yōu)?則延2輸出0，這就形成了一個(gè)循環(huán)依賴(lài)，這可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的問(wèn)題。

總的來(lái)說(shuō)，這是一種直接反饋，這種直接反饋可能導(dǎo)致不穩(wěn)定，或者說(shuō)預(yù)期外的結(jié)果。

但這似乎又和實(shí)際的元件和電路的品質(zhì)表現(xiàn)有關(guān)，對(duì)于理想的元件和電路，這樣的設(shè)計(jì)似乎沒(méi)問(wèn)題。

理想的元件和電路，對(duì)信號(hào)的響應(yīng)是即時(shí)的，大概可以說(shuō)是只需要“很短的時(shí)間”，且各元件對(duì)響應(yīng)保證完成和保證按順序完成，這樣就不存在問(wèn)題。

實(shí)際中，延2輸出1，使得雙2out1變?yōu)?，需要確保一小段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，即使雙2out1變?yōu)?，但延2仍然可以輸出1，確保雙2out1變?yōu)?，這段時(shí)間后，延2才輸出0。

如果這個(gè)問(wèn)題存在，要怎么改進(jìn)設(shè)計(jì)？留給大家思考，我懶得畫(huà)了，哈。

我們假設(shè)這個(gè)問(wèn)題不存在，接著分析。

電容器的充電放電是一個(gè)挺麻煩的事情，以延1為例，電容器充電充滿(mǎn)，則延1接通。雙1輸出0時(shí)，相當(dāng)于延1和電源斷開(kāi)，電容器放電，而放電必須在下一次充電之前完成，也就是必須在延時(shí)開(kāi)關(guān)下一次被觸發(fā)前完成。

最快的情況，本次操作后執(zhí)行下一次操作，下一次操作完成后又返回調(diào)用本次操作，這類(lèi)似于程序里的循環(huán)和goto。

這就要求本次操作的放電時(shí)間要小于下一次操作的充電時(shí)間-對(duì)下一次操作輸出1的時(shí)間（1脈沖的脈沖寬度），且越小越好。

如果本次操作的時(shí)間很長(zhǎng)，就意味著本次操作的充電時(shí)間很長(zhǎng)，如果下一次操作的時(shí)間很短，就意味著下一次操作的充電時(shí)間很短，這要求本次操作的放電時(shí)間更短，

于是，這就要求本次操作的充電時(shí)間很長(zhǎng)而放電時(shí)間很短，這在技術(shù)上做到比較有難度。

因?yàn)檫@要權(quán)衡充電電阻和放電電阻，從上文電路圖可以看到，充電電阻是R，放電電阻是繼電器控制端線圈電阻。

對(duì)于NPN型三極管電路，放電電阻是基極電阻+基極和發(fā)射極之間的電阻+發(fā)射極電阻。

基極電阻是連在基極上的電阻，發(fā)射極電阻是連在發(fā)射極上的電阻，

基極和發(fā)射極之間的電阻=三極管內(nèi)部基區(qū)電阻+發(fā)射區(qū)電阻+基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間PN結(jié)的電阻

當(dāng)然，事實(shí)上，還有一部分放電電流是通過(guò)充電電阻R，流到集電極，又流到發(fā)射極，又通過(guò)發(fā)射極電阻來(lái)到電容器負(fù)端。

所以，要權(quán)衡設(shè)計(jì)這些電阻，而發(fā)射極電阻還關(guān)系到輸出電壓，這跟連在發(fā)射極上的外部電路的電阻（阻抗）又有關(guān)系。這是不是“輸出阻抗”問(wèn)題？

電容器放電剛開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)，延1可能仍然是導(dǎo)通的，這段時(shí)間要不要算到延時(shí)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間里，也就是輸出的1脈沖的脈沖寬度里？

而延1的輸出端一方面作為延時(shí)脈沖開(kāi)關(guān)的輸出端，一邊和雙2的in1相連，雙2的in1在out1為0時(shí)，in1會(huì)輸出一定的低電壓，這會(huì)通過(guò)輸出端和外部電路產(chǎn)生耦合，要不要在延1和輸出端之間加一個(gè)繼電器或者三極管開(kāi)關(guān)解耦？

又或是在延1和雙2之間加一個(gè)繼電器或者三極管開(kāi)關(guān)解耦？

或者把輸出端設(shè)在雙2的out1，以雙2的out1作為延時(shí)脈沖開(kāi)關(guān)的輸出端，但這樣延2的輸入端會(huì)和外部電路產(chǎn)生耦合，延2放電的時(shí)候，放電電流會(huì)流向外部電路。

這似乎引出了“輸入阻抗”和“輸出阻抗”的問(wèn)題，兩個(gè)元件要連在一起用，輸入阻抗和輸出阻抗要匹配，或者說(shuō)符合彼此給出的規(guī)格，大概就是輸入阻抗和輸出阻抗問(wèn)題吧。

規(guī)格是指阻抗的范圍，兩個(gè)元件要連在一起用，自己的輸出端阻抗要在對(duì)方給出的輸入阻抗范圍內(nèi)。以及，對(duì)方的輸入端阻抗要在自己給出的輸出阻抗范圍內(nèi)。

耦合是普遍存在的，但，通過(guò)制定統(tǒng)一的輸入輸出接口，可以進(jìn)行管理和調(diào)節(jié)。

輸入輸出接口可以減小耦合，統(tǒng)一輸入輸出接口可以對(duì)輸入輸出的耦合統(tǒng)一計(jì)算，可以計(jì)算很多元件連在一起用時(shí)的耦合積累，可以計(jì)算得到并聯(lián)的最大情況的耦合和串聯(lián)的最大情況的耦合，并將它們控制在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)，在這個(gè)范圍內(nèi)，耦合對(duì)電路的影響不大，電路可以正常工作。

通過(guò)對(duì)電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，以及晶體管的技術(shù)品質(zhì)的提升，可以在元件數(shù)量很多時(shí)，耦合的累積量仍然很小，不會(huì)超過(guò)某個(gè)范圍，就像數(shù)學(xué)上的極限。

這是一種比較理想的情況。

晶體管的技術(shù)品質(zhì)，比如開(kāi)關(guān)特性，開(kāi)時(shí)，電阻很小，關(guān)時(shí)，電阻很大，開(kāi)關(guān)的反差越大，則電路的誤差耦合越小，電路越穩(wěn)定，電路的規(guī)?？梢宰龅脑酱蟆ｋ娐芬?guī)模指元件數(shù)量。比如大規(guī)模集成電路，超大規(guī)模集成電路。

誤差耦合就是上面說(shuō)的不需要但是又存在的耦合，這些耦合會(huì)造成電路的誤差，誤差在一定范圍內(nèi)，電路可以正常運(yùn)行，表達(dá)預(yù)期的邏輯，誤差積累超過(guò)一定范圍，電路會(huì)出錯(cuò)，表達(dá)出錯(cuò)誤邏輯，比如開(kāi)變成關(guān)，關(guān)變成開(kāi)，或者，該開(kāi)不開(kāi)，該關(guān)不關(guān)。

數(shù)字電路的誤差耦合可以分為2大類(lèi)：

1基本開(kāi)關(guān)電路的誤差耦合

2特定電路的誤差耦合

先說(shuō)說(shuō)基本開(kāi)關(guān)電路的誤差耦合，理論上，繼電器，是一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)元件，可以說(shuō)不存在誤差耦合。因?yàn)槔^電器的控制端和輸入輸出端是獨(dú)立的2條線路，所以，繼電器沒(méi)有基本開(kāi)關(guān)電路的誤差耦合。

三極管的基極、發(fā)射極、集電極共用一條線路，相當(dāng)于控制端和輸入輸出端共用一條線路，所以，三極管開(kāi)關(guān)電路存在基本開(kāi)關(guān)電路的誤差耦合。

特定電路的誤差耦合比如上文說(shuō)到的雙穩(wěn)態(tài)電路的in1和延時(shí)脈沖開(kāi)關(guān)的輸出端直接連接時(shí)，可能通過(guò)延時(shí)脈沖開(kāi)關(guān)的輸出端向外部電路輸出低電壓。又比如上文說(shuō)到的延2的輸入端和延時(shí)脈沖開(kāi)關(guān)的輸出端相連時(shí)，可能通過(guò)延時(shí)脈沖開(kāi)關(guān)的輸出端向外部電路輸出放電電流。

假設(shè)本次操作和下一次操作的延時(shí)脈沖開(kāi)關(guān)的延遲時(shí)間一樣，下一次操作完成后又返回執(zhí)行本次操作，那么，簡(jiǎn)單的，理想的，這兩個(gè)操作的延時(shí)脈沖開(kāi)關(guān)交替輸出的脈沖可以用一個(gè)方波來(lái)表示：

簡(jiǎn)單的，理想的，延1的充電時(shí)間可以認(rèn)為是方波的一個(gè)周期，放電時(shí)間應(yīng)在0半周以?xún)?nèi)，且越小越好。上文說(shuō)了，技術(shù)上，要讓放電時(shí)間遠(yuǎn)小于充電時(shí)間實(shí)現(xiàn)起來(lái)可能比較困難，在這里，因?yàn)槌潆姇r(shí)間=一個(gè)周期=1半周+0半周=1半周+最大放電時(shí)間，可以讓0半周比1半周長(zhǎng)比較多，這樣，充電時(shí)間仍然大于放電時(shí)間，但是放電時(shí)間的范圍變大了，或者說(shuō)，0半周比1半周越長(zhǎng)，最大放電時(shí)間越接近充電時(shí)間，技術(shù)上比較容易實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于延2，充電時(shí)間是1半周，放電時(shí)間是這個(gè)周期的0半周+下個(gè)周期，所以，延2允許的放電時(shí)間遠(yuǎn)大于充電時(shí)間，這個(gè)技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)。

注意，是允許的放電時(shí)間遠(yuǎn)大于充電時(shí)間，允許的放電時(shí)間最大可以達(dá)到這個(gè)周期的0半周+下個(gè)周期這么長(zhǎng)，但不是說(shuō)要做到這么長(zhǎng)，事實(shí)上，應(yīng)該比這個(gè)小，越小越好。

上面說(shuō)的這些問(wèn)題，早期的電子計(jì)算機(jī)工程師應(yīng)該都碰到過(guò)，或者說(shuō)，經(jīng)歷過(guò)。

再來(lái)看一次性開(kāi)關(guān)，這里會(huì)用到開(kāi)關(guān)元件，開(kāi)關(guān)元件的示意圖：

控制端是1時(shí)，輸入端輸出端導(dǎo)通，控制端是0時(shí)，輸入端輸出端斷開(kāi)。

開(kāi)關(guān)元件可以是一個(gè)繼電器，也可以是三極管開(kāi)關(guān)電路，等等。

三極管開(kāi)關(guān)電路圖：

一次性開(kāi)關(guān)電路圖：

控制端輸入1脈沖，雙1的out1變成1，使開(kāi)關(guān)1導(dǎo)通，之后，輸入端輸入1就可以通過(guò)開(kāi)關(guān)1，使雙2的out1變成1，使開(kāi)關(guān)2導(dǎo)通，

之后，當(dāng)輸入端的1結(jié)束后，就變成了0，0使非門(mén)輸出1，通過(guò)開(kāi)關(guān)2輸出到雙1的in2，使雙1out1變成0，開(kāi)關(guān)1斷開(kāi)。

開(kāi)關(guān)1斷開(kāi)后，輸入端無(wú)論輸入什么，輸出端都是0，這就是一次性開(kāi)關(guān)的效果：當(dāng)控制端輸入1脈沖后，一次性開(kāi)關(guān)開(kāi)始工作，輸入端和輸出端導(dǎo)通，當(dāng)輸入端輸入1脈沖時(shí)，輸出端輸出1脈沖，1脈沖結(jié)束后，一次性開(kāi)關(guān)停止工作，輸入端無(wú)論輸入什么，輸出端都是0。

還有，當(dāng)控制端輸入1時(shí)，雙1out1會(huì)輸出1到雙2的in2，使雙2out1變成0，開(kāi)關(guān)2斷開(kāi)。這樣就切斷了非門(mén)和雙1in2的通路，不然，非門(mén)輸出的1會(huì)阻止雙1out1變成1。在上一次使用后，雙2out1一直是1，開(kāi)關(guān)2一直導(dǎo)通。

還要說(shuō)明一點(diǎn)，雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)在第一次使用前要設(shè)置初始狀態(tài)，因?yàn)?，接通電源后，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)是隨機(jī)的。如果要求初始狀態(tài)是out1=1，可以讓in1=1來(lái)設(shè)置這個(gè)初始狀態(tài)。
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