我最初打算使用配置為單穩(wěn)態(tài)的555 定時器，但我沒有任何可用的定時器，并且我需要盡快進行此設計。我所需要的只是一個單電源（9V 電池）和一些運算放大器，但我不想將它們用作比較器。我開始思考如何使用廉價的運算放大器創(chuàng)建軌到軌一次性，并提出了這個想法。

　　圖 1顯示了該電路的理想化版本。
　　軌到軌一次性電路設計圖 1該電路使用理想運算放大器，將產生一個軌到軌運行的單觸發(fā)脈沖。
　　工作原理很簡單。按下按鈕 PB1（對應于檢測到動物的紅外傳感器），通過 R1 以短時間常數(shù)將電容器 C 充電至 VCC。釋放按鈕允許電容器通過 R 放電。運算放大器 U1 緩沖這種指數(shù)放電，U1 的輸出電壓進入同相施密特觸發(fā)器，參考電壓為 VCC/2。當電容器電壓超過 3/4 VCC（由于選擇的 R1*C 時間常數(shù)非常短，一旦按下按鈕，電容器電壓將很快達到），U2 的輸出變?yōu)?VCC。由于 U2 的遲滯作用，僅當電容器電壓放電至 1/4 VCC 時，輸出電壓才會接地。輸出脈沖持續(xù)時間為：
　　T = ln(4) RC ≈ 1.38 RC 秒 (1)
　　請注意，該時間與電源電壓無關。
　　理想電路的仿真　　是時候通過仿真來嘗試設計了。假設我們想要 10 秒左右的脈沖寬度。使用公式 1，如果我們選擇 C= 50μF，則 R 應為 144kΩ，因此，如果我們使用 5% 電阻，則實際 R = 150kΩ。根據(jù)這些值，T = 10.40 秒，如圖2所示。我們使用理想的運算放大器，并通過 R1 的時變值來模擬按鈕的激活，得到如圖 3所示的結果。

　

　具有真實元件值的電路設計圖 2我們可以使用真實元件值和理想運算放大器來模擬電路。

　　電路仿真圖圖 3圖 2 中的設計仿真（假定運算放大器為理想狀態(tài)）顯示了我們預期的行為?！　》抡姹砻?，使用理想運算放大器時，電路的行為符合預期，因此下一步是使用真實的運算放大器（例如不具有軌到軌功能的LM358 ）對其進行仿真，如圖 4所示。鑒于其他組件保持不變，我們期望得到相同的結果，但這并不是模擬結果所說的。

　　使用真實運算放大器的電路設計圖 4圖 2 中使用實際運算放大器的設計也應該顯示出我們期望的行為?！　∈褂貌痪哂熊壍杰壒δ艿倪\算放大器會產生不為 T ≈ 1.38RC 的脈沖持續(xù)時間（圖 5）。這是為什么？那么，由于U2的輸出無法達到VCC，因此U2的同相輸入也以低于VCC的電壓啟動。但將施密特觸發(fā)器設置為接地所需的閾值電壓仍設置為 VCC/2，該電壓現(xiàn)在大于預期輸出電壓的一半。因此，電路會提前觸發(fā)。

　　使用 LM358 運算放大器的電路仿真圖圖 5使用 LM358 運算放大器（而不是理想運算放大器）進行的仿真會產生不同的結果。
　　我們怎樣才能解決這個問題呢？起初我考慮在U2的反相輸入端使用微調器來正確設置觸發(fā)閾值。我們可以測量U2的最大輸出電壓，然后將反相輸入調整到0.5Vo U2MAX。這是一種簡單的方法并且效果很好（正如您將在測試部分看到的）。然而，該方法并非“萬無一失”，并且不適用于不同的電源電壓；您必須針對每個不同的電源電壓調整電路?！　〉?，如果您有四路運算放大器 IC，如LM324（四路 LM358），或者在最壞的情況下還有您已經用于 U1 和 U2 的另一類型運算放大器，則可以采用所示配置如圖6所示。

　　使用四運放的電路設計圖 6重新配置設計以使用四運放（例如 LM324）可以幫助彌補軌到軌性能的不足。
　　讓我們使用 R = 100 kΩ 和 C = 47 μF 進行測試，因此 T = 6.51 秒。我們得到的結果如圖7所示。對于幾種不同的電源電壓，我們看到脈沖寬度約為 6.60 秒。這已經足夠接近我們的愿望了，所以讓我們進入現(xiàn)實世界?！　‰娐贩抡骘@示出一致的脈沖寬度，與電源電壓無關

     圖 7模擬圖 6 的配置顯示了與電源電壓無關的一致脈沖寬度。

　　真實世界測試
　　構建帶有微調器的圖 4 電路（圖 8）并測試性能，結果如圖 9所示。將 LM358 的輸入調整為 9V 后，我們可以看到電路工作良好。然而，每個電源電壓都需要進行不同的調整。
　　使用 LM358 和微調器的測試電路照片的測試版本使用一個 LM358 和一個微調器?！　∈褂?LM358 和 100 k 微調器時的測試結果圖

圖 9使用一個 LM358 和一個 100 k 微調器（C = 47 μF，R = 100k，R1= 100，T = 6.51 秒）時的測試結果表明實際電路按預期工作。

　　通過實現(xiàn)圖 6 的電路，我們可以測試設計是否能夠在缺乏軌到軌性能的情況下生成目標脈沖寬度（圖 10）。輸出脈沖的預期值為 6.51 秒。 

（圖11）。實際脈沖測量為 6.767 秒，考慮到組件的公差，該值足夠接近。

　　使用 LM324 的測試電路照片圖 10在圖 6 的設計中使用一個 LM324 允許單穩(wěn)態(tài)電路輸出耐電源脈沖。
　　顯示輸出脈沖寬度的電路仿真圖圖 11使用一個 LM324（C = 47 μF，R = 100 k，R1= 100，T = 6.51 秒）對電路進行的測試顯示了預期的輸出脈沖寬度。
　　實施這種方法時需要考慮幾個因素。首先，C 最好選擇較大（即使有漏電）的電容，而 R 則不要選擇較大的電阻。如果電阻 R 太大，C 的固有并聯(lián)電阻將與 R 并聯(lián)，其組合將小于兩者中較小的一個，因此電路將以基于 C 的寄生電阻而不是 R 的寄生電阻的時間常數(shù)進行放電。
    其次，選擇時間常數(shù) τ = R1C，使其小于按鈕的脈沖寬度（或任何用作按鈕的脈沖寬度）。對于機械按鈕，我會使用 10 毫秒；對于運動傳感器 10 毫秒也不錯。 （如果動物能夠以超過 10 毫秒的速度通過傳感器，我會印象深刻。）