我初打算使用配置为单稳态的555 定时器，但我没有任何可用的定时器，并且我需要尽快进行此设计。我所需要的只是一个单电源（9V 电池）和一些运算放大器，但我不想将它们用作比较器。我开始思考如何使用廉价的运算放大器创建轨到轨性，并提出了这个想法。

　　图 1显示了该电路的理想化版本。
　　轨到轨性电路设计图 1该电路使用理想运算放大器，将产生一个轨到轨运行的单触发脉冲。
　　工作原理很简单。按下按钮 PB1（对应于检测到动物的红外传感器），通过 R1 以短时间常数将电容器 C 充电至 VCC。释放按钮允许电容器通过 R 放电。运算放大器 U1 缓冲这种指数放电，U1 的输出电压进入同相施密特触发器，参考电压为 VCC/2。当电容器电压超过 3/4 VCC（由于选择的 R1*C 时间常数非常短，一旦按下按钮，电容器电压将很快达到），U2 的输出变为 VCC。由于 U2 的迟滞作用，仅当电容器电压放电至 1/4 VCC 时，输出电压才会接地。输出脉冲持续时间为：
　　T = ln(4) RC ≈ 1.38 RC 秒 (1)
　　请注意，该时间与电源电压无关。
　　理想电路的仿真

　　是时候通过仿真来尝试设计了。假设我们想要 10 秒左右的脉冲宽度。使用公式 1，如果我们选择 C= 50μF，则 R 应为 144kΩ，因此，如果我们使用 5% 电阻，则实际 R = 150kΩ。根据这些值，T = 10.40 秒，如图2所示。我们使用理想的运算放大器，并通过 R1 的时变值来模拟按钮的激活，得到如图 3所示的结果。

　

　具有真实元件值的电路设计图 2我们可以使用真实元件值和理想运算放大器来模拟电路。

　　电路仿真图图 3图 2 中的设计仿真（假定运算放大器为理想状态）显示了我们预期的行为。

　　仿真表明，使用理想运算放大器时，电路的行为符合预期，因此下一步是使用真实的运算放大器（例如不具有轨到轨功能的LM358 ）对其进行仿真，如图 4所示。鉴于其他组件保持不变，我们期望得到相同的结果，但这并不是模拟结果所说的。

　　使用真实运算放大器的电路设计图 4图 2 中使用实际运算放大器的设计也应该显示出我们期望的行为。

　　使用不具有轨到轨功能的运算放大器会产生不为 T ≈ 1.38RC 的脉冲持续时间（图 5）。这是为什么？那么，由于U2的输出无法达到VCC，因此U2的同相输入也以低于VCC的电压启动。但将施密特触发器设置为接地所需的阈值电压仍设置为 VCC/2，该电压现在大于预期输出电压的一半。因此，电路会提前触发。

　　使用 LM358 运算放大器的电路仿真图图 5使用 LM358 运算放大器（而不是理想运算放大器）进行的仿真会产生不同的结果。
　　我们怎样才能解决这个问题呢？起初我考虑在U2的反相输入端使用微调器来正确设置触发阈值。我们可以测量U2的输出电压，然后将反相输入调整到0.5Vo U2MAX。这是一种简单的方法并且效果很好（正如您将在测试部分看到的）。然而，该方法并非“万无一失”，并且不适用于不同的电源电压；您必须针对每个不同的电源电压调整电路。

　　但是，如果您有四路运算放大器 IC，如LM324（四路 LM358），或者在坏的情况下还有您已经用于 U1 和 U2 的另一类型运算放大器，则可以采用所示配置如图6所示。

　　使用四运放的电路设计图 6重新配置设计以使用四运放（例如 LM324）可以帮助弥补轨到轨性能的不足。
　　让我们使用 R = 100 kΩ 和 C = 47 μF 进行测试，因此 T = 6.51 秒。我们得到的结果如图7所示。对于几种不同的电源电压，我们看到脉冲宽度约为 6.60 秒。这已经足够接近我们的愿望了，所以让我们进入现实世界。

　　电路仿真显示出一致的脉冲宽度，与电源电压无关

     图 7模拟图 6 的配置显示了与电源电压无关的一致脉冲宽度。

　　真实世界测试
　　构建带有微调器的图 4 电路（图 8）并测试性能，结果如图 9所示。将 LM358 的输入调整为 9V 后，我们可以看到电路工作良好。然而，每个电源电压都需要进行不同的调整。
　　使用 LM358 和微调器的测试电路照片的测试版本使用一个 LM358 和一个微调器。

　　使用 LM358 和 100 k 微调器时的测试结果图

图 9使用一个 LM358 和一个 100 k 微调器（C = 47 μF，R = 100k，R1= 100，T = 6.51 秒）时的测试结果表明实际电路按预期工作。

　　通过实现图 6 的电路，我们可以测试设计是否能够在缺乏轨到轨性能的情况下生成目标脉冲宽度（图 10）。输出脉冲的预期值为 6.51 秒。 

（图11）。实际脉冲测量为 6.767 秒，考虑到组件的公差，该值足够接近。

　　使用 LM324 的测试电路照片图 10在图 6 的设计中使用一个 LM324 允许单稳态电路输出耐电源脉冲。
　　显示输出脉冲宽度的电路仿真图图 11使用一个 LM324（C = 47 μF，R = 100 k，R1= 100，T = 6.51 秒）对电路进行的测试显示了预期的输出脉冲宽度。
　　实施这种方法时需要考虑几个因素。首先，C 选择较大（即使有漏电）的电容，而 R 则不要选择较大的电阻。如果电阻 R 太大，C 的固有并联电阻将与 R 并联，其组合将小于两者中较小的一个，因此电路将以基于 C 的寄生电阻而不是 R 的寄生电阻的时间常数进行放电。
    其次，选择时间常数 τ = R1C，使其小于按钮的脉冲宽度（或任何用作按钮的脉冲宽度）。对于机械按钮，我会使用 10 毫秒；对于运动传感器 10 毫秒也不错。 （如果动物能够以超过 10 毫秒的速度通过传感器，我会印象深刻。）