環(huán)形振蕩器原理及應用_環(huán)形振蕩器的實用電路

什么是環(huán)形振蕩器

環(huán)形振蕩器，是由三個非門或更多奇數(shù)個非門輸出端和輸入端首尾相接，構成環(huán)狀的機器。

以三個非門為例，即非門A輸出端連接到非門B輸入端，非門B輸出端連接到非門C輸入端，非門C輸出端到連接非門A輸入端，在其中任何一個連接的位置都可以引出輸出信號。

環(huán)形振蕩器原理

環(huán)形振蕩器是利用門電路的固有傳輸延遲時間將奇數(shù)個反相器首尾相接而成，該電路沒有穩(wěn)態(tài)。因為在靜態(tài)（假定沒有振蕩時）下任何一個反相器的輸入和輸出都不可能穩(wěn)定在高電平或低電平，只能處于高、低電平之間，處于放大狀態(tài)。

假定由于某種原因v11產生了微小的正跳變，經G1的傳輸延遲時間tpd后，v12產生了一個幅度更大的負跳變，在經過G2的傳輸延遲時間tpd后，使v13產生更大的正跳變，經G3的傳輸延遲時間tpd后，在vo產生一個更大的負跳變并反饋到G1輸入端?？梢?，在經過3tpd后，v11又自動跳變?yōu)榈碗娖?，再經過3tpd之后，v11又將跳變?yōu)楦唠娖?。如此周而復始，便產生自激振蕩。如圖2所示，可見振蕩周期為T=6tpd

環(huán)形振蕩器的實用電路

如圖1，為了進一步加大RC和G2的傳輸延遲時間，在實用電路中將電容C 的接地端改接G1的輸出端。如圖2所示。例如當v12處發(fā)生負跳變時，經過電容C使v13首先跳變到一個負電平，然后再從這個負電平開始對電容C充電，這就加長了v13從 開始充電到上升為VTH的時間，等于加大了v12到v13的傳輸延遲時間。

圖4 環(huán)形振蕩器的實用改進電路圖

通常RC電路產生的延遲時間遠遠大于門電路本身的傳輸延遲時間，所以在計算振蕩周期時可以只考慮RC電路的作用而將門電路固有的傳輸延遲時間忽略不計。

另外，為防止v13發(fā)生負跳變時流過反 相器G3輸入端鉗位二極管的電流過大，還在G3輸入端串接了保護電阻RS。電路中各點的電壓波形如圖2所示。

式T≈2.2RC可用于近似估算振蕩周期。但使用時應注意它的假定條件是否滿足，否則計算結果會有較大的誤差。

環(huán)形振蕩器應用

這種振蕩器的特點是線路簡單，起振容易，如果不加延遲網(wǎng)絡則不需要阻容元件，便于集成化，缺點是沒有延遲網(wǎng)絡頻率不便于靈活選擇，要實現(xiàn)低頻振蕩需要很多的非門因而不易實現(xiàn)，另外由于門電路延遲時間有一定誤差，制作時頻率不太準確。

如果加上阻容網(wǎng)絡，則與同樣需要阻容元件的對稱多諧振蕩器或非對稱多諧振蕩器相比，所需芯片面積和成本不占優(yōu)勢。主要應用于集成電路內部集成的要求不高的高頻振蕩，以及普通數(shù)字電路中的簡易振蕩器。