環(huán)形振蕩器匯總

定義：三個(gè)非門或更多奇數(shù)個(gè)非門輸出端和輸入端首尾相接，構(gòu)成環(huán)狀。以三個(gè)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(gè)連接的位置都可以引出輸出信號(hào)。原理：以三個(gè)非門為例，假定某一時(shí)刻TO，非門A輸入端變?yōu)楦唠娖?，貝U非門A輸出端（非門B輸入端）在非門延遲時(shí)間△T后（T=TO+△T）變?yōu)榈碗娖剑琓=T0+2△T后非門B輸出端（非門C輸入端）變?yōu)楦唠娖剑琓=T0+3△T后非門C輸出端（即非門A輸入端）由高電平變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)非門A輸入端電平與TO時(shí)正好相反……依次類推，6△T后非門A輸入端又變回高電平完成一個(gè)周期的振蕩，如此往復(fù)?；咎匦裕赫袷幹芷?單個(gè)非門延遲時(shí)間X非門數(shù)X2變化：還可以在其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)（兩個(gè)非門之間）加上阻容或感容延遲網(wǎng)絡(luò)來(lái)改變振蕩周期，總的振蕩周期就是上面式子的周期加上延遲網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間。應(yīng)用：這種振蕩器的特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，起振容易，如果不加延遲網(wǎng)絡(luò)則不需要阻容元件，便于集成化，缺點(diǎn)是沒(méi)有延遲網(wǎng)絡(luò)頻率不便于靈活選擇，要實(shí)現(xiàn)低頻振蕩需要很多的非門因而不易實(shí)現(xiàn)，另外由于門電路延遲時(shí)間有一定誤差，制作時(shí)頻率不太準(zhǔn)確。如果加上阻容網(wǎng)絡(luò)，則與同樣需要阻容元件的對(duì)稱多諧振蕩器或非對(duì)稱多諧振蕩器相比，所需芯片面積和成本不占優(yōu)勢(shì)。主要應(yīng)用于集成電路內(nèi)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(jiǎn)易振蕩器。環(huán)形振蕩器的工作原理環(huán)形振蕩器是利用門電路的固有傳輸延遲時(shí)間將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接而成，該電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)。因?yàn)樵陟o態(tài)（假定沒(méi)有振蕩時(shí)）下任何一個(gè)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vll產(chǎn)生了微小的正跳變，經(jīng)G1的傳輸延遲時(shí)間tpd后，V12產(chǎn)生了一個(gè)幅度更大的負(fù)跳變，在經(jīng)過(guò)G2的傳輸延遲時(shí)間tpd后，使V13產(chǎn)生更大的正跳變，經(jīng)G3的傳輸延遲時(shí)間tpd后，在vo產(chǎn)生一個(gè)更大的負(fù)跳變并反饋到G1輸入端?？梢?jiàn)，在經(jīng)過(guò)3tpd后，vll又自動(dòng)跳變?yōu)榈碗娖?，再?jīng)過(guò)3tpd之后，vll又將跳變?yōu)楦唠娖?。如此周而?fù)始，便產(chǎn)生自激振蕩。如圖2所示，可見(jiàn)振蕩周期為T=6tpd1 11 1%1111環(huán)形振蕩器的改進(jìn)原因環(huán)形振蕩器的突出優(yōu)點(diǎn)是電路極為簡(jiǎn)單，但由于門電路的傳輸延遲時(shí)間極短，TTL門電路只有幾十納秒，CMOS電路也不過(guò)一二百納秒，難以獲得較低的振蕩頻率，而且頻率不易調(diào)節(jié)，為克服這個(gè)缺點(diǎn)，有幾種改進(jìn)電路，下面給出對(duì)照?qǐng)D。如圖3和圖4所示。iiL[T團(tuán)3環(huán)形磁蠱的改進(jìn)電路iiL[T團(tuán)3環(huán)形磁蠱的改進(jìn)電路圖4環(huán)形振蕩器的實(shí)用改進(jìn)電路圖環(huán)形振蕩器的改進(jìn)原理接入RC電路以后，不僅增大了門G2的傳輸延遲時(shí)間tpd2有助于獲得較低的振蕩頻率。而且通過(guò)改變R

和C的數(shù)值可以很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的調(diào)節(jié)。環(huán)形振蕩器的實(shí)用電路如圖4,為了進(jìn)一步加大RC和G2的傳輸延遲時(shí)間，在實(shí)用電路中將電容C的接地端改接G1的輸出端。

如圖10.3.5所示。例如當(dāng)V12處發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，經(jīng)過(guò)電容C使v13首先跳變到一個(gè)負(fù)電平，然后再?gòu)倪@個(gè)

負(fù)電平開始對(duì)電容C充電，這就加長(zhǎng)了V13從開始充電到上升為VTH的時(shí)間，等于加大了V12到v13的

傳輸延遲時(shí)間。

通常RC電路產(chǎn)生的延遲時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于門電路本身的傳輸延遲時(shí)間，所以在計(jì)算振蕩周期時(shí)可以只考慮RC

電路的作用而將門電路固有的傳輸延遲時(shí)間忽略不計(jì)。另外，為防止V13發(fā)生負(fù)跳變時(shí)流過(guò)反相器G3輸入端鉗位二極管的電流過(guò)大，還在G3輸入端串接了保

護(hù)電阻RS。電路中各點(diǎn)的電壓波形如圖5所示。圖5電路中各點(diǎn)的電壓波形0Vl^!J圖5電路中各點(diǎn)的電壓波形0Vl^!Jvm-K.Vnc<Vc(i圖5中畫出了電容C充、放電的等效電路。利用式:求得電客JC的充電時(shí)間五和放電討間込各曲其中圖5電路的撮蕩周期近似等于風(fēng)尺*2■■二-卩/】求得電客JC的充電時(shí)間五和放電討間込各曲其中圖5電路的撮蕩周期近似等于風(fēng)尺*2■■二-卩/】若陽(yáng)副用川字E則壁％屁同?，這時(shí)Ti和匸可簡(jiǎn)化曲IV-y假定Vof孤V