环形振荡器的工作原理

环形振荡器的工作原理环形振荡器是利用门电路的固有传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而成，该电路没有稳态。因为在静态（假定没有振荡时）下任何一个反相器的输入和输出都不可能稳定在高电平或低电平，只能处于高、低电平之间，处于放大状态。假定由于某种原因v11产生了微小的正跳变，经G1的传输延迟时间tpd后，v12产生了一个幅度更大的负跳变，在经过G2的传输延迟时间tpd后，使v13产生更大的正跳变，经G3的传输延迟时间tpd后，在vo产生一个更大的负跳变并反馈到G1输入端。可见，在经过3tpd后，v11又自动跳变为低电平，再经过3tpd之后，v11又将跳变为高电平。如此周而复始，便产生自激振荡。如图2所示，可见振荡周期为T=6tpd环形振荡器的改进原因环形振荡器的突出优点是电路极为简单，但由于门电路的传输延迟时间极短，TTL门电路只有几十纳秒，CMOS电路也不过一二百纳秒，难以获得较低的振荡频率，而且频率不易调节，为克服这个缺点，有几种改进电路，下面给出对照图。如图3和图4所示。环形振荡器的改进原理接入RC 电路以后，不仅增大了门G2的传输延迟时间tpd2有助于获得较低的振荡频率。而且通过改变R和C 的数值可以很方便地实现对频率的调节。环形振荡器的实用电路如图4,为了进一步加大RC和G2的传输延迟时间，在实用电路中将电容C 的接地端改接G1的输出端。如图10.3.5所示。例如当v12处发生负跳变时，经过电容C使v13首先跳变到一个负电平，然后再从这个负电平开始对电容C充电，这就加长了v13从开始充电到上升为VTH的时间，等于加大了v12到v13的传输延迟时间。通常RC电路产生的延迟时间远远大于门电路本身的传输延迟时间，所以在计算振荡周期时可以只考虑RC电路的作用而将门电路固有的传输延迟时间忽略不计。另外，为防止v13发生负跳变时流过反相器G3输入端钳位二极管的电流过大，还在G3输入端串接了保护电阻RS。电路中各点的电压波形如图5所示。图5中画出了电容C充、放电的等效电路。利用式：T2.2RC式T2.2RC可用于近似估算振荡周期。但使用时应注意它的假定条件是否满足，否则计算结果会有较大的误差。