环形振荡器汇总

定义：三个非门或更多奇数个非门输出端和输入端首尾相接，构成环状。以三个非门为例，即非门A输出端连接到非门B输入端，非门B输出端连接到非门C输入端，非门C输出端到连接非门A输入端，在其中任何一个连接的位置都可以引出输出信号。原理：以三个非门为例，假定某一时刻TO，非门A输入端变为高电平，贝U非门A输出端（非门B输入端）在非门延迟时间△T后（T=TO+△T）变为低电平，T=T0+2△T后非门B输出端（非门C输入端）变为高电平，T=T0+3△T后非门C输出端（即非门A输入端）由高电平变为低电平，此时非门A输入端电平与TO时正好相反……依次类推，6△T后非门A输入端又变回高电平完成一个周期的振荡，如此往复。基本特性：振荡周期=单个非门延迟时间X非门数X2变化：还可以在其中一个节点（两个非门之间）加上阻容或感容延迟网络来改变振荡周期，总的振荡周期就是上面式子的周期加上延迟网络的延迟时间。应用：这种振荡器的特点是线路简单，起振容易，如果不加延迟网络则不需要阻容元件，便于集成化，缺点是没有延迟网络频率不便于灵活选择，要实现低频振荡需要很多的非门因而不易实现，另外由于门电路延迟时间有一定误差，制作时频率不太准确。如果加上阻容网络，则与同样需要阻容元件的对称多谐振荡器或非对称多谐振荡器相比，所需芯片面积和成本不占优势。主要应用于集成电路内部集成的要求不高的高频振荡，以及普通数字电路中的简易振荡器。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vll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，vll又自动跳变为低电平，再经过3tpd之后，vll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=6tpd1 11 1%1111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。iiL[T團3环形磁蛊的改进电路iiL[T團3环形磁蛊的改进电路图4环形振荡器的实用改进电路图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电路中各点的电压波形0Vl^!J图5电路中各点的电压波形0Vl^!Jvm-K.Vnc<Vc(i图5中画出了电容C充、放电的等效电路。利用式:求得电客JC的充电时间五和放电讨间込各曲其中图5电路的撮荡周期近似等于风尺*2■■二-卩/】求得电客JC的充电时间五和放电讨间込各曲其中图5电路的撮荡周期近似等于风尺*2■■二-卩/】若阳副用川字E则壁％屁同?，这时Ti和匸可简化曲IV-y假定Vof孤V