什么是環(huán)形振蕩器

環(huán)形振蕩器，是由三個(gè)非門(mén)或更多奇數(shù)個(gè)非門(mén)輸出端和輸入端首尾相接，構(gòu)成環(huán)狀的機(jī)器。

以三個(gè)非門(mén)為例，即非門(mén)A輸出端連接到非門(mén)B輸入端，非門(mén)B輸出端連接到非門(mén)C輸入端，非門(mén)C輸出端到連接非門(mén)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)。

環(huán)形振蕩器原理

環(huán)形振蕩器是利用門(mén)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v11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。可見(jiàn)，在經(jīng)過(guò)3tpd后，v11又自動(dòng)跳變?yōu)榈碗娖剑俳?jīng)過(guò)3tpd之后，v11又將跳變?yōu)楦唠娖健Ｈ绱酥芏鴱?fù)始，便產(chǎn)生自激振蕩。如圖2所示，可見(jiàn)振蕩周期為T(mén)=6tpd

環(huán)形振蕩器的實(shí)用電路

如圖1，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2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(kāi)始對(duì)電容C充電，這就加長(zhǎng)了v13從 開(kāi)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。

圖4 環(huán)形振蕩器的實(shí)用改進(jìn)電路圖

通常RC電路產(chǎn)生的延遲時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于門(mén)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(mén)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2所示。

式T≈2.2RC可用于近似估算振蕩周期。但使用時(shí)應(yīng)注意它的假定條件是否滿足，否則計(jì)算結(jié)果會(huì)有較大的誤差。

環(huán)形振蕩器應(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(mén)因而不易實(shí)現(xiàn)，另外由于門(mén)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。