环形振荡器 环形振荡器 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10.3.2所示，可见振荡周期为T=6tpd。 图10.3.1 环形振荡器的原理电路 图10.3.2 环形振荡器的工作波形 10.3.2 环形振荡器的改进原因 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10.3.3和10.3.4所示。 图10.3.3 环形振荡器的改进电路 10.3.4 环形振荡器的实用改进电路图 10.3.3 环形振荡器的改进原理 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。 10.3.4 环形振荡器的实用电路 环形振荡器的实用电路 如图10.3.4,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10.3.5所 示。 图10.3.5中画出了电容C充、放电的等效电路。利用式： 图10.3.5 电路的工作波形 和式 求得电容C的充电时间T1和放电时间T2各为 　 其中 　 若R1+RS》R ,VOL≈0,则VE≈VOH,RE≈R,这时T1和T2可简化为 故图10.3.5电路的振荡周期近似等于 

假定VOH=3V、Vth=1.4V,代入上式后得到 T≈2.2RC 式T≈2.2RC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。