RC环形振荡器

( a ) 逻辑电路图 ( b )输出波形图
图1 由三与非门构成的基本环形振荡器
利用逻辑门电路的传输延迟时间,将奇数个与非门首尾相接,就可以构成一个基本环形振荡器。以三个“与非”门为例,如图1所示。设某一时刻电路的输出端vo3为1,经过1个传延迟时间tpd后 vo1为0,经过2个传延迟时间tpd后 vo2为1,经过3个传延迟时间tpd后 vo3为0。如此自动反复,于是在输出端得到连续的方波,且周期为6tpd。这种电路简单,但由于门电路的传输延迟时间很短,因此这种振荡器的振荡频率极高且不可调,所以实际中用处不大。
图2 rc环形振荡器
rc环形多谐振荡器是在图1电路中加入rc环路,如图2所示。它不但增大了环路延迟时间,降低了振荡频率,而且通过改变rc的数值可以调节振荡频率。其中rs是限流电阻,值不大,约100 。由于加入rc环路电路的振荡周期大大增加,逻辑门电路的传输延迟时间同其相比可忽略,于是各点波形如图3。
图3 rc多谐环形振荡器
各点波形图
(1)第一个暂稳状态(t1~t2)
   设在t1时 vi1( vo)由0上跳到1,则 vo1(vi2)由1下跳到0、 vo2由0上跳到1。根据电容c的电压不能跃变的特点知必定引起一个rc电路的暂态过程。
首先,vi3必定跟随vi2下跳。这个负跳变(因为rs很小之故,可近似认为就是g3门的输入电压)保持vo为1。
其次,由于vo2为高电平、vo1为低电平,故有电流通过电阻r对电容c进行充电,并使vi3逐渐上升。在t2时vi3上升到门电路的阈值电压vt,使vo(vi1)由1下跳到0,则vo1(vi2)由0上跳到1,vo2由1下跳到0。  (2)第二个暂稳状态(t2~t3)
首先,和第一个暂稳状态相似,各门电路的状态发生上述翻转后,由于电容电压不能跃变之故,vi3必定跟随vi2上跳。这个正跳变保持vo为0。
其次,由于vo2为低电平、vo1为高电平,电容c经r及g2门开始放电,并使vi3逐渐下降。在t3时vi3下降到vt,使vo(vi1)又由0上跳到1,开始重复第一个暂稳状态。
由于电容c的充、放电在自动地进行,故在输出端vo得到连续的方波,其频率由电容的充放电的时间常数决定。由于电容充放电回路不完全相同,故充电时间常数与放电时间常数有所区别。如采用的是ttl门电路,经过估算,震荡周期约为