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9.5.1 RC环形振荡器

( a ) 逻辑电路图 ( b )输出波形图

图9.5.1 由三"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“非”门为例，如图9.5.1所示。设某一时刻电路的输出端v_O3为1，经过1个传输延迟时间t_pd后 v_O1为0，经过2个传输延迟时间t_pd后 v_O2为1，经过3个传输延迟时间t_pd后 v_O3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6t_pd。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9.5.2 RC 环形振荡器

　　RC 环形多谐振荡器是在图9.5.1电路中加入RC 环路，如图9.5.2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R_S是限流电阻，阻值不大，约100Ω 。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9.5.3。

图9.5.3 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 v_I1（ v_O）由0上跳到1，则 v_O1（v_I2）由1下跳到0、 v_O2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，v_I3必定跟随v_I2下跳。这个负跳变（因为R_S很小之故，可近似认为就是G₃门的输入电压）保持v_O为1。
　　其次，由于v_O2为高电平、v_O1为低电平，故有电流通过电阻R 对电容C 进行充电，并使v_I3逐渐上升。在t₂时v_I3上升到门电路的阈值电压V_T，使v_O（v_I1）由1下跳到0，则v_O1（v_I2）由0上跳到1，v_O2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，v_I3必定跟随v_I2上跳。这个正跳变保持v_O为0。
　　其次，由于v_O2为低电平、v_O1为高电平，电容C 经R 及G₂门开始放电，并使v_I3逐渐下降。在t₃时v_I3下降到V_T，使v_O（v_I1）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v_O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