当前课程知识点：数字电子技术基础 > 第十一周 > 10.4.4 环形振荡器 > Video
前面我们学习了两个反相器
首尾相连的时候
它构成了我们触发器的存储核心
那现在如果三个反相器首尾相连
我们看一下这个电路会怎样工作
首先我们用电路原理的方式
来分析一下它的静态工作点
我们看VI1和VO之间
它们满足三个反相器级联之后
它的电压传输特性曲线
应该还是TTL
电压传输特性曲线的本身
就是我们看到的这条线
除此之外VI1和VO
由于由一条导线相连
因此他们之间又满足VI1和VO
是相等的这条斜线
由此我们可以求得
这个电路如果想稳定
是一个静态的话
它的工作点应该是在这个转折区
在不高不低的这个区
一个电路在数字电路当中
在这个门电路当中的输入
如果在不高不低的这个
放大区的话
那么任何一点扰动的变化
都会把它推向高电平
或者是低电平
那么这个电路
如果被推向高电平之后
我们看一下什么结果
VI1如果现在在高电平
那么VI2会取反之后是低电平
VI3取反之后是高电平
VI3再次取反高电平
会回到你的VI1
这一串的分析每一次取反的时候
都经过了一个门电路的
传输延迟时间
换言之 刚才三个门的
传输延迟时间
才使得一个相反的电平
回到了最原始的输入部分
那我原来在输入是高电平
所待的时间是多长呢
那就是三个tPD
三个tpd之后低电平回来了
那我在低电平还能呆多长时间呢
还是三个tpd
这取决于整个电路结构当中
每一个门的传输延迟时间
和它的个数
通过这样的分析
我们发现这个电路其实是
可以振荡起来的
确实这就是一个最简单的
环形振荡器
而且我们发现只要是奇数个的
反相器
它都可以自激振荡起来
而且它的周期就是
你有N个反相器连起来成环形
那我的周期就是2N乘以tpd
这个tpd是每个门
大致的传输延迟时间
那么现在我们已经可以用
奇数个反相器构成环形
就能得到一个很简单的
环形振荡器
而这个环形振荡器的振荡周期
就是你所有的反相器的
传输延迟时间相加再乘以2
这个电路很简单
但是不实用
不实用的原因有两个
第一个它的周期不好调
因为你要调周期的话
你就要往里加门
这个每一个门的传输延迟时间
大概都是纳秒级的
那你要调这个门的个数
来调你的周期
这个电路不是特别好用
第二个不好用的原因
我们在写这个分析的时候
我写的是2乘以N乘以tpd
那这个tpd是我认为
我采用的门它们的传输延迟时间
大致都相同
但是大家都进过实验室
其实知道传输延迟时间
是一个测量值
而且每一个门应该相互
都有差异性
因此你的周期不仅不好调还不准
这样下来之后
这个电路就不实用了
那么实用的可控性比较好的
我们称为实用的环形振荡器
它的想法是什么呢
它的想法是我保留你整个的
这个负反馈的环形结构
但是我把其中一级的
传输延迟时间增大
让这一级的时间可控
而且远大于其他级
那这样一来我整个的这个
工作起来我的工作周期
主要就由我自己添加的这一级
来确定
如图所示
我把中间的第二级
增加RC积分环节
如果增加RC积分环节
从直观上来讲你会发现
G2的变化
不能很快的传到G3
因为它这接有电容
那么这个RC环节
会让你的电压信号
在传输的过程当中慢下来
慢到什么程度
最好是慢到整个的这个时间常数
以我的RC这个时间常数为主
RC的时间常数
它会远大于tpd
因此如果工作原理大致和
第一个简单的环形振荡器
一致的话
那么通过这样的改动
我期望的是工作原理类似
但是时间常数变了
变成多少 变成由我可以控制的
这个RC的时间常数τ
那么这是一个原理性的电路
这个电路看上去没有太大问题
原理讲的很清楚
但实际上这个电路
不是一个实用电路
我们作为课后的一个分析
大家可以去试试
这个电路你能不能估算出来
它的工作周期大致是多少
真的实用的环形振荡器
是这样改接的
把RC环节确实放在了第二步
放在了中间这个门
但是把电容C这一端不是接地
而不是接回了G2端的输入
这样我们就得到了一个
实用的环形振荡器
实用的环形振荡器
我们下边来分析一下
它的工作原理
如果这个电路上电之后
电容上没有电荷
而且由此带来的这边是
低电平的话
那么我们可以得到
输入从头开始是高电平
然后G1门的输出是低电平
G2门的输出是高电平
然后与电容相连的这一端
是低电平然后输出是高电平
那这是一个稳定的状态
在这个稳定状态下
大家看注意这个R
R上会有压差
因为R的一端接在了这个电容的
这一端是低电平
而另一端接在了G2门的输出
是高电平
所以这个时候这个压差
会形成电流
而这个电流会对电容C开始充电
电容C开始充电
会抬高VI3
这点电压抬高
在一定范围的时候
它不会引起电路的变化
但一旦它抬高到了VTH的时候
我们看有什么事情发生
充电充到VTH之后
它会引起G3门的输出
从高电平变成低电平
而G3门的输出高电平
变成低电平直接回到
G1门的输入上
使得G1门的输入
也从高电平变成了低电平
G1门的输入从高电平
变成了低电平
也就意味着G1门它的输出
会从低电平变成高电平
G1门的输出从低电平变高电平
由于电容的一端
是直接连在了G1门的输出上的
也就是电容极板的一级
它的电位发生了变化
而我们知道电容两端的压差
是不能突变的
刚才他们的压差是
一个是低电平一个是VTH
那现在有极板的一端
它的电平进行了一个
高电平的跳变
那这个就会耦合到电容的另一端
那也就是说我电容这端
就会使得刚才冲到VTH之后
在这个基础上再发生一个跳变
跳变到多少
跳变的就是把你电容
另外一端的这个高跳变
就耦合过来
在这个同时
由于你的G1的输出从低电平
变成了高电平
所以你的G2门的输出
就会从高电平变为低电平
那刚才还是通过电阻
向C充电的这个电位发生了变化
变化成了什么呢
变化成了电阻的一端是低电平
而另一端变成了一个VTH
加上一个高T电平之间的差
那我们又看到电阻上又有压差了
电阻上的压差要开始形成电流
这个又是电容极板上
电荷的一个放电过程
那么在放电的过程当中
我们看到刚才你变成VTH
加上的这个跳变的这个电平的
这个值会往下降
在一定范围内也是不会引起
我输出的变化
但是如果我降到VTH
如果我降到VTH
这个放电过程还在持续的话
它又会推动电路状态的转换
它会怎么样呢
它会把电路的输出
从低电平变成高电平
电路的输出要是从低电平
变成了高电平
回过来也影响了G1门的输入
从低电平变成了高电平
而G1门的输出由于输入的变化
也会从高电平变为低电平
G1门的输出如果从高电平
跳变到低电平
就意味着电容极板的一端
发生了一个高低电平差的
向下的跳变
而这个跳变通过电容
会耦合到电容的另一端
而这一端刚才还在放电
放到多少 放到VTH
那现在呢
就会在这个基础上
再减去一个 VTH再减去一个
前方的这个跳变
那是多少呢
是高电平和低电平的差
与此同时
你在前端G1门
从高电平变低电平的时候
G2门的输出也会从低电平
变为高电平
那么有了这么一个跳变之后
我们发现情况又发生变化了
这个时候电阻两端的压差的方向
又变了
又变成了一个从G2门的输出
要通过R对电容充电的
这么一个过程
那充电的起点是谁呢
充电的起点就是刚才我们看到的
这个VTH减去一个高低电平
压差的这么一个值
那有了这个充电放电
放电充电的这个状态的转换
我们就知道在这个电路当中
工作起来之后我的输出
会在高低电平之间跳变
而不需要外界的电路
这就是一个振荡的电路
那核心点在哪
核心点就是我每次充放电的起点
都是由于电容的这一端
都是由于电容这一端
而每一次充放电的终点
也都是由于这一端的电压值
到达了VTH
推动了整个变化
好 由此我们得到了它的波形
也清楚了我们可以通过RC
来调节整个电路的时间常数
那这个时间常数的运算
在要进行定量的时候
在画完波形图的基础上
就应该要开始打开电路
求它的等效电路了
通过求等效电路
在对刚才我们所做的分析
进行修订
最后计算出它的值来
那我们打开这个电路
就像我们前面提到的
在打开电路的时候
门电路的输出
都看成有内阻的电压源
大家注意a图和b图
分别表达的是充电和放电的
两个图
a图是充电图的时候
对应的是我们VI3
是低电平的时候
VI3是低电平的时候
前端的输出我把它等效成了
VOH2
一个有内阻的电压源
由于TTL的内阻较小
所以现在直接等效成了一个
VOH2一个高电平
同理在放电的时候也是这样
TTL门电路的输出
等效成有内阻的电压源
由于内阻较小
在这个图当中忽略了
所以直接得到了下面这个图
而输入部分TTL输入的部分
后级相连的输入我照常画下来
如果在电路当中
它参与了充放电
那我就把它作为
等效电路的一部分进行运算
如果没有那我就可以不考虑它
那对于我们来讲
我们可以通过电路原理的知识
求出它的等效电路
然后再计算出它的时间常数即可
-0.1 数字量和模拟量
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-0.2 电子技术的发展历程
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-0.3 课程的基本任务
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-1.1 信息与编码
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-1.2 二进制的补码
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-1.3 二进制补码运算的符号位
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-1.4 二进制的编码
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-1.5 用电压来表达信息
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-1.6 电压信号的离散化
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-2.1 逻辑代数概述
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-2.2 逻辑代数的三种基本运算
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-第一周--第一周作业
-2.3 几种常用的复合逻辑运算
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-2.4 逻辑代数的基本公式和常用公式
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-2.5 逻辑代数的基本定理
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-2.6 逻辑函数及其表示方法
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-2.7 逻辑函数形式的变换
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-2.8 逻辑函数的化简
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-2.9 逻辑函数的最小项之和
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-2.10 逻辑函数的最大项之积
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-2.11 最小项和最大项的关系
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-2.12 逻辑函数的卡诺图
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-2.13 卡诺图化简法
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-2.14 具有无关项的逻辑函数及其化简
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-2.15 逻辑函数的机器化化简法
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-第二周--第二周作业
-3.0 门电路概述
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-3.1-1 半导体二极管的开关特性
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-3.1-2 二极管与门
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-3.1-3 二极管或门
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-3.1-4 二极管门电路的缺点
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-3.2-1 MOS管的基本构造和工作原理
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-3.2-2 MOS管的开关特性
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-3.2-3 MOS管的工作特性曲线
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-3.3-1 CMOS反相器的电路结构和工作原理
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-3.3-2 CMOS反相器的电压电流传输特性
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-3.3-3 CMOS反相器的静态输入输出特性
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-3.3-4 CMOS反相器的动态特性
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-3.3-5 CMOS反相器的总功耗
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-第三周--第三周作业
-3.4-1 其他逻辑功能的CMOS门电路
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-3.4-2 带缓冲级的CMOS门电路
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-3.4-3 漏极开路的门电路
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-3.4-4 CMOS传输门和三态门
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-3.5-1-1 双极型三极管的输入输出特性
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-3.5-1-2 双极型三极管的基本开关电路
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-3.5-1-3 双极型三极管的开关等效电路、三极管反相器
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-第四周--第四周作业
-3.5-2-1 TTL反相器的电路结构
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-3.5-2-2 TTL反相器的工作原理
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-3.5-2-3 TTL反相器中的几个 问题和输入噪声容限
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-3.5-3-1 TTL反相器的输入输出特性
--Video
-3.5-3-2 TTL反相器的输入端负载特性
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-3.5-3-3 TTL反相器的扇出系数
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-3.5-4-1 TTL反相器的传输延迟时间
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-3.5-4-2 TTL反相器的交流噪声容限
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-3.5-4-3 电源的动态尖峰电流
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-3.5-5-1 其他逻辑功能的TTL门电路
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-3.5-5-2 集电极开路输出的门电路
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-3.5-5-3 三态输出门
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-实验一：与非门电压传输特性曲线的观测
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-实验二：与非门传输延迟时间的测量
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-第五周--第五周作业
-4.1 组合逻辑电路的特点
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-4.2-1 组合逻辑电路的分析方法
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-4.2-2 组合逻辑电路的设计方法
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-4.3-1-1 若干常用组合逻辑电路：普通编码器
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-4.3-1-2-1 优先编码器
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-4.3-1-2-2 优先编码器的扩展
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-4.3-1-3 二-十进制优先编码器
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-4.3-2-1 译码器
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-4.3-2-2 二进制译码器的扩展
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-4.3-2-3-1 显示译码器
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-4.3-2-3-2 显示译码器附加控制端的作用
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-4.3-2-4 用译码器设计组合逻辑电路
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-4.3-3-1 数据选择器
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-4.3-3-2 用数据选择器设计组合电路
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-4.3-4-1 加法器
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-4.3-4-2 多位加法器
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-4.3-4-3 用加法器设计组合电路
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-4.3-5 数值比较器
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-4.4-1_4.4-2 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象
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-4.4-3 消除竞争-冒险现象的方法
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-第六周--第六周作业
-4.5 可编程器件及EDA1
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-5.0 触发器的由来
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-5.1 门电路与触发器的关系
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-5.2 基本RS锁存器
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-5.3-1 电平触发的SR触发器
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-5.3-2 电平触发的D触发器1
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-5.3-3 电平触发的D触发器2
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-5.4-1-1 脉冲触发的触发器--主从D触发器
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-5.4-1-2 脉冲触发的触发器--主从SR触发器
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-5.4-1-3 脉冲触发的触发器--主从JK触发器
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-5.4-2 脉冲触发方式的动作特点
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-5.5 边沿触发的触发器
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-5.6-1 触发器的逻辑功能及其描述方法--SR触发器
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-5.6-2触发器的逻辑功能及其描述方法--JK触发器、T触发器、D触发器
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-第七周--第七周作业
-5.7-1 触发器的动态特性1
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-5.7-2 触发器的动态特性2
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-5.7-3 触发器的动态特性3
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-6.1-1 时序逻辑电路概述
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-6.1-2 时序电路的一般结构形式与功能描述方法
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-6.1.3 时序电路的分类
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-6.2.1-1 同步时序电路的分析方法1
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-6.2.1-2 同步时序电路的分析方法2
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-6.2.3 异步时序电路的分析方法
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-6.3.1-1 寄存器
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-6.3.1-2 移位寄存器1
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-6.3.1-3 移位寄存器2
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-6.3.1-4 移位寄存器扩展应用
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-6.3.2-1-1-1 计数器概述、同步二进制加法计数器
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-6.3.2-1-1-2 同步二进制减法计数器
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-6.3.2-1-1-3 同步加减计数器
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-6.3.2-1-2-1 同步十进制加法计数器
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-6.3.2-1-2-2 同步十进制减法计数器、十进制可逆计数器
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-6.3.2-2 异步计数器
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-第八周--第八周作业
-6.3.2-3-1-1 任意进制计数器的构成方法
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-6.3.2-3-1-2 任意进制计数器的构成方法--举例(N>M)
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-6.3.2-3-1-3 任意进制计数器的构成方法--举例(N<M)
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-6.3.2-4 计数器应用举例
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-6.4.1-1 时序逻辑电路的设计方法
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-6.4.1-2 时序逻辑电路的设计方法--举例
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-6.4.2 时序逻辑电路的动态特性分析
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-7.0 半导体存储器绪论
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-7.1 半导体存储器概述和分类
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-7.2-1 ROM的结构和工作原理
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-7.2-2 可编程ROM1
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-7.2-3 可编程ROM2
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-7.3 RAM的结构和工作原理
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-7.4-1 存储器容量的扩展-位扩展
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-7.4-2 存储器容量的扩展-字扩展
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-7.5 用存储器实现组合逻辑电路
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-第九周--第九周作业
-8.1 可编程逻辑器件概述
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-8.2-8.3-8.4 可编程逻辑器件-FPLA/PAL/GAL
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-8.5-8.6-8.7 可编程逻辑器件-EPLD/CPLD/FPGA
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-8.8-8.9 可编程逻辑器件-ISPGDS、PLD的使用
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-10.1-1 脉冲波形的产生和整形概述
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-10.1-2-10.2.1 门电路组成的施密特触发器
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-10.2.2 集成施密特触发器
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-10.2.3 施密特触发器的主要特点和应用
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-10.3.1-1-1 积分型单稳态触发器--结构和工作原理
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-10.3.1-1-2 积分型单稳态触发器--性能参数计算
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-10.3.1-2-1 微分型单稳态触发器--结构和工作原理
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-10.3.1-2-2 微分型单稳态触发器--性能参数计算
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-10.3.2 集成单稳态触发器
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-10.4.1 用施密特触发器构成的多谐振荡器
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-10.4.2 对称式多谐振荡器
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-10.4.3 非对称式多谐振荡器
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-第十周--第十周作业
-10.4.4 环形振荡器
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-10.4.5 石英晶体多谐振荡器
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-10.5 脉冲电路的分析方法
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-10.6.1 555定时器电路的结构与功能
--Video
-10.6.2 用555定时器接成施密特触发器
--Video
-10.6.3 用556定时器接成单稳态触发器
--Video
-10.6.4 用557定时器接成多谐振荡器
--Video
-11.1 数模和模数转换概述
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-11.2.1 权电阻网络D/A转换器
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-11.2.2 倒T型电阻网络D/A转换器
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-11.2.3 具有双极性输出的电阻网络D/A转换器
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-11.2.4 D/A转换器的转换精度和速度
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-11.3.1 A/D转换的基本原理
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-11.3.2 采样保持电路
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-11.3.3 并联比较型A/D转换器
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-11.3.4-1 反馈比较型A/D转换器--计数型
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-11.3.4-2 反馈比较型A/D转换器--逐次渐进型
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-11.3.5 双积分型和V-F型A/D转换器
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-第十一周--第十一周作业
-I-概述、电路设计及功能仿真
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-II-指定芯片及时序仿真
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-III-选外设（自动化）、锁定引脚并生成下载文件
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-IV-电路扩展设计
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-V-用Verilog描述状态机电路
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