逻辑门组成的振荡器

TTL或CMOS的反相器(逻辑门集成电路)，按照奇数级串联且首尾相接，便构成环形振荡器。如果对反相器附加LC电路，便构成LC振荡器，或对反相器附加晶振，便构成晶体振荡器等等。TTL或CMOS的反相器构成的振荡器，其特点是电路简单，振荡波形是方波而不是正弦波。
    

鉴于这类振荡器，在专业学校电子实验室，工业控制设备中已广泛使用，在这里以实例给予分别介绍。

    

1． 环形振荡器

    

奇数级三级反相器构成的环形振荡器如图1(a)所示，输出波形如图1(b)所示，其工作原理简述如下。

    
    
    
    
    
    

 

    

设在图1(a)电路中，环形闭合以前的第一级反相器的输入端A点为低电平，经过三级反相之后，第三级反相器输出端B必为高电平。在t=O时刻，将环路闭合，此时电源(VDD)通过第三级内部导通的输出晶体管对A点的输入电容充电，第一级反相器经过一级平均延迟时间tal之后，其输出状态发生转换。按此逻辑方式，经过(ta1+ta2+ta3)之后，第三级反相器输出端由高电平转换为低电平。接着A点的输入电容将通过第三级内部导通的输出晶体管放电，经过(tal+ta2+ta3)之后状态再次发生转换，完成一个振荡周期输出，如图1(b)的方波信号。如果反相器各级的平均延迟时间相等，即：则一个脉冲周期的时间为T=6ta或振荡频率
     。如果n为奇数，将n级闭环串联，则有；此外，各反相器的输入、输出延迟时间还与反向器所加的电源电压值有关。为此，在实际设计该类振荡器时，为了估算TTL或CMOS反相器的平均传输(即延迟)时间，可将多级奇数级的反相器首尾相连构成振荡器，用示波器观察波形，再用高档频率计，测出其周期，则可求出相器一级的平均延迟时间其中n为反相器的级数。
    

    

    
    
    
    
    
    

图2(a)是一级门74AC04(反向器)组成的Vhf(超高频环形振荡器)，振荡器的频率已如上所述，其输入、输出的传输延迟时间与反相器工作的电源电压有关。因此图2(a)的振荡频率可通过电源电压的不同值(+2V～+5V)进行调整，如图2(c)所示。由图2(c)看出，电源电压由+2V到+5V时，fo的变化约为130MHz／+2V～280MHz／+5V。实测该振荡器的功率输出约+5dbm／2V、+16adm／+5V，图2(b)是反向器74AC04的供电和电源端的电容滤波电路。

    

图3(a)是74AC04的三级反相器组成的环形振荡器，振荡器的工作频率fo，仍同上述一级门一样，由电源电压变化进行调节。由于图3(a)采用了三级反相器，所以输入、输出信号的延迟时间已增加，其振荡频率与图2(a)相比会下降。图3(c)是图3(a)振荡器的fo与电源的关系。从图3(c)看出，振荡器的频率变化约为30MHz／+2V～82MHz／+5V。实测振荡器的功率输出为+8.3dBm／2V、+17dBm／+5V。图3(b)是集成块供电及滤波电路。

    

    
    
    
    
    
    

 

    

2． LC振荡器

    

以上介绍的环形振荡器电路，其振荡器频率主要取决于反相器的内部参数，虽然振频率可由反相器供电电源调节，但十分不便。为了实现设计者给定的频率,
     可在反相器外部，外接电感或电容器。

    

图4是74AC04反相器外加LC的标准型振荡器。在给定的工作电压时，振荡器的频率是电感L1、电容C，以及信号传输延迟的函数关系。在图4左边给定有电感L1、电容VCl、与振荡频率的定量关系。该电路的功率输出为17dBm／+5v。

    

    
    
    
    
    
    

 

    

3． 晶体振荡器

    

图5是74AC04反相器与晶振XLl组成的泛音振荡器，这里的泛音是指振荡频率除基波外，还有3次和5次等谐波，此外，该晶体振荡器频率极其稳定。该振荡器若外加放大电路，可供实验室作为Vh5／Vh5(超高频或甚高频)发射器，或者用作相应频段接收机作本机振荡器。在图5中列出了晶振、电感L、以及相关电容等对应的泛音频率和振荡器的功率输出等关系。