- Ringoszillator
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Ein Ringoszillator ist eine elektronische Oszillatorschaltung. Er schwingt selbstständig an und benötigt keine externen Komponenten wie Kondensatoren oder Spulen.
Schaltdiagramm eines dreistufigen Ringoszillators
Ein Inverter oder Transistor in Emitterschaltung zeigt an seinem Ausgang das Signal des Eingangs, mit umgekehrtem Pegel (Phasenumkehr 180°). Das gleiche gilt für die Reihenschaltung einer ungeraden Anzahl 2n+1 gekoppelter Inverter, dadurch wird gleichspannungsmässig der Arbeitspunkt festgelegt (Gegenkopplung).
Koppelt man den Ausgang auf den Eingang, schwingt der Schaltkreis, da die Schwingungsbedingung erfüllt ist:
- Aufgrund einer Phasendrehung jeder Stufe, von 120° in der Nähe der Grenzfrequenz der drei fest eingebauten Inverter (siehe Bild) wird die Gesamt-Phasendrehung von 0° erreicht. Die Stufen verhalten sich hierbei als RC-Tiefpässe.
- Die Schleifenverstärkung übersteigt bei allen Stufen den kritischen Wert 1. Es entstehen rechteckähnliche, verzerrte Schwingungen.
In der Schemazeichnung bilden drei Inverter den Oszillator, aber jede andere ungerade Anzahl ist ebenfalls geeignet, die Phasendrehungen der Einzelstufen können dann kleiner ausfallen als 120°. Der vierte dient als Treiber zur Auskopplung des Signals. Durch Signalverzögerung (Laufzeitleitung), also breitbandig gegenüber der Schwingfrequenz, kann ebenfalls die Schwingbedingung erfüllt werden (Laufzeitoszillator), die Signalform ist dann aber nicht mehr vorhersehbar, da die Schaltung dann aperiodisch arbeitet, diese Schaltungen wurden z.B. früher als Laufzeitspeicher eingesetzt. Die Effekte von Laufzeit und Phasendrehung können auch kombiniert werden.
Umgekehrt kann aus der Frequenzmessung einer Kette von Invertern die Grenzfrequenz eines Elements bestimmt werden. Das wird oft zur Bestimmung der Laufzeit von Signalen in neu entwickelten Logikbausteinen oder der Grenzfrequenzbestimmung von neu entwickelten Transistoren ausgenutzt.
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