Кольцевой генератор — это простой автоколебательный электронный генератор, состоящий из серии из нескольких инверторов, где выход каждого подключен ко входу следующего. От последнего инвертора идет обратная связь на вход первого — закольцовывается в общем. В принципе, выходной сигнал кольцевого генератора представляет собой автономный сигнал, частота которого определяется количеством инверторов и задержкой прохождения каждого инвертора. Причем количество инверторов в кольцевом генераторе должно быть нечетным, иначе он будет вести себя как триггер.
Итого, кольцевой генератор — это схема, состоящая из нечетного числа инверторов. Инвертор принимает входные данные и выводит противоположное значение. Если нечетное количество инверторов подключено в кольцо, один инвертор вызовет переключение значения следующего инвертора. Поскольку выход последнего инвертора в кольцевом генераторе с нечетным числом инверторов связан со входом первого инвертора, каждый проход по кольцу будет инвертировать значение. На частоту выходного сигнала могут влиять определенные факторы, такие как изменения напряжения питания и температурные отклонения.
Теперь посмотрим еще один кольцевой генератор с RC-цепями. В этой схеме задержка вносимая инверторами определяется RC-цепью на выходе каждого каскада. То есть задержка каждого инвертора рассчитывается как время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора до логических порогов инвертора.
Концепции хаотического генератора
Хаотический генератор — это элементарная электронная схема, которая может генерировать разнообразные хаотические сигналы. Обычно единственным активным (и нелинейным) компонентом в такой схеме является дискретный биполярный транзистор.
Хаотический генератор может управляться как внешним управляющим сигналом (неавтономный генератор), так и без каких-либо внешних входных сигналов (автономный хаотический генератор).
Неавтономный хаотический генератор на основе транзистора обычно состоит из одного или двух транзисторов с биполярным переходом, нескольких пассивных компонентов и обычно источника синусоидального сигнала.
С другой стороны, хаос часто получается в автономном (самовозбуждающемся) хаотическом генераторе путем работы классического (периодического) генератора с другими параметрами, но в некоторых случаях к исходной структуре классического генератора добавляются дополнительные схемы.
Далее примеры неавтономного хаотического генератора на основе транзисторов и автономного хаотического генератора Хартли. Еще одним классическим генератором, в котором при выбранных значениях компонентов можно наблюдать хаотическое поведение, является генератор Колпитца.
Известную топологию классического периодического генератора можно модифицировать путем включения некоторых дополнительных компонентов для создания хаоса. Более того, схема Чуа, изобретенная в 1983 году Леоном О.Чуа , демонстрирует классическое хаотическое поведение. Проще говоря это означает, что это непериодический генератор генерирует колебательную форму, которая, в отличие от обычного электронного генератора, никогда не повторяется.
Простота построения схемы Чуа сделала ее частым реальным примером хаотической схемы, что побудило некоторых даже объявить ее парадигмой хаоса.
Схемы с кольцевым генератором
Вот практическая схема кольцевого генератора под LED. Номиналы резисторов и конденсаторов задают скорость включения и выключения светодиодов.
Работая с этой схемой генератора можем определить, насколько быстро надо чтобы светодиоды мигали, просто настроив значения RC-цепи, используя уравнение T = R x C, где T измеряется в секундах, R в Омах, а C в фарадах.
Можно собрать эту схему кольцевого генератора, используя обычные транзисторы C1815, но гораздо надежнее она заработает с МОП-транзисторами 2N7000.
Ещё один вариант, который можете попробовать на практике, состоит в использовании микросхемы транзисторной матрицы HCF4007UBE для последовательного построения трех отдельных КМОП-инверторов, как показано на схеме ниже.
При запуске тестовой схемы со стабилизированным блоком питания 3,3 В было замечено, что выходной сигнал (TP1) имеет почти полный диапазон напряжения с амплитудой, близкой к 3 В от пика к пику. А форма сигнала представляет собой красивую синусоиду с частотой около 123 Гц (C1-C2-C3 = 1 мкФ). В этом случае задержка инвертора может быть оценена примерно в 2,7 мс.
Частота кольцевого генератора может определяться количеством каскадов инвертора. Добавив RC-цепь на каждом выходе инвертора, а не просто конденсатор, вы можете повторить этот эксперимент с кольцевым КМОП-генератором по-своему.
Обратите внимание, что микросхема HCF4007UBE состоит из трех взаимодополняющих пар МОП-транзисторов с режимом улучшения N и P-каналов, подходящих для последовательного применения.
Подводя итог, можно сделать вывод, что кольцевой генератор — это простая и понятная схема для проектирования и практической реализации, что делает ее идеальной для различных применений.
