第 11 章　基本振盪電路 課本圖檔

第 11 章 基本振盪電路 11-1 正弦波產生電路 11-2 多諧振盪器 11-3 施密特觸發器 11-4 方波產生電路 第 11 章　基本振盪電路 …………………………………………………………… 11-1 正弦波產生電路 11-2 多諧振盪器 11-3 施密特觸發器 11-4 方波產生電路 11-5 三角波產生電路

11-1　正弦波產生電路 ………………………………………………………………………….… 1. 振盪器之定義 節目錄

(1) 功能：將直流型式電能轉換為交流型式電能。 (2) 結構：包含一增益放大器及可產生相移及衰 減的正回授電路。 節目錄

2. 正回授效應 節目錄

(1) 正回授效應：回授訊號與原輸入訊號同相位， 則此放大器將有提高增益的功 能。 則此放大器將有提高增益的功 能。 (2) 公式： (3) 構成振盪器條件 節目錄

3. 振盪條件 (1) 維持振盪狀態條件 回授迴路的相移必須 為0°。 閉回授迴路的Acl必須 等於1。 節目錄

(4) 除了上述的正回授、巴克豪生準則外，一個 實用的振盪器尚需注意下列各項。 (2) 巴克豪生準則： (3) 一般設計振盪器，都使 值略大於1 (約略大5%，視元件特性而異)。 (4) 除了上述的正回授、巴克豪生準則外，一個 實用的振盪器尚需注意下列各項。 需要有一交流漣波甚低的穩定直流電源， 同時不使振盪電流流入電源迴路中(可以加 裝反交連電路)。 需要有一高效率放大器，以補充足夠的能 量以維持振盪。 需要有一選擇振盪頻率的控制電路(可以採 用R-C，L-C或石英晶體)。 節目錄

4. 低頻振盪器 (1) 相移振盪器 場效電晶體式相移振盪器 節目錄

A.結構：採用三節RC相移網路，設計每 節相移60°，三節共相移180°，構 成正回授後再配合巴克豪生準則 即可振盪。 (完全未考慮負載 B.公式 (完全未考慮負載 效應，且滿足R1C1 =R2C2=R3C3=RC) (領先型回授網路 ，如圖11-6，較 常用型) (落後型回授網路) 節目錄

運算放大器組成的相移振盪器 A.結構：輸出經三節RC相移網路相移180° 以得到正回授。 B.公式 節目錄

(2) 韋恩電橋振盪器 正回授：由R1、C1、R2、C2組成  產生振 盪，形成頻率調整。 節目錄

領先-落後網路有一共振頻率fr，在共振 頻率時，其網路之相位移為0°，衰減率為 。 負回授：由R3、R4組成  決定回授電壓， 以穩定輸出訊號的振幅。 若選擇R1=R2=R，C1=C2=C，則 公式 領先-落後網路有一共振頻率fr，在共振 頻率時，其網路之相位移為0°，衰減率為 。 節目錄

5. 高頻振盪器 (1) 基本組態 電路：由LC振盪電路組成。 優點：頻率選擇性高，廣泛應用在無線電 發射機與接收機中。 節目錄

公式 節目錄

(2) 哈特萊振盪器 場效電晶體式 節目錄

A.正回授：在儲能電路之線圈設一中間抽 頭，利用線圈來完成。 電路簡單。 易產生振盪。 B.特點 調節儲能電路中C，可改變頻率。 C.公式 均為共軛阻抗，每節相移90°， 兩節即可達成180°的相移。 節目錄

運算放大器式 A.OPA提供了所需要的基本放大作用。 B.振盪頻率由LC回授網路決定。 C.公式 節目錄

(3) 考畢子振盪器 場效電晶體式 節目錄

A.正回授：將儲能電路之電容分成兩個， 利用電容來完成。 B.公式 節目錄

運算放大器式 節目錄

A.OPA提供了所需要的放大作用。 B.振盪頻率由LC回授網路決定。 C.由於C1、C2為可調，所以振盪頻率及回 授量的可調範圍較廣，其振盪較哈特萊 式安定。 D.公式 節目錄

(4) 克拉普振盪器 節目錄

假若 C3 遠小於 C1 及 C2 ，則共振頻率 fr 幾乎 完全由 C3 控制。 電路：為考畢子振盪器的改良型。 公式 ≒ 假若 C3 遠小於 C1 及 C2 ，則共振頻率 fr 幾乎 完全由 C3 控制。 ≒ 節目錄

(5) 石英晶體振盪器 節目錄

對晶體表面施加機械應力時 ，在晶體的兩對應面間會產 生電位差。 對晶體施加電壓時，則晶體 的表面會發生變形而產生機 械應力。 壓電效應 對晶體表面施加機械應力時 ，在晶體的兩對應面間會產 生電位差。 對晶體施加電壓時，則晶體 的表面會發生變形而產生機 械應力。 為一種機械能與電能的互換。 晶體的Q值很高，所以晶體的振盪頻率非 常穩定。 節目錄

符號及交流等效電路 A.晶體的等效電路為一串、並聯的RLC 網路，並且能夠操作於串聯共振或是 並聯共振。 節目錄

串聯共振與並聯共振 節目錄

(A)特性：整個電路的阻抗最大(等於QRS) ，RS、LS、CS串聯電路的感 抗等於並聯的容抗(Xcm)。 (A)特性：感抗被容抗抵消，RS決定晶 體的阻抗，支路的阻抗最小 (等於RS)。 (B)公式： B.並聯共振 (A)特性：整個電路的阻抗最大(等於QRS) ，RS、LS、CS串聯電路的感 抗等於並聯的容抗(Xcm)。 (B)公式 節目錄

基本晶體振盪器 節目錄

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11-2 多諧振盪器 1. 定義： 將主動元件工作於非線性區域內，使兩 個放大元件交替工作於飽和與截止狀態， 11-2　多諧振盪器 ………………………………………………………………………….… 1. 定義： 將主動元件工作於非線性區域內，使兩 個放大元件交替工作於飽和與截止狀態， 使輸出造成嚴重的失真，致使輸出波形 中富含諧波，謂之為多諧振盪器。 2. 分類 無穩態多諧振盪器(astable multivibrator) 或稱為自激多諧振盪器(free-running multivibrator)，此種振盪器不需外加 激發訊號，只要設計妥當，便可以提 供一連串的脈波輸出。 節目錄

multivibrator)或稱為單擊多諧振盪器 (one-shot multivibrator)，它只有在輸 單穩態多諧振盪器(monostable multivibrator)或稱為單擊多諧振盪器 (one-shot multivibrator)，它只有在輸 入端每次接收到觸發脈波時，才產生 出一個單觸的矩形輸出脈波，其寬度 (脈波延續時間)的大小為電路元件(RC值)的函數。 雙穩態多諧振盪器(bistable multivibrator)或稱為正反器(flip-flop)，該電路有兩個穩定狀態，若電路的輸入端獲得一外來觸發訊號，將使整個工作狀態反轉，並維持在此一狀態直至再獲得另一外來觸發訊號。 節目錄

結構：此IC是由線性比較器與數位正反器 組合而成。 比較器輸入端的參考位準設定在 及 。 3. 無穩態多諧振盪器 (1)555計時IC 結構：此IC是由線性比較器與數位正反器 組合而成。 比較器輸入端的參考位準設定在 及 。 節目錄

(2) 利用555計時IC所組成的無穩態多諧振盪器 節目錄

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≒ 公式 節目錄

(3) 工作週期為50%之555計時IC無穩態多諧振 盪器。 節目錄

在圖11-28(a)中，使R2>> R1，即T2≒ T1。 方法 如圖11-31所示。 公式 ≒ 節目錄

4. 單穩態多諧振盪器 節目錄

(1) 工作原理：當觸發輸入訊號為負向時，它就 觸發了單穩態電路而使接端的 輸出為高態。 (2) 輸出在高態停留的時段為TH=1.1RC 節目錄

5. 雙穩態多諧振盪器 節目錄

(1) 功能：它能在高態與低態中維持穩定，所以 可應用作記憶電路。 (2) 在數位邏輯中是正反器的基本電路。 (3) 圖11-34中，將第2腳（觸發腳）與第6腳（臨界腳）接在一起當作輸入端，以改變輸出狀態。 (4) Vo－Vi 轉移特性曲線類似於反相施密特觸發器。 節目錄

11-3　施密特觸發器 ………………………………………………………………………….… 1. 整形作用 節目錄

(1) 特性：參考電壓 VUT 與 VLT 兩點作比較，可使 電路避免於錯誤動作或交換過於頻繁。 (2) 功能：將一不規則雜波輸入，整型成為等幅 方波或矩形波輸出。 (3) OPA組成的電路動作較電晶體式快，電路也 比較簡單。 節目錄

2. 反相施密特觸發器 節目錄

(1) 遲滯現象：使輸入由小變大時，相對的參考 電壓有較大值，而輸入由大變小 時，參考電壓變為較小值。此兩 個高低之參考電壓VUT與VLT是由 圖11-36(a)所示之正回授(R1、R2 組成)而得。 (2) 公式 ≒ ≒ (3) 轉換特性曲線在第Ⅱ、Ⅳ象限變化。 節目錄

(4) 施密特觸發器之遲滯作用 節目錄

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3. 反相施密特觸發器(附加參考電壓VREF，簡稱VR) 節目錄

若VR > 0時，則 VUT 與 VLT 皆往右移 （表示 VUT 增加，│VLT│減少）。 壓左右對稱。 (1) 特性 (2) 公式 (3) VHYS的值不隨參考電壓VR而改變。 節目錄

4. 同相施密特觸發器 節目錄

當Vi為正壓且Vi > VUT時，Vo = +Vo(max) ≒+VCC，特性曲線在第一象限變化。 (1) 公式 (2) 特性 當Vi為正壓且Vi > VUT時，Vo = +Vo(max) ≒+VCC，特性曲線在第一象限變化。 當Vi為負壓且Vi < VLT時，Vo =－Vo(max) ≒－VCC，特性曲線在第三象限變化。 節目錄

5. 用相施密特觸發器（附加參考電壓VREF，簡稱VR） (1) 公式 (2) 特性 節目錄

11-4 方波產生電路 1. 電路：將反相施密特觸發電路應用於當方波 產生器。 2. 於電容器 C 的兩端可得到鋸齒波，輸出端則 11-4 方波產生電路 ………………………………………………………………………….… 1. 電路：將反相施密特觸發電路應用於當方波 產生器。 2. 於電容器 C 的兩端可得到鋸齒波，輸出端則 為方波（V1為Vo之分壓，V1亦為方波）。 3. V1（V+）與VC（V－）同電位失效。 節目錄

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6. Vo為方波（在 ±VCC = ±Vsat 之範圍），VC 為鋸齒波（受限於VUT與VLT之範圍）。 4. 如同無穩態多諧振盪器，產生自激振盪。 5. 公式 6. Vo為方波（在 ±VCC = ±Vsat 之範圍），VC 　為鋸齒波（受限於VUT與VLT之範圍）。 7. 正回授量 節目錄

11-5　三角波產生電路 ………………………………………………………………………….… 節目錄

3. R與C功能：決定週期和頻率。 4. 公式 5. Vo1為方波(在±Vsat之範圍)，Vo2為三角波 (在VUT與VLT之範圍)。 化的方波當為積分器的輸入，積分器因此產 生反相直線的三角波輸出。 決定正回授  值 決定Vo2三角波的振幅 2. R1與R2功能 3. R與C功能：決定週期和頻率。 4. 公式 5. Vo1為方波(在±Vsat之範圍)，Vo2為三角波 (在VUT與VLT之範圍)。 節目錄

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