第 11 章　基本振盪電路 課本圖檔.

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1 第 11 章　基本振盪電路 課本圖檔

2 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 …………………………………………………………… 正弦波產生電路 多諧振盪器 施密特觸發器 方波產生電路 三角波產生電路

3 11-1　正弦波產生電路 ………………………………………………………………………….… 1. 振盪器之定義 節目錄

4 (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

5 2. 正回授效應 節目錄

6 (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

7 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

8 (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

9 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

10 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

11 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

12 (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

13 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

14 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

15 公式 節目錄

16 (2) 哈特萊振盪器 場效電晶體式 節目錄

17 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

18 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

19 (3) 考畢子振盪器 場效電晶體式 節目錄

20 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

21 運算放大器式 節目錄

22 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

23 (4) 克拉普振盪器 節目錄

24 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

25 (5) 石英晶體振盪器 節目錄

26 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

27 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

28 串聯共振與並聯共振 節目錄

29 (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

30 基本晶體振盪器 節目錄

31 節目錄

32 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

33 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

34 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

35 (2) 利用555計時IC所組成的無穩態多諧振盪器
節目錄

36 節目錄

37 ≒ 公式 節目錄

38 (3) 工作週期為50%之555計時IC無穩態多諧振 盪器。
節目錄

39 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

40 4. 單穩態多諧振盪器 節目錄

41 (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

42 5. 雙穩態多諧振盪器 節目錄

43 (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

44 11-3　施密特觸發器 ………………………………………………………………………….… 1. 整形作用 節目錄

45 (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

46 2. 反相施密特觸發器 節目錄

47 (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

48 (4) 施密特觸發器之遲滯作用 節目錄

49 節目錄

50 3. 反相施密特觸發器(附加參考電壓VREF，簡稱VR)
節目錄

51 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

52 4. 同相施密特觸發器 節目錄

53 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

54 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

55 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

56 節目錄

57 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

58 11-5　三角波產生電路 ………………………………………………………………………….… 節目錄

59 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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