Transcript 電路圖

電子學(含實習)奪分寶典Ⅱ
第十一章
基本振盪電路
應用
RC 領前型相移振盪電路公式
主動
元件
電
路
圖
振盪
頻率
振盪
條件
OPA
FET 電晶體
P11-3 表11-1
BJT 電晶體
P11-3 表11-2
韋恩電橋振盪電路
電路圖
振盪頻率
電壓增益
振盪條件
哈特萊振盪電路
主動
元件
BJT 電晶體
FET 電晶體
電
路
圖
振盪
條件
振盪
頻率
回授率
P11-4 表11-3
OPA
考畢子振盪電路
主動
元件
BJT 電晶體
FET 電晶體
電
路
圖
振盪
條件
振盪
頻率
回授率
P11-4 表11-4
OPA
反相舒密特觸發電路： 加上 + VR
臨
界
電
壓
點
電路圖
條
件
上限
電壓
VU
下限
電壓
VL
遲滯
電壓
工作週期 D%
轉換特性曲線
（參考電壓為 +VR 時，圖形右移）
P11-5 表11-5
反相舒密特觸發電路： VR ＝0
臨
界
電
壓
點
電路圖
條
件
上限
電壓
VU
下限
電壓
VL
遲滯
電壓
工作週期 D%
轉換特性曲線
（參考電壓為 0V 時，圖形居中）
P11-5 表11-5
反相舒密特觸發電路：
臨
界
電
壓
點
電路圖
加上－VR
條
件
上限
電壓
VU
下限
電壓
VL
遲滯
電壓
工作週期 D%
轉換特性曲線
（參考電壓為 －VR 時，圖形左移）
P11-5 表11-5
同相舒密特觸發電路：
臨
界
電
壓
點
電路圖
加上＋VR
條
件
上限
電壓
VU
下限
電壓
VL
遲滯
電壓
工作週期 D%
轉換特性曲線
（參考電壓為 ＋VR 時，圖形右移）
P11-6 表11-6
同相舒密特觸發電路：
臨
界
電
壓
點
電路圖
VR ＝0
條
件
上限
電壓
VU
下限
電壓
VL
遲滯
電壓
工作週期 D%
轉換特性曲線
（參考電壓為 0V 時，圖形居中）
P11-6 表11-6
同相舒密特觸發電路：
臨
界
電
壓
點
電路圖
加上－VR
條
件
上限
電壓
VU
下限
電壓
VL
遲滯
電壓
工作週期 D%
轉換特性曲線
（參考電壓為 －VR 時，圖形左移）
P11-6 表11-6
無穩態振盪電路
P11-7 表11-7
電路圖
振盪週期 (T)
振盪頻率
飽和條件
555 無穩態電路：
簡單型
P11-7 表11-8
週 T = 0.69(充電元件 + 放電元件)
期
(T) 1.4 RTCT
頻
率
(f)
工
作
週
期 50%
電路圖
D%
555 無穩態電路：
基本型
P11-7 表11-8
週 T = 0.69(充電元件 + 放電元件)
期
(T) 0.69 (R1 +2R2 )CT
頻
率
(f)
工
作
週
期
電路圖
D%
555 無穩態電路：
改良型
P11-7 表11-8
週 T = 0.69(充電元件 + 放電元件)
期
(T) 0.69 (R1 + R2 )CT
頻
率
(f)
電路圖
工
作
週
期
D%
555 無穩態電路：
獨立型
P11-7 表11-8
週 T = 0.69(充電元件 + 放電元件)
期
(T) 0.69 (R1 + R2 + VR )CT
頻
率
(f)
工
作
週
期
電路圖
D%
P11-8 表11-9
振盪電路分類
名稱
原理
自激式振盪電路
利用電路的正回授原理產生
弛張式振盪電路
利用元件的負電阻特性產生
P11-8 圖11-1
振盪電路分類
P11-9
回授系統方塊圖
圖11-2
表11-11
A
放大器增益
Vf
回授信號
β
回授率
Vo
放大器輸出信號
Vs
信號源
Σ
合成電路
Vi
放大器輸入信號
P11-9
回授模型：
相減模型
Vs 與Vf 相減 (Vi = Vs －Vf )即(Vs = Vi + Vf )
V i = V s －V f
(11.1 )
Vo = AVi；Vf = βVo
(11.2 )
(回授增益)
β>0
β<0
Af < A (增益變小)
Af > A (增益變大)
負回授
正回授
表11-11
P11-9
回授模型：
相加模型
Vs 與Vf 相加 (Vi = Vs + Vf )即(Vs = Vi － Vf )
Vi = Vs + Vf
(11.3 )
Vo = AVi；Vf = βVo
(11.4 )
(回授增益)
β>0
β<0
Af > A (增益變大)
Af < A (增益變小)
正回授
負回授
表11-11
P11-10
表11-12
自激式振盪原理
原理說明
圖(a)正回授振盪系統圖
由圖(a)可得Vo = AVi
且Vf = Vo = AVi
(11.5)
若A=1條件成立，則Vf = Vi，
這時移去原輸入信號Vs ( 如\
圖(b)電路)，電路仍可自給自
足，繼續有波形輸出，這就是
自激式振盪的基本原理。
圖(b)自激授振盪系統圖
放大電路與自激振盪的關係
(a)非倒相放大電路
表11-13
(b)倒相放大電路
分 A∠0°×β∠0° = Aβ∠0° (11.6)
析 增益回授乘積
相移角度
A × β=1
P11-10
0°
分 A∠180° × β∠180° =
析 Aβ∠360° = Aβ ∠0° (11.7)
增益回授乘積
相移角度
A × β=1
360°或0°
＊結論：由上圖(a)、圖(b)的分析可知，不論是非倒相放大電路或倒相放大電路，使
電路產生自激振盪的條件皆為： Aβ =1∠0°
(11.8)
P11-11
表11-14
巴克豪森準則( Barkhausen Criterion )
相減模型
說
明
由表11-11 中的( 11.2 ) 式可知，上圖的回授增益
。
當分母(1 + βA )為零時(即 βA = 1)，Af 可達無
限大，此時不須外加任何信號，只要在直流電源啟動瞬間，電路即會
自動找到一個振盪頻率點，穩定的振盪。
所以巴克豪森準則說明了產生振盪的條件為：
βA = 1∠0°
( 11.9 ) 或 βA=1∠180°
( 11.10 )
( 0°表示相位移0° )
( 180°表示相位移180° )
P11-12
迴路增益 振盪狀況
說明
|βA|< 1 減幅振盪
增益不足，電路將漸漸
停止振盪。
|βA|= 1 等幅振盪
電路產生不失真的等幅
正弦波形。
|βA|> 1 增幅振盪
增益過大，輸出波形將
逐漸失真變成方波。
實際考慮
表11-15
波形變化
為了避免因為電晶體參數的改變，或者電路元件(電
阻、電容、電感)的能量耗損而造成振盪停止，通常會
將回授增益調節為略大於1，即 |βA| 1
(11.11)
P11-12
表11-16
振盪電路條件
條件
說明
1
穩定的直流電源供應器
提供電路所需之能量。
2
頻率控制電路
利用電容(C)、電阻(R)、電感
(L)等元件來改變或控制電路
的振盪頻率值。
3
正回授電路
形成自激振盪之條件，且要滿
足
。
4
高效率的放大電路
能產生足夠大增益的放大器，
補充回授過程中可能造成的衰
減。