國安五等考試-電子組電子學大意104 年第 40 題單選題
如圖所示之理想運算放大器電路,下列敘述何者正確?
Avo 之波形爲方波正確答案
Bvo 之波形爲三角波
Cvo 之波形爲正弦波
Dvo 之波形爲直流
A正確答案
此電路為史密特觸發器(Schmitt Trigger)振盪電路,電容C充放電配合正回授,產生方波輸出vo。
為什麼答案是 A
圖中OP-AMP採正回授:vo經R1、R2分壓後接至+端,形成史密特觸發特性;電容C接−端,vo經R對C充放電,當vc達到+端門檻電壓時輸出翻轉,因此vo持續在+Vcc與−Vcc之間切換,輸出為方波。
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完整詳解
Pro · 無限重點 此電路為史密特觸發器(Schmitt Trigger)振盪電路,電容C充放電配合正回授,產生方波輸出vo。
看到:運算放大器+正回授(R1/R2分壓接+端)+RC充放電接−端 → 這是弛張振盪器(Relaxation Oscillator),輸出必為方波!
逐選項分析
A✓ 正確
圖中OP-AMP採正回授:vo經R1、R2分壓後接至+端,形成史密特觸發特性;電容C接−端,vo經R對C充放電,當vc達到+端門檻電壓時輸出翻轉,因此vo持續在+Vcc與−Vcc之間切換,輸出為方波。
B✕ 陷阱
三角波需要積分器(−端接RC積分)配合比較器才能產生。本電路電容接在−端作充放電,不是積分器結構,且缺少另一級積分器,無法產生三角波。易與方波振盪混淆。
C✕
正弦波需要LC諧振電路或文氏橋振盪器等特定結構,本電路為正回授RC弛張振盪器,輸出為飽和切換的方波,不會是正弦波。
D✕
若輸出為直流,表示電路靜態無振盪。但本電路具有正回授且電容持續充放電,必然產生週期性振盪,輸出不可能為直流。
常見振盪電路輸出波形比較
| 電路類型 | 關鍵元件配置 | 輸出波形 |
|---|
| 弛張振盪器(本題) | OP-AMP正回授+RC充放電 | 方波 |
| 三角波產生器 | 比較器+積分器(兩級) | 三角波 |
| 文氏橋振盪器 | OP-AMP+RC選頻網路(負回授) | 正弦波 |
| LC振盪器 | 電感L+電容C諧振 | 正弦波 |
本電路電容接在OP-AMP反相端(−端),初學者容易誤以為是積分器電路進而選三角波(B)。關鍵差異在於:積分器的R在輸入、C在回授;而本電路R在回授路徑、C接−端作充放電比較用,是弛張振盪器,輸出為方波。