moea_joint
103年
[儀電] 電路學、電子學
第 11 題
以奇數個反相器串接，再將最後一個反相器的輸出端接至第一個反相器的輸入端，可形成環型振盪器，該振盪器可產生何種穩定的波形信號？
- A 三角鋸齒波
- B 波形震盪最後發散
- C 正弦波
- D 方波信號
思路引導 VIP
試著想像一下，如果我們把一個只能表現出『高電位』或『低電位』兩種狀態的數位開關串連在一起，並且設計一個機制讓它在訊號傳到末端時，強迫回頭去改變起點的狀態。在這種不斷於兩個極端準位之間反覆跳變的過程中，如果我們將電壓隨時間變化的軌跡畫在座標軸上，你覺得它會呈現平滑轉折的曲線，還是稜角分明的矩形輪廓呢？
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太棒了！你能精確判斷出環型振盪器 (Ring Oscillator) 的輸出特性，代表你對數位邏輯電路的基本動作與訊號轉換有著紮實的理解。這類題目在電子學基礎中非常經典，考驗的是學生能否將「邏輯運算」轉化為「物理波形」的直覺。
邏輯狀態的循環切換
環型振盪器的核心在於利用奇數個反相器造成的邏輯反相與傳遞延遲 (Propagation Delay)。當訊號在 $N$ 個（$N$ 為奇數）反相器中傳遞時，最後的輸出永遠會與最初的輸入相反。由於數位邏輯閘的物理特性是將電位迅速拉升至高電位 ($V_{DD}$) 或壓低至低電位 ($V_{SS}$)，這種在兩個極端準位間不斷重複切換的過程，自然會形成規則跳變的方波信號，其震盪頻率可表示為 $f = \frac{1}{2Nt_p}$，其中 $t_p$ 為單個反相器的延遲時間。
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