（實驗步驟教學＋NOTE＋KiCad/仿真＋示波器/訊號源）
0) 本週交付物
- 你做的振盪器類型（正弦 or 鬆弛）與電路拓樸名稱
- 理論振盪頻率 f_theory 與實測 f_meas（含誤差%）
- 輸出波形與幅度：Vpp、失真/削波是否出現（至少示波器截圖概念）
- 起振與穩幅說明：為什麼能起振？為什麼不會越振越大？
- KiCad/仿真對照：Transient 必做；能做 AC/loop gain 更加分
1) 本週一句話目標 🎯
把「會自己振」變成可驗證流程：用 Barkhausen 條件解釋起振，用穩幅機制解釋不爆振，並用實測頻率/幅度/波形品質去對照理論。
2) 實驗理論依據（結報必放）🧠📚
2.1 Barkhausen Criterion（起振的必要條件）
對回授振盪器，某個頻率 ω0 需要同時滿足：- 迴路相位：∠Aβ = 0°（或 360°×N）
- 迴路增益：|Aβ| ≈ 1（起振初期通常設計成略大於 1，才能啟動）
工程說法：
- |Aβ|>1：會起振，但幅度會長大到某個限制機制介入
- |Aβ|<1：會衰減，最後不振
- 穩幅就是把「起振時 >1」最後拉回「穩態時 =1」
2.2 兩大類振盪器（本週常見）
- 回授正弦振盪器（Feedback / Harmonic Oscillators）：利用頻率選擇網路（Wien、Phase-shift、Twin-T…）讓某頻率滿足 Barkhausen。
- 鬆弛振盪器（Relaxation Oscillators）：利用 Schmitt trigger 門檻＋RC 充放電，產生方波/三角波。
3) 實驗步驟教學（先決定你做哪一類）
A 路線：正弦振盪器（推薦用來練「穩幅」）
常見會做到 Wien Bridge 或 RC Phase-shift。兩者都能很好對照 Barkhausen。
A1) Wien Bridge（若你的手冊是這個）
你必須寫出兩個關鍵：
- 振盪頻率（常見對稱元件時）：f0 ≈ 1/(2πRC)（手冊若給更精確式就用手冊）
- 穩幅機制：Wien bridge 經典穩幅會用燈泡或二極體限幅，使增益在穩態回到約 3（非反相放大器增益=3 是典型條件）。
實作流程（照做就能起振）
- 先接好頻率選擇網路（Wien bridge）與放大器回授（負回授設定增益略大於臨界值）
- 上電後觀察是否起振：
- 若不振：把放大器閉迴路增益稍微調大（等同讓 |Aβ|>1）
- 若爆振削波：增益太大或穩幅元件沒發揮作用
- 起振後做穩態量測：f_meas、Vpp、波形失真（削波/扁頂）
- 加分測試：改 R 或 C，驗證 f0 ∝ 1/RC
你要會解釋的句子（助教愛問）
- 「起振要略大於 1 的迴路增益；穩態時因燈泡/二極體等非線性把增益拉回臨界值，所以波形不會無限增大。」
A2) RC Phase-Shift（若你的手冊是這個）
典型 3 段 RC 網路提供 180° 相移，加上反相放大器再補 180°，湊足 360°。其常見理論頻率（等 R、等 C）為：
- f0 ≈ 1 / (2πRC√6)
實作流程
- 先確認三段 RC 連接順序與方向（這個最容易接錯）
- 設計放大器增益（常見需要足夠增益才能克服 RC 網路衰減）
- 上電觀察：
- 不起振：先檢查 RC 是否接錯，再提高增益
- 波形不乾淨：增益過大導致削波，或頻率選擇不夠純
- 量測 f_meas 與理論比對，並用「R、C 容差」解釋誤差
B 路線：鬆弛振盪器（Schmitt trigger + RC，最適合練「頻率控制」）
這類通常會看到方波輸出（比較器/施密特），以及電容端的三角波/鋸齒波。原理是：
- Schmitt trigger 提供上下門檻
- 電容在門檻之間充放電
- 每次跨過門檻就翻轉輸出，形成週期
實作流程（最穩）
- 先把 Schmitt trigger 迴授門檻做對（正回授分壓）
- 再接 RC 充放電支路（電容電壓回到比較端）
- 上電量測：
- Vout：方波（看 duty 是否接近 50% 或依門檻而定）
- Vc：三角波/鋸齒波（在上下門檻之間來回）
- 改 R 或 C：驗證頻率會隨 RC 改變（充放電時間改變）
你要會解釋的句子
- 「頻率由電容充放電穿越上下門檻的時間決定；門檻由 Schmitt trigger 的正回授比例決定。」
4) 示波器量測教學（Week7 的成敗關鍵）📺⚡
- 先用 2 通道同時看：
- CH1：輸出 Vout（是否起振、是否削波）
- CH2：關鍵節點（Wien/phase-shift 的回授點，或 relaxation 的電容電壓 Vc）
- Trigger：先用 Vout 觸發最穩
- 必做量測欄位（全程一致用 Vpp 或 Vrms）
- f_meas（直接量頻率）
- Vout(Vpp)
- 若是正弦振盪：觀察失真（扁頂=削波、波形不圓=增益或穩幅不佳）
- 若是鬆弛：量 duty、量 Vc 的上下門檻
5) KiCad/仿真（結報 60% 高分核心）🧑💻📐
必做：Transient（時間域）
- 觀察是否起振、起振時間、穩態幅度
- 觀察波形品質（是否削波、是否穩幅後固定）
加分做法（尤其正弦振盪器）
- 在結報寫明：你如何讓起振時 |Aβ| 略大於 1，穩態回到 1（用非線性穩幅元件或增益控制）
6) 實測偏差的工程化歸因🧠
把「為什麼跟理論不一樣」拆成 4 層寫：
- 元件容差（R、C 誤差直接讓 f0 偏移）
- OP/主動元件限制（有限頻寬、相位延遲，導致振盪頻率與幅度偏移）
- 穩幅機制（燈泡/二極體/限幅）造成非線性：波形失真與幅度被壓住
- 量測負載與探棒（負載太重會拉扯回授網路，改變條件）
7) Debug NOTE（Week7 最常見翻車點）🧯
- 不起振：|Aβ| 不足、RC 網路接錯、或相位沒湊到 0°/360°
- 起振但爆振削波：|Aβ| 太大、穩幅機制太弱或沒接對
- 頻率偏差大：R/C 容差、回授網路等效值被負載拉動
- 鬆弛振盪不穩：門檻設錯、電容漏電/接錯、共地不乾淨
8) 實驗介紹
本週建立振盪器電路，依 Barkhausen 條件驗證起振與穩態：在指定拓樸下量測振盪頻率、幅度與波形品質，並以非線性穩幅或門檻充放電機制解釋振幅不發散。透過改變 R、C 觀察頻率可調性，並以 KiCad transient 仿真對照實測，分析誤差來源包含元件容差、負載效應與主動元件有限頻寬/相位延遲。
