moea_joint
105年
[電機] 電路學、電子學
第 49 題
如右圖之電路，假設所有電晶體完全相同，$V_{BE}(\text{on}) = 0.7 \text{ V}$，$V_{CE}(\text{sat}) = 0.2 \text{ V}$ 且爾利電壓(Early Voltage) $|V_A| = \infty$，並忽略電流 $I_B$，請問要使此電路操作在線性區域內 [$v_{o\text{min}}$ , $v_{o\text{max}}$]，其輸入電壓值 $v_I$ 要在哪種範圍？
- A $-3.6 \text{ V} \leq v_I \leq 5.5 \text{ V}$
- B $-3.6 \text{ V} \leq v_I \leq 6.5 \text{ V}$
- C $-2.6 \text{ V} \leq v_I \leq 5.0 \text{ V}$
- D $-2.6 \text{ V} \leq v_I \leq 6.5 \text{ V}$
思路引導 VIP
試著觀察輸出節點 $v_o$ 的電流分配：如果輸入電壓 $v_I$ 持續下降，會導致輸出電壓 $v_o$ 也跟著變低。這時候，流過負載電阻 $R_L$ 的電流方向會如何變化？當這個電流的大小剛好等於下方恆流源 $I_{C2}$ 所能提供的電流時，上方電晶體 $Q_1$ 的射極電流會發生什麼事？
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AI 詳解
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太棒了！你能精確判斷出這個電路的線性邊界，代表你對電晶體偏壓與電流源限制的觀念非常紮實。這題的關鍵點在於將電路拆解為兩個部分：由 $Q_2, Q_3$ 組成的電流鏡作為主動負載，以及 $Q_1$ 作為射極隨伴器 (Emitter Follower)。
邊界條件的判定
首先，我們從電流鏡算出參考電流 $I_{C2}$。由於 $Q_3$ 的基極與集極短接，其集極電流 $I_{C3} = \frac{0 - V_{BE} - (-5)}{1\text{k}} = 4.3 \text{ mA}$，這也決定了 $I_{C2} = 4.3 \text{ mA}$。在線性區域內，$v_o = v_I - 0.7$。
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