地特三等申論題
114年
[電力工程] 電子學
第 一 題
📖 題組：
二、有一個 pnp 雙載子接面電晶體（Bipolar Junction Transistor, BJT）電路如圖二所示，電晶體$Q_1$的 $\beta = 100$。當射極-基極接面（Emitter-Base, EB, Junction）為順向偏壓時，$V_{EB}$恆等於 0.7 V，電路中$V = 5 \text{ V}$，$R_{B1} = 60 \text{ k}\Omega$，$R_{B2} = 40 \text{ k}\Omega$，$R_C = 1 \text{ k}\Omega$，$R_E = 3 \text{ k}\Omega$。
二、有一個 pnp 雙載子接面電晶體（Bipolar Junction Transistor, BJT）電路如圖二所示，電晶體$Q_1$的 $\beta = 100$。當射極-基極接面（Emitter-Base, EB, Junction）為順向偏壓時，$V_{EB}$恆等於 0.7 V，電路中$V = 5 \text{ V}$，$R_{B1} = 60 \text{ k}\Omega$，$R_{B2} = 40 \text{ k}\Omega$，$R_C = 1 \text{ k}\Omega$，$R_E = 3 \text{ k}\Omega$。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請計算$V_C = $？（10 分）
思路引導 VIP
這是一道經典的BJT直流偏壓（DC Bias）分析題。首先需把基極分壓電路（$R_{B1}$與$R_{B2}$）利用戴維寧等效電路簡化，求出等效電壓 $V_{BB}$ 和等效電阻 $R_{BB}$。然後在射極-基極（E-B）迴路列出 KVL 方程式。值得注意的是，這是一顆 PNP 電晶體，電流方向與 NPN 相反，$V_{EB} = 0.7\text{ V}$，且 $I_E = (1+\beta)I_B$。求出基極電流 $I_B$ 後，再推算集極電流 $I_C$，最後利用 $V_C = I_C \cdot R_C$ 求得集極電壓。
小題 (二)
當$V_{EB} = 0.7 \text{ V}$（EB 接面順向偏壓）且$V_{CB} > 0.4 \text{ V}$時，電晶體$Q_1$會進入飽和模式（Saturation Mode），若要讓$Q_1$保持在主動模式（Active Mode），請問$R_C$的最大值為何？（10 分）
思路引導 VIP
本題要求找出電晶體維持在主動模式的極限條件。首先須了解主動區與飽和區的交界點條件。題目提示 $V_{CB} > 0.4 \text{ V}$ 為飽和區，因此要維持在主動區的條件為 $V_{CB} \le 0.4 \text{ V}$。由 $V_{CB} = V_C - V_B$，因此必須先求出基極電壓 $V_B$。由於偏壓電流 $I_B$ 與 $I_C$ 在進入飽和區前可視為常數（即前一題算出的值），可藉由 $V_B$ 及極限條件算出最大的 $V_C$，再除以 $I_C$ 反推得出 $R_C$ 的最大值。