普考申論題
114年
[電力工程] 電子學概要
第 一 題
📖 題組:
如圖三所示之差動放大電路,試求下列各項參數: (一) 當 vB1= vid/2,vB2= -vid/2,vid 是一個均值為零的小信號,請計算 Ad = vo/vid。(10 分) (二) 當 vB1 = vB2= vicm,vicm 是一個均值為零的小信號,請計算 Acm = vo/vicm。(10 分) (三) 請計算共模拒斥比(CMRR)。(5 分)
如圖三所示之差動放大電路,試求下列各項參數: (一) 當 vB1= vid/2,vB2= -vid/2,vid 是一個均值為零的小信號,請計算 Ad = vo/vid。(10 分) (二) 當 vB1 = vB2= vicm,vicm 是一個均值為零的小信號,請計算 Acm = vo/vicm。(10 分) (三) 請計算共模拒斥比(CMRR)。(5 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題
小題 (一)
當 vB1= vid/2,vB2= -vid/2,vid 是一個均值為零的小信號,請計算 Ad = vo/vid。(10 分)
思路引導 VIP
本題為標準的 BJT 差動放大器小訊號分析。首先應進行直流分析(設定合理假設如 $V_{BE}=0.7V$、$V_T=25mV$),利用尾電阻算出偏壓電流 $I_E$ 及小訊號參數 $g_m$。接著利用『差模半電路』技巧,判斷共射極節點為交流虛擬接地,即可快速推導出單端輸出的差模增益 $A_d = g_m R_C / 2$。
小題 (二)
當 vB1 = vB2= vicm,vicm 是一個均值為零的小信號,請計算 Acm = vo/vicm。(10 分)
思路引導 VIP
面對差動放大器的共模增益計算,考生應立即聯想到「共模半電路」分析法。由於兩側輸入同相,共同射極電阻 $R_E$ 在半電路中需等效視為 $2R_E$。接著利用直流偏壓求出內部電阻 $r_e$,並搭配 T-model 模型列出 KVL,即可推導出單端輸出的共模增益公式。
小題 (三)
請計算共模拒斥比(CMRR)。(5 分)
思路引導 VIP
- 看到求共模拒斥比(CMRR),應立即聯想到定義公式:CMRR = |Ad / Acm|。
- 需先透過直流分析求出小訊號參數(如 re 或 gm),再利用半電路模型代入 Ad 與 Acm 的增益公式。
BJT 差動放大器分析
💡 運用半電路法分析差動對之差模、共模增益與共模拒斥比。
| 比較維度 | 差模信號 (Differential) | VS | 共模信號 (Common-mode) |
|---|---|---|---|
| 輸入信號關係 | $v_{B1} = -v_{B2}$ | — | $v_{B1} = v_{B2}$ |
| 射極節點狀態 | 虛擬接地 (0V) | — | 視為 $2R_{EE}$ 高阻抗 |
| 增益量級 | 很大 (放大訊號) | — | 極小 (抑制雜訊) |
| 半電路分析重點 | $R_{EE}$ 忽略不計 | — | $R_{EE}$ 須乘以二 |
💬理想差動放大器應具備極大的差模增益與極小的共模增益,以達成高 CMRR 抗噪目標。