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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)
題組圖片
📝 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)

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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 $A_d = g_m R_C / 2$。

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【解題關鍵】利用直流分析求得小訊號參數 $g_m$,再以差模半電路模型計算單端輸出的差模增益。 【解答】 Step 1:直流偏壓分析

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)

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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。

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【解題思路】利用直流分析求出射極等效電阻 $r_e$,接著採用 BJT 小訊號 T-model 及「共模半電路」定理,透過 KVL 列式推導共模增益 $A_{cm}$。 【詳解】 一、直流偏壓分析與參數求取

小題 (三)

請計算共模拒斥比(CMRR)。(5 分)

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  1. 看到求共模拒斥比(CMRR),應立即聯想到定義公式:CMRR = |Ad / Acm|。
  2. 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。
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【解題關鍵】共模拒斥比(CMRR)定義為差模電壓增益與共模電壓增益絕對值之比值,即 $CMRR = |A_d / A_{cm}|$。 【解答】 計算:

📝 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。
🧠 記憶技巧:差模半地、共模兩倍、比值取對(log)。
⚠️ 常見陷阱:計算共模增益時忘記將尾端電流源電阻 $R_{EE}$ 乘以 2;或混淆單端輸出與雙端輸出的增益定義。
電流源偏壓電路 差動對之輸入阻抗 主動式負載差動放大器

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