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普考申論題 114年 [電力工程] 電子學概要

第 四 題

📖 題組:
如圖二所示 BJT 電路,vs 為輸入的交流小信號,BJT 操作在作用區(active region),若 β=99,VBE=0.7 V,請計算下列各項參數:(一) VB,(二) re,(三) Rin,(四) Ro,(五) vo/vs。(25 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (四)

Ro

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求輸出電阻 $R_o$ 的核心在於關閉獨立電壓源($v_s$ 短路),並利用阻抗反射原理。將基極的等效電阻($10k\Omega \parallel 100k\Omega$)除以 $(\beta+1)$ 折算到射極,再與 $r_e$ 相加得到電晶體射極看入的電阻,最後與射極偏壓電阻 $1k\Omega$ 並聯即可得解。

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【解題關鍵】計算輸出電阻 $R_o$ 時,須將獨立電壓源 $v_s$ 短路,並利用阻抗反射原理將基極端電阻除以 $(\beta+1)$ 折算至射極。 【解答】 計算:

小題 (一)

VB

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進行直流分析時,必須先將所有耦合電容視為開路(Open Circuit),將交流信號源隔開。接著利用 KVL 針對基極-射極迴路列出方程式,先求出直流基極電流 IB,即可進一步計算基極端對地的直流電壓 VB。

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【解題關鍵】直流分析時將所有電容視為開路,並利用 KVL 列出基極迴路方程式求取直流偏壓。 【解答】 計算:

小題 (二)

re

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本題要求計算小訊號交流射極電阻 re。解題關鍵在於先進行直流分析(將交流信號源短接、電容開路),利用 KVL 求出射極直流電流 IE,最後代入熱電壓公式求得 re。

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【解題關鍵】計算小訊號參數 $r_e$ 前,須先進行直流偏壓分析,求得射極直流電流 $I_E$ 後再代入公式 $r_e = V_T / I_E$ 進行計算。 【解答】 計算:

小題 (三)

Rin

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看到求輸入阻抗 Rin,首先應畫出交流等效電路,確認耦合電容短路後的電路結構。接著利用『電阻反射定律』,將射極端的交流等效負載乘以 (1+β) 反射至基極求得 Rib,最後將 Rib 與偏壓電阻並聯即可求得 Rin。

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【解題關鍵】利用交流小訊號模型與電阻反射定律,將射極端的交流負載反射至基極,再與偏壓電阻並聯求得總輸入阻抗。 【解答】 計算:

小題 (五)

vo/vs

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本題為標準的 BJT 共集極(射極隨耦器)電路分析。解題需分兩階段:首先將所有電容視為開路進行直流(DC)分析,求出靜態工作點的 $I_E$ 與 $V_B$;接著將直流電源與電容短路,使用 T-model 等效電路模型進行交流(AC)小訊號分析,依次推導出 $r_e$、$R_{in}$、$R_o$ 與最終的電壓增益 $v_o/v_s$。

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【解題關鍵】先進行直流分析求出射極電流 $I_E$ 以決定小訊號參數 $r_e$,再利用 T-model 等效電路模型計算各項交流參數與整體電壓增益。 【解答】 一、直流(DC)分析:

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