Page 7 - 電子學(下)

簡單 × 學習

26 電子學 下

例題 7-10
有旁路電容 C S 之自給偏壓電路
VDD
如圖所示，R G = 10kΩ、R D = 2kΩ、R S = 0.5kΩ、I DSS = 16mA、
I DQ = 4mA 且 V P = –4V，試求：(1) 轉移電導 g m ；(2) 輸入阻抗 io RD 第 7 章 金場半場效電晶體（MOSFET）放大電路 35
Z i ；(3) 輸出阻抗 Z o ；(4) 電壓增益 A v ；(5) 電流增益 A i ；(6) 將 C o
vo
源極電阻 R S 的兩端的電容器拔除後的電壓增益 A v 。
C i
vi Z o
r d ×
解 (1) 轉移電導 g m = 2 × I D × I DSS = 2 × 4mA ×16mA = 4mA/V ii ※ 忽略 r d 的電流增益 A i = i o = i o = (1 + g m × ) R S
(1
V P 4V RG RS C S i i v gs + r d + R D + + g m × r d × R S
)
(2) 小信號模型如下圖：因此輸入阻抗 Z i = R G = 10kΩ Zi ( R S i o )
ii G D 公式 7-44
vi vo
＋
io
v gs 4m×vgs
10k Ω － 2k Ω 知識補給站
S
Zi ′ MOSFET 生活上的應用（電動車）
Zi Z o
全球迎接電動車及自駕車的時代來臨 ! 英國政府宣布將在 2040 年禁售柴汽油車，同樣的，法國也宣布將
(3) 輸出阻抗 Z o ≈ R D = 2 kΩ 在 2040 年停售柴汽油車，自駕車、電動車為下一波產業趨勢，除了電池本身的性能表現外，電池管理系
(4) 電壓增益 A v =− g m × R D = −4mA/V ×2kΩ =−8 統（Battery Management System, BMS）與電能管理系統（Energy Management System, EMS）是電動汽
車絕不可少的核心系統，其中核心元件即為 MOSFET。透過 BMS 系統可將電池資訊傳送至能量管理系統
(5) 電流增益 A i = A v × Z i = A v × R G =× 10 kΩ = 40 （EMS）來進行整車能量管理，結合適當的控制策略，達到有效且高效使用電池的目的，下圖即為特斯
8
R io R D 2 kΩ 拉公司以英國蓮花跑車 Lotus Elise 為基礎的純電動跑車 Tesla Roadster。
（輸出電流 i o 與相依電流源 g m × v gs 標示方向相同，故不必加上負號）
− g m × × 2kΩ
8
(6) 電壓增益 A v = R D = −4mA/V =− ≈−267
.
1 + g m × R S 1 + 4mA/V ×05kΩ) 3
.
(
（若無旁路電容器，造成交流電壓增益降低）
練習 10
承上題所示，若歐力電壓 V A = 100V，試求電流增益 A i 約為何？
(A) 40 (B) 37 (C) 30 (D) 23。
ٝᗆ໾ഗ१
答 例題 7-12 共閘極放大電路
如圖所示，若 R S = 2kΩ，R D = 6kΩ，g m = 3mA/V，
試求： (1) 輸入阻抗 Z i ；(2) 輸出阻抗 Z o ；
໾̂ʫ࢙ٝᗆ̮dɰ̋ɝ͛ݺʕཥኪ
(3) 電壓增益 A v ；(4) 電流增益 A i 。
ii S D
vo
解 vi Ꮠٙ͜ʃٝᗆdᄣ̋ኪ͛࿁ཥɿኪٙ
＋
2k Ω v gs 3m×vgs io
εᅵԷᕚ ፋڐชf 6k Ω
－
G
Zi Zi ′ Z o
(1) 輸入阻抗 Z i = 1 // R S = 1 // 2kΩ ≈ 286Ω （低輸入阻抗）
ʫ˖ԷᕚᔮబdԷᕚڝ੭޴ᗫᗳᕚစᇖd g m 3mA/V
(2) 輸出阻抗 Z o = R D // ∞ = 6kΩ // ∞ ≈ 6kΩ （高輸出阻抗）
ீཀᇖ୦ᕚ౤ʺ༆ᕚҦ̷f˲ӊᕚԷᕚޫ (3) 電壓增益 A v = g m × R D = 3mA/V ×6kΩ =18 （具電壓放大作用）
g m × R S 3mA/V × 2kΩ
i o
ᅺൗ༈ᕚٝᗆࠠᓃdᜫ઺ኪჀᕦ׼ᐝf (4) 電流增益 A i = i i = 1 + g m × R S = 13mA/V × 2kΩ ≈ 086 （不具電流放大作用）
.
+
AC22210_CH07.indd 26 23/2/2021 5:39:50
（由上述分析可以得知共閘極放大器的特性與 BJT 的共基極組態相同）
78 電子學 下 80 電子學 下 第 8 章 金氧半場效電晶體多級放大電路 81
8 重點掃描 8 課後習題 ( ) 6. 承上題所示，若 K 2 = 1mA/V 2 則汲極電流 I D 為何？ 23/2/2021 5:40:08
AC22210_CH07.indd 35
(A) 1mA (B) 2mA (C) 3mA (D) 4mA。
( ) 7. 如 圖 (3) 所 示， 若 M 1 與 M 2 兩 者 皆 操 作於 飽 和 區， 且 r d1 = 50kΩ、r d2 =
8-1 1. 共源極放大器（CS）疊接共閘極放大器（CG）的交流特性與優缺點 一、選擇題
100kΩ、R G = 50kΩ，R L = 100kΩ，g m1 = 5mA/V 則輸入阻抗 Z i 為何？
8-1 ( ) 1. 相較於單級放大器而言，對於串級放大器的增益與頻寬之敘述，下列何者正確？ (A) 25kΩ (B) 50kΩ (C) 100kΩ (D) ∞。
(A) 增益變大、頻寬變寬 (B) 增益變大、頻寬變窄
(C) 增益變小、頻寬變寬 (D) 增益變小、頻寬變窄。
( ) 2. 關於共源極放大器疊接共閘級放大器的結構，下列敘述何者錯誤？
電路圖 (A) 輸入級為共源極放大器 (B) 主要目的在提高電流增益
(C) 主要目的在提高輸出阻抗 (D) 高頻響應好。
( ) 3. 關於共源極放大器疊接共閘級放大器的結構，在第一級放大器的高頻響應最
主要受限於下列何種效應？ 圖 (3) 圖 (4)
(A) 歐力效應（Early Effect） (B) 米勒效應（Miller Effect）
( ) 8. 承上題所示，輸出阻抗 Z o 為何？
輸入阻抗 Z i Z i = R G2 // R G3 (C) 穿隧效應（Tunnel Effect） (D) 崩潰效應（Breakdown Effect）。
(A) 25kΩ (B) 50kΩ (C) 100kΩ (D) ∞。
( ) 4. 如圖 (1) 所示之增強型 MOSFET 電路進行信號之線性放大時
輸出阻抗 Z o Z o = R D
(A) M 1 工作於三極區；M 2 工作於飽和區 ( ) 9. 承上題所示，電壓增益 A vT =
總電壓增益 A vT A vT = –g m1 × R D v o 為何？
v i
總電流增益 A iT A iT = –g m1 × (R G2 // R G3 ) (B) M 1 工作於飽和區；M 2 工作於三極區 (A) –50 (B) –100 (C) –125 (D) –150。
優點 (1) 高頻響應好；(2) 高頻的頻帶寬度較寬；(3) 減少米勒電容效應 (C) M 1 工作於飽和區；M 2 工作於飽和區
缺點 (1) 直流工作點不穩定；(2) 級與級間的阻抗匹配不易；(3) 偏壓設計不易 (D) M 1 工作於三極區；M 2 工作於三極區。 ( ) 10. 承上題所示，電流增益 A iT = i o 為何？
i i
2. 增強型 MOS 為負載、空乏型 MOS 為負載以及 CMOS 疊接型態放大器的交 (A) –62.5 (B) –75 (C) –85.5 (D) –120。
流特性與優缺點 ( ) 11. 如圖 (4) 所示，若 V i = 4V 且臨界電壓 V t1 = 2V、V t2 = –1V、參數 K 1 = 4mA/
增強型 MOS 為負載 空乏型 MOS 為負載 CMOS
V 2 、K 2 = 1mA/V 2 、R G = 100kΩ、R L = 10kΩ，已知兩個電晶體均操作於飽和
區，試求極汲電流 I D1 為何？
VDD
(A) 8mA (B) 12mA (C) 16mA (D) 24mA。
M 2 ( ) 12. 承上題所示，電壓 V DD 為多少伏特？
電路圖 vo (A) 1V (B) 6V (C) 8V (D) 9V。
ID1 = ID2 圖 (1) 圖 (2)
vi M 1 ( ) 13. 承上題所示，若歐力電壓 V A = 120V，則電壓增益 A vT = v o 為何？
Z o ( ) 5. 如圖 (2) 所示，若 V DD = 10V、 K 1 = K 2 ，臨界電壓 V t1 = V t2 = 2V，試求輸出 v i
Z i 4 (A) –25 (B) –33.33 (C) –66.67 (D) –100。
電壓 V o 為何？ (A) 1V (B) 3V (C) 6V (D) 8V。
Z i = ∞ Z i = ∞ Z i = ∞
輸入阻抗 Z i
ધ౜ࠠᓃ ሙܝ୦ᕚ
AC22210_CH08.indd 78 23/2/2021 5:40:17 AC22210_CH08.indd 80 23/2/2021 5:42:20 AC22210_CH08.indd 81 23/2/2021 5:42:26
ค዆ӊ௝ࠠᓃʫ࢙dᏍп ӊ௝͋ڝϞሙܝ୦ᕚdܼ̍፯኿ʿࠇၑᕚdѩᅺ
ኪ͛౛౥ࠠᓃdԨঐίϽ ൗϽᕚᇍఖd˙کኪ͛Ꮸൖ͉௝ኪ୦ϓ؈dආɓ
ۃІҢል୦f Ӊᐝ༆ʔԑʘஈf