高中 郭浩鵬 電子學II 場效電晶體放大電路 分壓式偏壓共源極放大電路無𝑪𝑺有𝒓o 1080 1110

各位同學大家好,我是電子學老師郭浩鵬 今天要帶大家一起學習的是 長效電晶體放大電路 共元級放大電路part1 那今天我們看到是part1的部分,2.5 分壓式 偏壓 共元級放大電路 他是沒有龐度電容CS 但是在等效模型上面有RO,所以這樣的電路是比較藍的 大部分教科書都不提,但是老師在這邊還是做一些 簡單介紹 那在介紹這邊呢,可能在電壓增益的部分呢,我們還是會 稍微 用比較簡單的方式來講,那現在一起 跟我一起往下看 好,2.5分壓式偏壓電路 共元級放大電路 沒有龐度電容有RO的部分 那首先我們先來看一下資料分析的部分 那這邊資料分析我們已經看到 看到應該來說是第三次 所以大部分的人都應該很熟悉 我們要將所有的電容 先將他開路掉 然後呢 將他開路以後呢,我們要將 輸入交流的輸入信號源,一樣我們要將他 將他移除 那在移除之後呢,我們就開始 算他的 VGSQ跟IDQ,把它算出來,按照上次 所教的方式,上一章節所教的方式 把它算出來 好 那我們算完之後,這個就是 資料 的部分,這就是資料的部分,我們就利用這個電路圖 來做一些運算 好 那這邊的步驟,相信各位同學已經蠻熟悉 那這邊 請各位同學紅色部分的公式跟步驟,一定要詳細的 去做了解 那如果有時間的話,我已經說過FET,我們一定要驗證一下他是不是在甲子區 要驗證一下是不是在甲子區 那接下來我們來看一下 今天的重點的部分,在交流分析,那首先一樣 我們將 所有的電容 先把他 短路掉,因為電容在交流是短路 好,再來呢 我們要將 直流電壓源呢 我們要把他,這邊是把他框起來,就只有一個直流電壓源,那我們要把他 短路接地 短路接地,這很重要,短路之後一定要記得接地 變成這個電路圖 好,那再來呢,我們就是 求出FET的小訊號等效模型,然後並且將 Gm跟Ro參數算出來,因為我們這邊有Ro,所以必須要將Gm跟Ro參數都要算出來 然後最後面再將其他的 元件接回去,變成一個小訊號等效電路圖 我們再算他的電壓增益,輸出阻抗跟輸出阻抗 好,那我現在先來看一下小訊號等效電路圖怎麼畫 首先我們先畫一下電晶體的小訊號等效 模型 因為他有Ro,所以是長這樣子 各位同學,這模型 有Ro的電路比較少用,但是我們也用了幾次,請各位同學一定要把這模型記起來 好,再來 Vi是接到電晶體的G角 所以Vi是接到電晶體的G角 然後呢 Rg1由G角 一直拉到 D,拉到D,因為這邊本來是一個 直流偏壓VDD,但是記得已經短路接地了,所以是拉到D 所以經過Rg1拉到D 好,然後一樣G角 經過Rg2一樣是拉到D 所以G角經過Rg2一樣是拉到D 好,那麼 再來就是 Vi是從 Ri是從Vi這邊看進去的,所以記得要把他標上來 然後我們剛剛畫的部分我們把他遮起來 好,再來 Rs是在S角經過Rs下地 所以是在S角經過Rs下地 所以各位同學這邊已經沒有盤固電容CS了 你會發現S角現在這邊多了一顆Rs電阻 那我們等一下看看這顆電阻會有什麼影響 好,再來 再來D角我們會拉到Vo D角我們會拉到Vo 然後D角呢 會經過Rd電阻一樣下地 記得現在已經變D了 Rd電阻下地 然後再來就是 輸出阻抗Ro是從Vo這邊看進去的,記得從Vo這邊看進去 箭頭是指進去 好,那如果沒問題 我們全部紫色部分都把所有電路圖遮起來,代表我們都沒有漏掉 再來我們來看一下電壓增益 電壓增益我們這邊是用靜視解的部分來求 那來看一下靜視解怎麼求 第一個電壓增益記得一定都是輸出除以輸入 那輸出電壓在這裡 輸出電壓在這裡 好,知道位置之後我們現在開始往下帶 他會等於這個公式,那現在看ID在哪裡 ID會等於這邊流過來 那記得他就跟GMVGS 的電流差不多 但是 ID流了之後我們會發現他會 經過Ro跟Rd分流 那因為電流看到紅色箭頭你可以知道電流流的方向 正是在下面,負是在上面 所以呢 我們的 Vo我們就會加一個負號 就加一個負號 好 那 因為是靜視解的關係,所以 我知道Ro跟Rd會有一個分流,但我這邊因為Ro蠻大的 所以我們就當作大部分電流都往Rd的方向流 所以我們先來看一下 好 在Vo的部分呢就等於 ID電流乘以Rd 大Rd,因為剛剛已經說過大部分電流都往 大Rd的方向流 那在Vi的部分 各位同學請注意看一下,Vi的部分會經過G角到S角 然後又經過RS電阻下地 所以 我的公式的第一行就寫說電壓增益會等於Vo除以Vi 然後再等號之後會等於 分母的部分就是Vi 就等於Vgs再加上Vrs Vrs就是RS電阻上面的電壓 然後再往下看那個等號 Vgs還是Vgs,然後再加上Vrs會等於ID電流乘上 RS電阻,會變成這樣 然後我們再把它展開 那ID電流就是 Gm乘上Vgs,我們都把它帶入,所以看紅色部分就把它帶入成Gm乘上Vgs 然後你會發現 分子跟分母都有 都有Vgs,所以我們將它消除 就等於這個公式 這就是最後面的 這個電路的公式,但是這是一個近似解 好 再來我們來看一下輸入阻抗 好,那輸入阻抗我們是從 Vi往裡面看,所以那邊有個藍色箭頭看到一個Ri 那我現在看一下 所以Ri的部分呢,我們會看到 從G角往裡面看,會有個Rig等於無限大,因為G角跟S角是開路,所以它會無限大 所以我們現在看到G角的部分,你會發現 G角部分會有一個Rg2的上方 Rg1的上方 還有Rig的上方 會連在一起 然後R G2 的下方,Rg1的下方跟Rig 的下方 會經過RS下地 所以它們都是會連到 地 所以你會發現 它會等於 Rg2並連Rg1,再並連Rig 再並連Rig,但是因為Rig,其實Rig它會等於無限大 再串連RS,但是因為已經是無限大,所以再串連還是等於無限大 我這邊就直接寫無限大 所以我們發現 Rig,綠色的部分是無限大 那無限大跟任何電阻並連還是等於任何電阻 所以 輸入阻抗最後就會等於 Rg2並連Rg1 好 那接下來這邊 比較重要的是輸出阻抗,來看一下怎麼求 請注意輸出阻抗,記得我們VI一定要接地,這是很重要的一件事情 那我們VI接地之後呢 我們就可以發現 Rg2的上方也是接地,所以下方也是接地,就短路 不見了,那Rg1也以此類推,就短路不見了 那我接下來將下面的地的部分先把它連接起來,這樣電路會比較實在一點 好,那我們先看一下這個G角,因為 同樣一條導線,我們就可以把它拉過來到這邊 然後正的部分 我們可以拉過來到這邊,因為都同一條導線,電路相同 負的部分經過導線,一樣可以拉過來到這邊 所以你會發現Rx上面會有一個負的Vgs電壓 Rx上面會有負的Vgs電壓 那我們接下來看一下 RO我們要怎麼求 那首先呢我們要求RO的時候,我們先看到 從D角看進去會有一個Rod Rod電阻 然後 RO會等於 大Rd並連Rod,那我們接下來求一下 Rod怎麼求 那我們先將不必要的相關元件移除 好,那我們現在在D角上面加一個電壓 如果我們現在不知道元件的電阻,其實還有一個方法就是你在元件上面加一個電壓 假設加個1伏特 然後再用電流表量一下他電流,那經過他們兩個相處就會等於 電阻,那現在我們也是利用這個理論 在上面加一個 加個電壓叫Vx 然後我們現在流的電流呢,流進去的電流 叫Ix 那往相應電流源 流的電流大小就是Gm乘上Vgs 好,然後RO上面電流呢 就如棕色這箭頭就是 Ix減掉Gm乘上Vgs 紅色跟棕色這兩個電流 相匯之後會往Rx方面流,由上往下流,又會回到Ix電流,因為兩個會變成相加 那因為電流是由上往下流 所以你會發現Rx上面的 電壓是上正下負 就跟Vgs藍色的部分是剛好相反的 剛好相反的 好,那現在Vx 就會等於Ix乘上 ROd 乘上ROd 然後一樣我們來做個 公式的轉換,所以ROd就等於Vx 除以Ix,這就是我剛剛所講的推動電阻抗法 那再來Vx呢,我們就會等於 棕色的電流 Ix減掉Gm乘上Vgs,再乘上RO 就是RO上面電壓,再加上Rs上面電壓,就是Ix乘上Rs 這就等於Vx 然後之後呢 你會發現 上面的公式有個藍色的Vgs,藍色的Vgs,那剛才已經講過了 我們這Vgs也可以把他換成Ix乘上 乘上Rs 但是因為 電壓極性相反,所以 換成下面這公式的時候,也就是最後一行 藍色部分你會發現他有負號 那乘上Ix乘上Rs,這個負號就是因為他極性相反 然後我們最後再把他 展開跟合併就得到這樣的公式 所以Vx得到最後一行公式之後,我們再把它拿來用 所以ROd就等於這樣 我們把它套進去之後,你會發現 分子跟分母 每一項都有Ix,所以我們可以把它消除 那消除之後呢,我再講RO乘入,就等於這樣的公式 然後最後面兩個都有Rs,我再把他提出來 那Gm乘上RO 他還有另外一個 等效的代號叫Michael,就等於這樣 所以最後面ROd就等於RO加上Michael 加上1,然後乘上Rs 所以Rs就被放大了,1加Michael被 好,所以請注意一下,Michael就等於Gm乘上RO,這個還蠻重要的 只是我們這邊很少 有課本還這樣子提,但老師這邊還是 有再補充一下 好,所以我們現在知道ROd就等於最下面這個公式 然後我們現在把它拿過來用 所以我們現在發現RO呢 我們就會等於 我們就會等於從D軸看進去的ROd 並聯大Rd,就等於這樣子 然後剛才我們上一頁已經求出了ROd,我們直接把它代入 就等於這個公式 那我們就會發現說 Rs的電阻,我們被放大了1加Michael 被放大1加Michael被 所以你現在發現了 S角有了Rs電阻,並且將盤物電容拿掉之後 其實電壓增益也好,輸出阻抗也好,都變成不同了 那有些人都會覺得說我們公式直接被 反正Rs電阻就放大1加Michael被,直接被 但是老師建議現在如果還有時間,推導還蠻重要的 請有空多推導,其實你會發現 它的一些動作原理其實還蠻簡單的 好,那再來我們就注意到,所以此處f1t的Rs 剛才已經講過是被放大1加Michael被 跟bjt的Re,我們之前 陳老師有講,Re也會放大1加Beta被 它是有相同的道理,有異曲同工之妙 那各位同學,這一章節有些課本沒有 並不是它很難,是因為它有點複雜 它有一些複雜,所以在高值的方面 有些老師不教授,但是老師覺得 如果你懂這方面的電壓爭議 或者是輸出阻抗 那你多加練習,其實推導的極致,它沒有想像中的難 因為你看老師推導,才花一兩分鐘,兩三個投影片,兩三頁 就將輸出阻抗跟電壓爭議推導完畢 所以只要多加練習,你們一定行的 謝謝大家