🎯 單元目標
完成本單元後，你將能夠：
• 理解電流放大與電壓放大的差異
• 建立 BJT 放大不是能量放大的觀念 知道外部電源在放大中的角色 • 建立 BJT 作為受控電流源的直覺 • 用量測結果判斷放大區、截止、飽和與失真來源🧭 一、先給核心觀念
BJT 本身不產生能量。
放大的能量來自：
👉 外部電源（Vcc）
BJT 的角色是：
👉 用小輸入控制大電流的「閥門」
👉 把電源的能量「按比例放行」
🧠 二、電流控制模型（共射極基本型）
+Vcc
|
[RC]
|
C ----o Vout
|
|\
IB -->| > BJT (NPN)
|/
|
E
|
GND
小 IB
👉 控制大 IC 👉 但能量與電壓擺幅來自 Vcc
🧠 三、受控電流源直覺
在放大區（Active）時近似：
IC ≈ β · IB
等效成：
IC
^
|
[ 受控電流源 ]
|
E
直覺：
👉 BJT 就像「可被控制的電流龍頭」
👉 IB 是龍頭的把手，Vcc 是水塔
🧠 四、電壓放大從哪裡來（重點：RC 是轉換器）
BJT 控制的是電流
而輸出電壓是由 RC 把電流換成電壓：
Vout = Vcc - IC · RC
因此：
• IC ↑ → RC 壓降 ↑ → Vout ↓
• IC ↓ → RC 壓降 ↓ → Vout ↑
👉 共射極輸出「反相」的根本原因
🧠 五、為何會有增益（小變化 → 大變化）
小 ΔIB
→ 大 ΔIC
→ 大 Δ(IC·RC)
→ 大 ΔVout
放大的本質不是「創造能量」
而是：
👉 用小控制訊號，去調動外部大能量通道
🧾 六、一句話記住本單元
📈 BJT 放大：
用小控制，借大電源（比例控制，不是能量倍增）
🔬 電子學實驗題（23/120）
實驗名稱
觀察 BJT 電壓放大現象（Vin 小變化 → Vout 大變化）
🎯 實驗目的
驗證：
👉 小輸入變化可造成大輸出變化
並用量測結果理解：
• 外部電源提供能量
• RC 把電流變化轉成電壓變化 • 放大區/截止/飽和會如何在波形上呈現
🧰 實驗器材
• NPN BJT（例如 2N3904）
• 直流電源（Vcc） • 電阻（RC、RB） • 可調電壓源（Vin） • 萬用電表 （加值）若有示波器可觀察波形失真更直觀
🔧 實驗接線 ASCII 圖（建議版：加 RB 才可控）
+Vcc
|
[RC]
|
C ----o Vout
|
|\
Vin--[RB]--> BJT (NPN)
|/
|
E
|
GND
🔧 實驗步驟（工程版）
- 固定 Vcc（例如 5V 或 12V）
- 設定 RC（例如 1kΩ～4.7kΩ）
- 設定 RB（例如 50kΩ～470kΩ）確保 Vin 改變是「可控」的
- 緩慢改變 Vin（從低到高）
- 每一點記錄：
- Vin
- Vout
-（強烈建議）VCE（= Vc - Ve，NPN 且 Ve=0 時 VCE≈Vout）
- 找出「線性區間」：Vout 對 Vin 變化最平順的範圍
📊 預期觀察（你一定會看到的現象）
• Vin 增加到某範圍 → Vout 明顯下降（反相）
• Vin 太低 → BJT 截止 → Vout 接近 Vcc • Vin 太高 → BJT 飽和 → Vout 卡在約 0.1～0.3V 附近 • 中間某一段 → Vout 對 Vin 變化最線性（最像放大器）
✅ 專業解析（含「物理實驗解析」）
解析一、能量來源（用量測證明）
能量流向：
Vcc → RC → C → E → GND
你量到的現象會是：
• 即使 Vin 很小，只要能改變 IC
• Vout 就能出現大幅度變化 因為：
👉 大能量是 Vcc 提供，不是 Vin 提供
解析二、電流變化如何變成電壓變化（RC 的物理角色）
你其實在量測一個轉換：
ΔVout = - RC · ΔIC
因此：
• RC 越大 → 同樣 ΔIC 造成更大 ΔVout
• RC 越小 → 電壓變化較小，但比較不易飽和
工程直覺：
👉 RC 是「電流→電壓」的放大倍率
解析三、為什麼輸出反相（最常考也最直觀）
當 Vin ↑
→ IB ↑ → IC ↑ → RC 壓降 ↑ → Vout = Vcc - IC·RC ↓
所以：
👉 共射極「輸入↑，輸出↓」
🔬 物理實驗解析加強
解析四、三個工作區會在 Vout 上呈現三種「物理極限」
你只要看 Vout（或 VCE）就能判斷：
1) 截止區（Cutoff）
條件直覺：
👉 IB 幾乎 0，IC 幾乎 0
輸出表現：
👉 Vout ≈ Vcc（幾乎沒有電流流過 RC）
2) 放大區（Active）
條件直覺：
👉 E-B 正向、B-C 反向
👉 IC 近似受控：IC ≈ β·IB
輸出表現：
👉 Vout 會隨 Vin 平滑變化（反相）
👉 這段才是「真正可用的放大區」
3) 飽和區（Saturation）
條件直覺：
👉 IC 想再增加，但被 RC 與 Vcc 卡住
👉 B-C 不再維持反向，收集效率下降
輸出表現：
👉 Vout 卡在低電壓（常見約 0.1～0.3V）
👉 Vin 再推大也推不下去（輸出頂到底）
解析五、為什麼「Vin 小變化」會造成「Vout 大變化」？
關鍵不是 Vin 有多大能量，而是：
👉 Vin 改變了 IC 的比例
在放大區：
• Vin 微調 → IB 微調
• IB 微調 → IC 大幅變化（因 β 倍增） • IC 大幅變化 → RC 壓降大幅變化 • 所以 Vout 大幅變化
解析六、你會在實驗中看到的「失真」來源（物理意義）
如果 Vin 做成「交流小訊號」或快速掃動，你會看到：
• 波形上緣被削平（截止）
• 波形下緣被削平（飽和）
這代表：
👉 你把訊號推到工作區邊界了
👉 放大器不再線性，只剩限制
解析七、溫度效應：你不改 Vin，Vout 也可能漂
BJT 溫度上升常導致：
• VBE 下降
• 在同樣偏壓條件下，電流可能增加 • 造成 Vout 漂移
工程意義：
👉 放大器必須設計工作點與回授，不能只靠「單一 Vin」硬撐
解析八、工程上的真正設計重點：工作點（Q-point）
要讓「放大」穩定，你要把工作點放在：
👉 放大區的中間附近
因為：
• 上面留裕量避免截止
• 下面留裕量避免飽和
這樣才有最大的線性擺幅。
解析九、常見實驗錯誤（會讓你以為教材寫錯）
• 沒有 RB 或 RB 太小 → 一開始就飽和，根本看不到線性區
• Vcc、Vin 沒共地 → Vout 亂跳 • 只量 Vin/Vout 不量 VCE → 不知道自己在哪個工作區 • RC 選太大 → 很容易飽和，造成「好像不會放大」的錯覺
🧠 工程結論
👉 BJT 是「受控電流源」，放大的本質是控制比例；
👉 放大的能量由 Vcc 提供，RC 把電流變化轉成電壓變化； 👉 實驗中透過 Vout（=VCE） 就能直接判斷：截止、放大區、飽和與失真來源。
