🎯 單元目標
完成本單元後，你將能夠：
• 認識共射極放大器結構（CE）
• 用白話理解「輸入怎麼變成輸出」• 建立電壓放大的直覺（為何會放大）
• 了解反相（180°）的物理來源與工程意義
🧭 一、通俗核心觀念（先把話講白）
共射極放大器可以用一句很直覺的話記住：
👉 你用很小的 Vin 控制 BJT 的電流，然後讓這個電流去拉 RC 的壓降，最後把「電流變化」轉成「輸出電壓變化」。
它是「類比放大」最常見的第一級，原因就兩個：
- 增益高（很容易做出明顯的電壓放大）
- 電路簡單（元件少、好理解、好量測）
「共射極」這個名字的意思是：
👉 射極 E 同時當輸入與輸出的共同參考點（通常接地或接近地）。
🧠 二、基本電路（先看長相）
最簡版（先不談偏壓電阻）：
+VCC
|
[RC]
|
o---- Vout (C)
|
|\
Vin --->| > NPN
|/ | o---- E | GND
你可以把它想成兩段串接的轉換：
- Vin → 控制 IC（小電壓變化引發電流變化）
- IC → 轉成 Vout（電流流過 RC 造成壓降改變）
🧠 三、訊號怎麼被放大（用「水龍頭」直覺）
把 BJT 想成「水龍頭」，Vin 是你轉動的角度，IC 是水流量。
- Vin ↑
→ 基極更願意導通 → IB ↑ → IC ↑（集極電流變大）
接著看 RC：
- IC ↑
→ RC 上的壓降 (IC·RC) ↑ → 但 Vout 是「集極的電壓」 → Vout = VCC - (IC·RC) → 所以 Vout 反而 ↓
這裡就是放大感的來源：
Vin 只動一點點，IC 就能動很多； IC 動很多，RC 上的壓降就動很多； 結果 Vout 的振幅就比 Vin 大。
🧠 四、為什麼會反相（180° 相位反轉）
用一句話講完反相：
👉 因為輸出是 VCC 減掉 RC 壓降，而 RC 壓降會隨 IC 增加而增加。
所以：
Vin ↑ → IC ↑ → RC 壓降 ↑ → Vout ↓
Vin ↓ → IC ↓ → RC 壓降 ↓ → Vout ↑
因此輸入與輸出相位相反：
👉 180° 反相
ASCII 直覺圖（只看方向）：
Vin: ~~~~↑~~~~↓~~~~
Vout: ~~~~↓~~~~↑~~~~
🧠 五、小訊號增益直覺（先記最重要那句）
共射極最常用的直覺公式：
Av ≈ -gm · RC
白話翻譯：
- gm 越大（偏壓電流越大）→ 放大能力越強
- RC 越大 → 把電流變化轉成電壓變化的能力越強
- 負號代表反相（180°）
⚠️ 初學者提醒：
這是「小訊號近似」的概念式。實際電路若有 RE、負載 RL、ro 等，增益會被修正，但直覺依然成立： 👉 gm × 電阻（把電流變電壓） = 增益的骨架
🧠 六、工程師真正在意的三件事（新手必懂）
- 不要失真（別削波）
放大器不是「越大越好」，要能在可用範圍內線性放大。 - 工作點要對（Q 點設在中間）
讓輸出上下都有空間擺動，才不會一放大就撞到飽和或截止。 - 增益與穩定度取捨
RC 做大增益變大，但也可能更容易飽和、輸出擺幅變小。
🧾 七、一句話記住本單元
🔊 共射極 = 用 Vin 控制電流，再用 RC 把電流變成大幅度電壓，但輸出會反相。
🔬 電子學實驗題（30/120）
實驗名稱：量測共射極電壓增益與反相特性
🎯 實驗目的
觀察：輸入太大會失真（削波），理解「線性區」的重要
- 直接量到：|Vout| 比 |Vin| 大（電壓增益）
- 直接看到：Vout 跟 Vin 反相（180°）
🧰 實驗器材
• NPN BJT（2N3904/2N2222 皆可）
• 直流電源 VCC（例如 5V、9V、12V） • 函數產生器（正弦波） • 示波器（至少 2 通道） • 電阻：RC、（建議加）RE、偏壓電阻（或用簡單偏壓方式） •（建議）萬用電表量 DC 工作點
🔧 實驗接線 ASCII 圖（含量測點與接地重點）
建議版（初學者更穩）：加 RE 讓工作點不亂飄
（RE 會讓增益稍降，但換來穩定與更容易成功）
+VCC
|
[RC]
|
o---- Vout (CH2 探棒)
|
C
|\
Vin~ --| > NPN
(CH1) |/ E o----[RE]---- GND | GND (示波器地夾、函數產生器地 必須共地)
📌 量測點說明（文字圖說）
- CH1：量 Vin（輸入端對地）
- CH2：量 Vout（集極對地）
- 示波器兩個地夾都接同一個 GND
- 函數產生器輸出地也要接同一個 GND（共地非常重要）
🔧 實驗步驟（照做就能看到放大與反相）
- 設定 DC 工作點（最重要！）
- 先讓電路在沒有 AC 時能穩定工作
- 用萬用表量 Vout 的 DC 值（集極電壓）
- 理想狀態：Vout(DC) 盡量接近 VCC/2（上下擺幅最平均）
- 輸入小正弦波（先小再大）
- 頻率：先用 1 kHz
- 幅度：先用很小（例如 5 mV~20 mV），避免一開始就失真
- 用示波器同時觀察 Vin 與 Vout
- 看振幅：Vout 是否明顯大於 Vin
- 看相位：Vin 上升時 Vout 是否下降（反相）
- 逐步調大 Vin，觀察何時開始失真（削波）
- 當 Vout 上緣或下緣被「削平」
- 代表你已經碰到截止/飽和
- 這能建立「線性放大不是無限大」的直覺
📊 預期觀察（讀者會看到什麼）
- 小訊號時：
Vout 振幅 > Vin，且 相位相反（180°） - Vin 太大時：
Vout 會出現削波（失真），代表超出線性區
ASCII 波形示意（只看相位）：
Vin : ~~~ /‾_/‾_/‾__
Vout: ~~~ _/‾__/‾_
✅ 專業解析（含 ASCII 圖）
解析一、電流路徑（你真的要看懂這條路）
VCC → RC → C → E → RE → GND
解析二、反相來源（用一句話再釘一次）
Vout = VCC - IC·RC 所以 IC 增加 → RC 壓降增加 → Vout 下降 → 反相成立
解析三、工程意義（為何它是主力）
- 它是最常見的一級電壓放大
- 常用在前級放大、感測訊號放大、音訊/類比前端
- 易成功、易量測、易建立直覺，是類比設計入門必練
🧠 工程結論
👉 共射極是類比放大的主力：用小 Vin 控制大電流，再用 RC 把電流變成大電壓，但代價是反相。
