W6 - 共射 CE 的中頻分析=先把 BJT 換成小訊號模型,再用「集極等效負載」定增益,射極退化用負回授換線性與穩定

更新 發佈閱讀 7 分鐘

共射極(CE)放大器在中頻時,我們可以先把 BJT 想成一個「小小的受控電流源」(小訊號模型),這樣電路就變得很好算。

接著你只要看集極端到底「拉著多重的負載」(R_C、負載 R_L、以及可能的 rₒ 並在一起),這個等效負載越大,電壓增益就越大。

如果在射極加一顆電阻 R_E 而且不旁路,它會產生負回授:輸出電流變大時會自動把 v_be 變小,把放大「收斂回來」,所以增益變小但波形更線性、工作點更穩定、也比較不怕溫度和 β 漂移。


1) W6 你一定要會的 3 種 CE 版本(中頻)

1.1 最基本 CE(射極 AC 接地)

條件:射極接地或 R_E 被旁路電容完全短路(中頻近似)。

  • v_e(ac) ≈ 0 ⇒ vπ ≈ v_b
  • Aᵥ ≈ −gₘ · (R_C ∥ R_L ∥ rₒ)
  • 若 rₒ 很大:Aᵥ ≈ −gₘ · (R_C ∥ R_L)

1.2 CE + 射極退化(R_E 不旁路)

射極會動,等於加了局部負回授。


重點效應:增益↓、線性↑、Rin↑、對 β/溫度更不敏感


常用近似(忽略 rₒ,且 R_E 未旁路):

  • Aᵥ ≈ −(gₘ·(R_C ∥ R_L)) / (1 + gₘ·R_E)
    等價寫法(用 rₑ ≈ 1/gₘ):
  • Aᵥ ≈ −(R_C ∥ R_L) / (rₑ + R_E)

1.3 CE 含偏壓電阻網路(R1、R2)

中頻小訊號時:VCC 是 AC ground,所以 R1、R2 會直接「看到地」。

  • Rin(total) ≈ (R1 ∥ R2) ∥ Rin(base)
  • 未退化:Rin(base) ≈ rπ
  • 有退化:Rin(base) ≈ rπ + (β+1)R_E

2) 小訊號等效電路:W6 必背換電路口訣

  1. DC 電源 → AC ground(VCC 直接接地)
  2. 電容(中頻)→ 視為短路(耦合、旁路都短)
  3. BJT → hybrid-π:rπ、gₘvπ、(可選 rₒ)
  4. 輸出端負載:看集極的 (R_C ∥ R_L ∥ rₒ)

3) W6 四大核心量(你要能一眼寫出)

3.1 電壓增益 Aᵥ(最常考)

  • Aᵥ ≈ −gₘ · (R_C ∥ R_L ∥ rₒ)(無退化)
  • Aᵥ ≈ −(gₘ·R_Ceq)/(1+gₘR_E)(有退化;R_Ceq=R_C∥R_L∥rₒ)

3.2 輸入電阻 Rin(從 Vin 端看進去)

  • Rin(base) ≈ rπ(無退化)
  • Rin(base) ≈ rπ + (β+1)R_E(退化超常考)
  • 加上偏壓:Rin(total) ≈ (R1 ∥ R2) ∥ Rin(base)

3.3 輸出電阻 Rout(從輸出端看回去)

  • Rout ≈ R_C ∥ rₒ(沒有負載時)
  • 有負載則 Rout_outnode ≈ (R_C ∥ rₒ) ∥ R_L

3.4 相位(看到 CE 就要反射)

  • CE 中頻:輸出相位反轉 180°(負號來源)

4) 射極退化的負回授直覺(考試一句話必殺)

輸出電流↑ → 射極電壓↑ → v_be↓ → 把電流拉回來,因此增益變小但失真與漂移也一起被壓住。


5) W6 題型模板(直接套)

題型 A:給 I_C、R_C、R_L,求中頻 Aᵥ

  1. gₘ = I_C/Vₜ
  2. R_Ceq = R_C ∥ R_L(需要再 ∥ rₒ)
  3. Aᵥ = −gₘ·R_Ceq(或加退化公式)

題型 B:給 β、I_C、R_E,求 Rin

  1. gₘ = I_C/Vₜ
  2. rπ = β/gₘ
  3. Rin(base)=rπ+(β+1)R_E(若 R_E 未旁路)

題型 C:比較「有/無」旁路電容

  • 有旁路(中頻短路):R_E 被 AC 短掉 ⇒ 增益大、線性差
  • 無旁路:R_E 留在 AC ⇒ 增益小、線性好、Rin 大

6) W6 易錯點(這週最容易翻車)

  • 忘了 VCC 是 AC ground ⇒ R1、R2 其實是對地並聯
  • 旁路電容 在中頻忘記當短路 ⇒ 多算了 R_E
  • Rin 只算 rπ 忘了 (β+1)R_E(退化題會直接錯一半)
  • rₒ 何時要帶:題目給 V_A 或要你算 Rout / 精準增益時必帶

7) W6 速讀清單(10 條內小抄)

  1. 中頻:耦合/旁路電容≈短路,VCC≈AC ground
  2. CE 反相:Aᵥ 負號
  3. 無退化:Aᵥ≈−gₘ(R_C∥R_L∥rₒ)
  4. 有退化:Aᵥ≈−gₘR_Ceq/(1+gₘR_E)
  5. rₑ≈1/gₘ ⇒ Aᵥ≈−R_Ceq/(rₑ+R_E)
  6. Rin(base):rπ 或 rπ+(β+1)R_E
  7. Rin(total):(R1∥R2)∥Rin(base)
  8. Rout≈R_C∥rₒ
  9. 退化:增益↓、線性↑、Rin↑
  10. 先 Q-point 再小訊號

8) W6 30 秒自測(要能秒答)

1. 為什麼 CE 一定反相?(電流→壓降→輸出,一句話)

v_be↑ → i_c≈gₘv_be↑ → R_C 上壓降 i_cR_C↑ → 集極電壓 v_o = V_CC − i_cR_C ↓,所以輸出下降而反相。

2. 為什麼退化後會出現 (1+gₘR_E)?代表什麼回授強度?

因為 i_c≈gₘv_be,而 v_be = v_in − v_e 且 v_e≈i_eR_E≈i_cR_E,所以有效驅動變成 v_be = v_in − i_cR_E,解聯立得到 i_c = (gₘ/(1+gₘR_E))v_in;其中 gₘR_E 就是「局部負回授環路增益」,越大表示回授越強、增益越被壓低但越線性穩定。

3. R1、R2 在中頻為什麼會變成輸入端對地負載?

中頻小訊號分析把 DC 電源 V_CC 視為 AC ground,R1 上端等效接地、R2 下端本來就接地,因此從輸入端看就是 (R1 ∥ R2) 直接並到地,成為對地負載。



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