五等-電子工程電子學大意108 年第 30 題單選題
增強型 MOSFET 分壓式偏壓共閘極放大器中,MOSFET 的 μnCox(W/L)=4 mA/V2,電阻值 R1=800 kΩ、R2=400 kΩ、R3=1.5 kΩ 及 R4=3 kΩ,測得流經電阻 R3 的直流偏壓電流為 2 mA 及輸出弦波信號振幅 3 V,求輸入小信號之振幅約為多少?其中,該放大器之偏壓電路等可提供該 MOSFET 正確的放大工作區。
A0.03 V
B0.06 V
C0.25 V
D0.5 V正確答案
D正確答案
共閘極放大器電壓增益 Av ≈ gm*RD,先由偏壓電流求 gm,再由 RD=1.5kΩ 求 Av,最後反推輸入振幅。
為什麼答案是 D
依據共閘極架構,gm=4mS,RD=1.5kΩ,增益 Av=gm*RD=6。Vin=Vout/Av=3V/6=0.5V,符合選項 D。
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完整詳解
Pro · 無限重點 共閘極放大器電壓增益 Av ≈ gm*RD,先由偏壓電流求 gm,再由 RD=1.5kΩ 求 Av,最後反推輸入振幅。
1. 算 gm=√(2*4m*2m)=4mS。2. 由電路結構知 RD=1.5kΩ。3. 增益 Av=gm*RD=4mS*1.5kΩ=6。4. Vin=Vout/Av=3V/6=0.5V,選(D)。
逐選項分析
A✕ 陷阱
此數值約為輸出電壓除以 100,可能是誤將增益算成 100 或單位換算錯誤(如 mS 當作 S),屬於數量級誤判的典型誘答。
B✕ 陷阱
此值約為正確答案的一半,常見於忘記乘上 √2 或誤用峰值/均方根轉換,或是將 gm 公式中的係數 2 遺漏所致。
C✕
此數值對應增益為 12,可能是誤將 RD 取為 3kΩ 所致。
D✓ 正確
依據共閘極架構,gm=4mS,RD=1.5kΩ,增益 Av=gm*RD=6。Vin=Vout/Av=3V/6=0.5V,符合選項 D。
MOSFET 三種基本放大器比較
| 架構 | 電壓增益 | 輸入阻抗 | 輸出阻抗 |
|---|
| 共源極 (CS) | -gm(RD//ro) | 極高 | RD//ro |
| 共汲極 (CD) | ≈1 (略小於1) | 極高 | 1/gm |
| 共閘極 (CG) | +gm(RD//ro) | 1/gm (低) | RD//ro |
題目給定 μnCox(W/L) 即為 Kn 參數,但部分教材定義 Kn' = 1/2 μnCox(W/L)。若混淆兩者會使 gm 計算差 √2 倍。此外,R3 在此題為源極偏壓電阻,但在共閘極小信號分析中,若無旁路電容則會影響增益;題目暗示「正確放大工作區」通常指已妥善設計,應以標準 CG 模型求解。