原住民族五等考試-電子工程電子學大意104 年第 23 題單選題
如圖為一共汲極(common drain)放大器的簡圖(其偏壓電路未示)。若電晶體的轉導(transconductance)參數為 gm,輸出電阻為 ro→∞,則此放大器的電壓增益為何?
AgmRS
BgmRS/(1+gmRS)正確答案
C−gmRS
D−gmRS/(1+gmRS)
B正確答案
共汲極(Source Follower)放大器電壓增益為正值且小於1,公式為 gmRS/(1+gmRS),輸出從源極取出,無相位反轉。
為什麼答案是 B
共汲極放大器小訊號分析:vgs = vi - vo,輸出節點KCL: gm·vgs = vo/RS,代入得 gm(vi-vo)=vo/RS,整理得 vo/vi = gmRS/(1+gmRS),正確。
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完整詳解
Pro · 無限重點 共汲極(Source Follower)放大器電壓增益為正值且小於1,公式為 gmRS/(1+gmRS),輸出從源極取出,無相位反轉。
共汲極 = Source Follower,增益公式直接套用:Av = gmRS/(1+gmRS),正值且<1,排除負號選項C/D,再排除無分母的A。
逐選項分析
A✕ 陷阱
gmRS 忽略了源極回授效應,未除以(1+gmRS)分母。此為共源極(common source)帶RS負載時的近似增益形式,套錯電路組態。
B✓ 正確
共汲極放大器小訊號分析:vgs = vi - vo,輸出節點KCL: gm·vgs = vo/RS,代入得 gm(vi-vo)=vo/RS,整理得 vo/vi = gmRS/(1+gmRS),正確。
C✕ 陷阱
負號代表相位反轉,共汲極輸出從源極取出,與輸入同相位,不會有負號。負號是共源極(common source)組態的特徵。
D✕
分母形式正確但帶有負號,相位判斷錯誤。共汲極為同相放大器,增益必須為正值,負號不成立。
MOSFET三種組態比較
| 組態 | 輸入端 | 輸出端 | 電壓增益Av | 相位 |
|---|
| 共源極 CS | Gate | Drain | -gmRD | 反相(180°) |
| 共汲極 CD (Source Follower) | Gate | Source | gmRS/(1+gmRS) | 同相(0°) |
| 共閘極 CG | Source | Drain | gmRD | 同相(0°) |
選項A的gmRS看起來「接近正確」容易誤選,但忽略了源極回授造成的(1+gmRS)分母。共汲極因為輸出端(源極)電壓會反饋回vgs,形成串聯電壓回授,使增益必然小於1,分母不可缺少。