五等-電子工程電子學大意109 年第 29 題單選題
如圖所示之小訊號模型為一共源極放大器,其等效輸入電容 CIN 為何?
ACGD+CGS (1+∣gmRL∣)
BCGD+CGS (1−∣gmRL∣)
CCGS+CGD (1+∣gmRL∣)正確答案
DCGS+CGD (1−∣gmRL∣)
C正確答案
共源極放大器等效輸入電容:CGS直接並聯輸入端,CGD因米勒效應被放大為CGD(1+|gmRL|),兩者相加即CIN。
為什麼答案是 C
圖中CGS連接在vi(閘極)與地(源極)之間,直接呈現在輸入端,等效電容即CGS本身。CGD跨接在vi與vo之間(圖中為閘極到汲極),共源極電壓增益Av = −gmRL(輸出反相),由米勒定理:CGD等效到輸入端 = CGD×(1−Av) = CGD×(1+gmRL) = CGD(1+|gmRL|)。故CIN = CGS + CGD(1+|gmRL|)。
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完整詳解
Pro · 無限重點 共源極放大器等效輸入電容:CGS直接並聯輸入端,CGD因米勒效應被放大為CGD(1+|gmRL|),兩者相加即CIN。
米勒定理:跨接在輸入與輸出之間的CGD,等效到輸入端放大為CGD×(1+|Av|),其中|Av|=gmRL;CGS直接在輸入端不受米勒放大。
逐選項分析
A✕ 陷阱
選項A把係數(1+|gmRL|)乘在CGS上,搞反了!CGS直接連接在閘極與源極之間(輸入端對地),不涉及米勒效應,不會被放大;CGD才是跨接在輸入輸出之間、需要米勒放大的那個。
B✕
選項B係數(1-|gmRL|)代表負反饋情境(如共汲極),共源極增益為負(輸出相位反轉),等效輸入電容應為CGD(1+|gmRL|)而非(1-|gmRL|),且放大對象也搞反了(乘在CGS)。
C✓ 正確
圖中CGS連接在vi(閘極)與地(源極)之間,直接呈現在輸入端,等效電容即CGS本身。CGD跨接在vi與vo之間(圖中為閘極到汲極),共源極電壓增益Av = −gmRL(輸出反相),由米勒定理:CGD等效到輸入端 = CGD×(1−Av) = CGD×(1+gmRL) = CGD(1+|gmRL|)。故CIN = CGS + CGD(1+|gmRL|)。
D✕
選項D係數(1-|gmRL|)用在CGD上,此係數對應的是等效到輸出端的米勒電容(CGD×(1+1/|Av|)≈CGD),而非輸入端;輸入端米勒電容必須是(1+|gmRL|),故D錯誤。
米勒定理:共源極放大器電容等效
| 電容 | 位置 | 米勒效應 | 等效輸入電容 |
|---|
| CGS | 閘極→源極(對地) | 無(直接在輸入端) | CGS |
| CGD | 閘極→汲極(跨輸入輸出) | 有,係數=(1+|Av|) | CGD×(1+|gmRL|) |
| CIN合計 | — | — | CGS + CGD(1+|gmRL|) |
本題最大陷阱是「把放大係數乘在CGS還是CGD上」。CGS在小訊號等效圖中直接從閘極接到地(源極接地),它就是普通的對地電容,不涉及米勒效應。CGD才是跨接在輸入端(vi)與輸出端(vo)之間的電容,需套米勒定理。選項A/B故意把係數移到CGS來誤導考生。