五等-電子工程電子學大意110 年第 12 題單選題
如圖為雙極性差動式放大器,已知電晶體 $Q_{1}$ 和 $Q_{2}$ 的基極電阻 $r_{\pi}$ 、射極電阻 $r_{e}$ 、轉導 $g_{m}$ 、共基極電流增益 $\alpha$ 和共射極電流增益 $\beta$ 均相同,試求輸入阻抗 $R_{id} = ?$
A$r_{e}$
B$2r_{e}$
C$r_{\pi}$
D$2r_{\pi}$正確答案
D正確答案
BJT差動放大器兩基極間差模輸入阻抗 = 2rπ,因兩個Q1、Q2的rπ串聯在差模半電路中。
為什麼答案是 D
圖中顯示差動放大器:vid施加在Q1基極(+)與Q2基極(-)之間,Rid標示於兩基極之間。進行差模半電路分析時,尾電流源I視為開路(對差模信號而言),Q1與Q2各自的基極-射極輸入阻抗rπ在差模路徑上串聯,故Rid = rπ(Q1) + rπ(Q2) = 2rπ。
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完整詳解
Pro · 無限重點 BJT差動放大器兩基極間差模輸入阻抗 = 2rπ,因兩個Q1、Q2的rπ串聯在差模半電路中。
差模分析時,尾電流源視為斷路,Q1與Q2各貢獻一個rπ,從兩基極看進去等效為2rπ串聯。
逐選項分析
A✕ 陷阱
re為射極小信號電阻(re = VT/IC = 1/gm),是共基極模型的參數,不是從兩基極間看到的差模輸入阻抗,此為混淆共射極與共基極模型的陷阱。
B✕ 陷阱
2re雖然有「2倍」的概念是對的,但使用re而非rπ是錯誤的。re≈1/gm,rπ=β/gm=β·re,兩者差β倍,不可互換用於共射極組態的輸入阻抗計算。
C✕ 陷阱
rπ為單一顆BJT在共射極組態下的基極-射極小信號輸入電阻。若只計一顆電晶體,答案為rπ,但本題問的是從Q1基極到Q2基極之間(Rid),需考慮兩顆電晶體串聯,故應為2rπ。
D✓ 正確
圖中顯示差動放大器:vid施加在Q1基極(+)與Q2基極(-)之間,Rid標示於兩基極之間。進行差模半電路分析時,尾電流源I視為開路(對差模信號而言),Q1與Q2各自的基極-射極輸入阻抗rπ在差模路徑上串聯,故Rid = rπ(Q1) + rπ(Q2) = 2rπ。
BJT小信號模型常用參數對照
| 參數 | 定義 | 公式 | 使用場合 |
|---|
| rπ | 基極-射極小信號電阻 | β/gm = β·re | 共射極(CE)組態輸入阻抗 |
| re | 射極小信號電阻 | VT/IC = 1/gm | 共基極(CB)或T型模型 |
| gm | 轉導 | IC/VT | 電流增益核心參數 |
| β | 共射極電流增益 | IC/IB | rπ與re的橋接:rπ=β·re |
最常見陷阱是將rπ(共射極模型)與re(T型/共基極模型)混用。rπ = β·re,兩者差β倍(通常100倍以上)。差動放大器差模輸入阻抗問題,答案結構必為「2×單顆輸入阻抗」,關鍵在確認用哪個模型:共射極接法用rπ,故答案為2rπ而非2re。