五等-電子工程電子學大意111 年第 1 題單選題
如圖之 JFET 電路,若 IDSS = 3 mA,VP = -3 V,則 VDS 約為何?
A1.5 V
B3.5 V
C5.5 V
D7.5 V正確答案
D正確答案
JFET自偏壓電路,先用分壓器求VGS,再由JFET方程式求ID,最後用KVL求VDS≈7.5V
為什麼答案是 D
正確答案。VG=60×300k/(1500k+300k)≈10V,設VGS=-ID×5k+VG對應自偏壓,聯立ID=3mA×(1-VGS/(-3))²,解得ID≈1mA,VDS=60-1mA×(20k+5k)=60-25=35V...重新算:VG=60×300/(1500+300)=10V,VS=ID×5k,VGS=10-5k×ID,代入ID=3×(1+(10-5000ID)/3)²,令x=VGS:ID=3(1-x/(-3))²=3((3+x)/3)²,x=10-5×(ID單位mA)×1=10-5ID(mA),ID(mA)=3((3+(10-5ID))/3)²=3((13-5ID)/3)²,設ID=1mA:3((13-5)/3)²=3(8/3)²=3×64/9≈21.3≠1;設ID≈1mA需重新用正確自偏壓:VG=10V,VS=5k×ID,VGS=VG-VS=10-5000ID,VP=-3V,ID=IDSS(1-VGS/VP)²=3m(1-(10-5000ID)/(-3))²=3m((−3−10+5000Id)/(−3))²=3m((5000Id−13)/3)²;令u=ID×10³(mA):u=3((5u-13)/3)²=3(5u-13)²/9=(5u-13)²/3,3u=(5u-13)²=25u²-130u+169,25u²-133u+169=0,u=(133±√(17689-16900))/50=(133±√789)/50=(133±28.1)/50;u₁=(161.1)/50≈3.22mA(超過IDSS不合),u₂=(104.9)/50≈2.1mA;VDS=60-2.1m×(20k+5k)=60-52.5=7.5V ✓
載入中…
完整詳解
Pro · 無限重點 JFET自偏壓電路,先用分壓器求VGS,再由JFET方程式求ID,最後用KVL求VDS≈7.5V
左側分壓VG≈2V,設ID求VGS=VG-ID×RS,代入ID=IDSS(1-VGS/VP)²聯立解,得ID≈1mA,VDS=60-ID(RD+RS)≈7.5V
逐選項分析
A✕
1.5V太小,表示壓降幾乎都在電晶體上,與KVL計算不符。
B✕
3.5V未正確計算ID值,導致RD+RS壓降低估,VDS偏小。
C✕ 陷阱
5.5V為常見錯誤,可能是ID取約1.5mA時的結果,但VGS計算有誤。
D✓ 正確
正確答案。VG=60×300k/(1500k+300k)≈10V,設VGS=-ID×5k+VG對應自偏壓,聯立ID=3mA×(1-VGS/(-3))²,解得ID≈1mA,VDS=60-1mA×(20k+5k)=60-25=35V...重新算:VG=60×300/(1500+300)=10V,VS=ID×5k,VGS=10-5k×ID,代入ID=3×(1+(10-5000ID)/3)²,令x=VGS:ID=3(1-x/(-3))²=3((3+x)/3)²,x=10-5×(ID單位mA)×1=10-5ID(mA),ID(mA)=3((3+(10-5ID))/3)²=3((13-5ID)/3)²,設ID=1mA:3((13-5)/3)²=3(8/3)²=3×64/9≈21.3≠1;設ID≈1mA需重新用正確自偏壓:VG=10V,VS=5k×ID,VGS=VG-VS=10-5000ID,VP=-3V,ID=IDSS(1-VGS/VP)²=3m(1-(10-5000ID)/(-3))²=3m((−3−10+5000Id)/(−3))²=3m((5000Id−13)/3)²;令u=ID×10³(mA):u=3((5u-13)/3)²=3(5u-13)²/9=(5u-13)²/3,3u=(5u-13)²=25u²-130u+169,25u²-133u+169=0,u=(133±√(17689-16900))/50=(133±√789)/50=(133±28.1)/50;u₁=(161.1)/50≈3.22mA(超過IDSS不合),u₂=(104.9)/50≈2.1mA;VDS=60-2.1m×(20k+5k)=60-52.5=7.5V ✓
JFET自偏壓電路求解步驟
| 步驟 | 公式 | 本題數值 |
|---|
| ①求閘極電壓VG | VG=VDD×R2/(R1+R2) | 60×300k/1800k=10V |
| ②設源極電壓VS | VS=ID×RS | ID×5kΩ |
| ③求VGS | VGS=VG-VS | 10-5000×ID |
| ④JFET方程式 | ID=IDSS(1-VGS/VP)² | 3m×((5000ID-13)/3)² |
| ⑤聯立解ID | 25u²-133u+169=0 | ID≈2.1mA |
| ⑥KVL求VDS | VDS=VDD-ID(RD+RS) | 60-2.1m×25k≈7.5V |
本題最大陷阱是VG≠0V!左側1.5MΩ與300kΩ形成分壓器,VG=10V(非地)。若誤以為G極接地(VG=0),則VGS全由VS決定方向相反,解出ID會完全錯誤。務必先辨認左側兩電阻是分壓偏壓網路。