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第 2 章 二極體的物理性質及特性 37 

( A ) 10. 有一 PN 二極體逆向飽和電流於 300K 時為 1μA,於 350K 時 IS 應為  32  50 

統測趨勢領導大師 超高命中 1. 如圖所示電路,Vs = 1V,則輸出電壓 Vo

為 多 少?   - 12   - 6   6   12  V。

【94 統測】

1. 如圖電路中,運算放大器外加直流電源

64  100 mA。

為 ±15V。當 Vs = 200mV,輸出電壓 Vo 為 ( C ) 11. 如圖,若稽納二極體 VZ = 10V,VS = 12V,RS = 1kW,RL = 2kW,則負載 RL 兩端電壓  18  - 18  15  - 15 V。 為  12  10  8  0 V。

金賞

Yes,You can 第 3 章 二極體的應用電路 53 

重點 4

 比較

1. 半波整流電路與全波整流電路之比較:

半波整流電路具有電路簡單及成本低廉的優點,但輸入之交流訊號只有某一半週有輸出,而另

大師推薦

1

一半週卻沒有輸出,因此整流效率較低,而且其輸出直流之平均值較低,漣波變化也較大。

101統一入學測驗

101統測超高命中 趨勢掌握百分百

2. 橋式全波整流與中間抽頭式全波整流電路之比較:

    

2

前者之優、缺點如下:  優點: 大師推薦

每一個二極體之 PIV 值僅為 Vm,而中間抽頭式全波整流電路需為 2Vm。

本書趨勢掌握度高,內容及試題既精準又實用,不用一定會後悔。

不需使用中間抽頭變壓器,可使整流器的體積縮小。

101統一入學測驗 : :Vo =  (1 +

圖

圖

圖

 16mW  64mW  24mW  0W。

89k ) Vs 1k ⇒ Vo = (90)(200m) = 18V

2. 如 圖  電 路, 若 R1 = 1kΩ,R2 = 10kΩ, Vo = 0.11V, 則 其 輸 入 抵 補 電 壓 為 多 少? 

體造成 1.4V 壓降對低電壓整流影響大。

3. 各種整流電路的特性比較:如表 3 - 1 所示。 本書掌握高職學生最適合的複習方式 表 3 - 1 各種整流電路

( D ) 13. 承上題,若電源改為 10V,則此稽納二極體之消耗功率為  16mW  64mW 

Vo =  (1 +

24mW  0W。 掌握 電子學(含實習)複習講義

      種類

*( B ) 14. 如圖所示,若稽納(Zener)二極體崩潰電壓為 10V,且 12V ≤ Vi ≤ 15V,500W ≤ RL ≤

  超過正飽和電壓 ( + 15V)

掌握 電子學(含實習)複習講義

缺點:必須使用四個二極體,比中間抽頭式全波整流電路多用了兩個二極體,且兩個二極

( B ) 12. 如圖,稽納(Zener)二極體之崩潰電壓 VZ = 8V,此稽納二極體之消耗功率大小為 

:

100k ) Vs = (6)(1) = 6V 20k

挖空式表格整理 複習印象深

圖

1000W,則稽納二極體所消耗之最大功率為  0.5  0.4  0.3  0.2 W。

故 Vo = 15V

特性

Vos=   2  3  4  5 mV。

    

 0.01  0.1  1  10 mV。

中間抽頭式

橋式

Vm

2Vm

Vm

二極體個數

1

2

4

2Vm π

2Vm π

2fs

2fs

2Vm

Vm

漣波頻率(fr)

    

全波整流

次級線圈電壓

輸出電壓

2. 如 圖  的 電 路, 此 741 的 輸 入 抵 補 電 壓

半波整流

PIV

Vm π 負載為電容:Vm 負載為電阻:

fs(電源頻率) 負載為電阻:Vm 負載為電容:2Vm

輸出波形

圖         

圖        

圖

為何種元件? 石英晶體 發光二極體 稽納二極體 變容二極體。 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 117 

( D ) 15.

掌握 電子學(含實習)複習講義 圖

圖

: :抵補電壓於非反相輸入端輸入,即 101統一入學測驗 R Vo =  (1 + 2 ) Vos R1

10k ⇒ 0.11 =  (1 + ) Vos 1k ⇒ Vos = 0.01V = 10mV

:

( A ) 16. 下列敘述何者不正確?  Si 及 Ge 的原子序皆為 14  Si 的障壁電壓約為 0.7V  4. 如圖所示之電晶體集極回授偏壓電路, 4. 如圖所示直流偏壓電路中,其矽質 NPN Ge 的障壁電壓約為 0.3V  Si 及 Ge 皆是四價元素。 電晶體直流電流增益 b 為 50,試求集極對 電晶體的 b = 50,RB1 = RB2 = 100kΩ, = 0.7V,RC = 2kΩ, 射極間之直流電壓近似值約為多少伏特? V ,NV型半導體,要在本質半導體中加入少量 二價 三價 四價 五價 元素。 V C (C =D1 5) 17. BE

VCE 大約為多少伏  10  8  6  4。 輸入抵補電壓 Vos 加於非反相輸入端,故 RE =( 1kΩ,則直流偏壓 B ) 18. 如圖所示電路,矽製二極體 D1 及 D2 之順向偏壓 VD1 及 VD2 皆為 0.7 伏特,則流經電

( D ) 1. 如圖之電路,下列敘述何者正確?  Vdc = 31.8V   

滿分搭配

 Vdc = 63.6V  Vdc = 141.4V  Vdc = 90V。

( A ) 2. 全波整流電路之直流輸出電壓 Vdc 為半波整流電路之  2 1 π  2       倍。 π π 2

圖

特?  8.8  阻 R 6.8  之電流 4.8  I 為 10.8。 4.25  3.32  2.15  0.76 毫安。 2

2

( B ) 19. 承上題電路,流經二極體 D2 之電流 ID2 為  4.125  3.108  2.245  1.365 毫 安。

10k ) 0.1k ⇒ 0.202 = Vos(1 + 100)

*( B ) 20. 如圖,R = 25kW,RS = 1.3kW,假設二極體的切入電壓為 0.6V,順向電阻 Rf = 200W, 當 Va = Vb = 5V 時,Vo 等於  0  4.27  2.81  5 V。

Vo = Vos (1 +

( B ) 21. 有關變抗二極體(varactor)的電容 CT 的大小,下列敘述何者正確? 與逆向偏壓成 正比 與逆向偏壓成反比 與順向電流成正比 與順向電流成反比。

⇒ Vos = 2mV

圖

:

圖

:

IB =

12 − 0.7 = 0.0374mA 200k + (1 + 50)(2k )

〈掌握〉電子學(含實習)複習講義測驗卷

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88 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

4-1 雙極性電晶體之特性及結構 重點 1

 雙極性接合面電晶體

1. 雙極性接合面電晶體(簡稱 BJT): 是一個三層的半導體元件,如圖 4 - 1(a) 所示,若是一層較薄的 P 型半導體夾在兩層 N 型半導 體之間,則稱為 NPN 電晶體,反之,如圖 4 - 1(b) 所示,若是一層較薄的 N 型半導體夾在兩層 P 型半導體之間,則稱為 PNP 電晶體。

(a)NPN 電晶體結構及符號

(b)PNP 電晶體結構及符號

圖 4 - 1 電晶體的結構及其電路符號

2. 雙極性接合面電晶體之意義: 

雙極性:表示電晶體之傳導電流是由不同極性之電子與電洞(電子與電洞之運動方向相反) 共同組成。

接合面:電晶體內具有兩個 P - N 接合面。

電晶體:是「transfer resistor」之縮寫,其意義為「轉換電阻器」,翻譯為「電晶體」並無 任何物理意義,但可用來解釋電晶體之放大作用。

3. 如圖 4 - 1 所示的電晶體結構: 

電晶體的三個電極分別稱為射極(E)、基極(B)與集極(C)。

射極與基極之間的接合面稱為射極接合面,集極與基極之間的接合面稱為集極接合面。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 89 

結構寬度:C > E > B,基極寬度甚窄,約為總寬度的

1 。基極愈薄其可到達集極的擴散電 150

流愈大,但太薄則有下列不良影響。 極際電容增大,使高頻工作受限制。 易被電壓打穿。 

摻雜載子濃度的關係為:E > B > C,其原因為: 射極區內的載子濃度高於基極區,以便於載子由射極區向基極區擴散,而獲得較高的入 射效率。 集極區內之載子濃度必須低,以使集極接合面可承受較高之逆向崩潰電壓。

電晶體的射極與集極雖為同型材料(皆為 N 型或皆為 P 型),但因射極之摻雜濃度高於集 極,所以射極與集極不能對調連接,否則電晶體的耐壓與增益都將降低。

1. 電晶體加入載子濃度的大小為     

1. 電晶體(BJT)結構寬度由大到小為何?

 B > C > E   E > C > B   C > E > B 

 E > B > C   B > C > E   C > E > B 

 E > B > C。

 B > E > C。

:

:

:在電晶體結構中摻雜載子濃度關係為 E > B > C。

在電晶體結構寬度 C > E > B。

2. 下列關於一般雙極性接面電晶體之敘述,

2. 下列關於一般雙極性接面電晶體之敘述,

何者正確? 射極摻雜濃度最低且寬度

何 者 正 確?   結 構 寬 度 由 小 到 大 為

最窄 射極摻雜濃度最低且寬度最寬 

E > C > B 載子濃度由大到小為 B > C > E

集極摻雜濃度最高且寬度最窄 集極

結構寬度由大到小為 C > E > B 載子

摻雜濃度最低且寬度最寬。

濃度由小到大為 E < B < C。

【99 統測】

:

:

:寬度:C > E > B;濃度:E > B > C。

寬度:C > E > B;濃度:E > B > C。

*( B ) 1. 電晶體之射極 E 與集極 C 可否調換使用? 可以,毫無影響 可以,但增益降低  可以,但增益增加 不可以。


90 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

4-2 電晶體之電流成分 重點 1

 電晶體偏壓方式

1. 電晶體偏壓方式: 

電晶體具有兩個 P - N 接合面,而每一接合面可加順向或逆向偏壓,所以共有四種工作方 式,其名稱及各接合面之偏壓接法,如表 4 - 1 所示。 表 4 - 1 雙極性電晶體之工作方式 工作方式

射極接合面之偏壓

集極接合面之偏壓

主動(active)

順向

逆向

飽和(saturated)

順向

順向

截止(cutoff)

逆向

逆向

反轉(inverse)

逆向

順向

各種偏壓供給方式之用途: 飽和及截止方式:用於交換電路。 主動方式:用於線性放大電路,其失真最小。 反轉方式:會使電晶體的耐壓及增益降低,所以不被採用。

2. 電晶體之電流成分: 

電晶體 B - E 兩端加順向偏壓時,空乏區域小,而呈現低電阻,使射極區內之多數載子,跨 越射極接合面而進入基極。

電晶體 B - C 兩端加逆向偏壓時,空乏區加大,而呈現高電阻,此時基極區內之多數載子 將無法通過接合面,只有少數載子流通而已。

以圖 4 - 2 所示之 PNP 電晶體為例。

圖 4 - 2 PNP 電晶體在主動區內之載子運動及其所導致之端點電流方向

當電晶體 B - E 兩端加順向偏壓時,將使 P 型射極區內之電洞(多數載子)大量的注入 N 型基極區域而成為基極之超額少數載子,其中有一小部分與基極區內的電子結合,而大部 分的電洞將受到 B - C 兩端所加逆向偏壓的吸引,繼續跨集極接合面而到達集極區域。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 91 

由上述分析可知: 由射極發射之多數載子,大部分經由基極進入集極,而形成主要的集極電流 IC(多數); 少部分則與基極區內之多數載子結合,而形成微量(因基極區域較窄,且摻雜濃度較低) 之控制電流。若將電晶體視為一個電流節點,則可應用克希荷夫電流定律得到: IE = IB + IC 集極電流除了由射極之多數載子傳導所形成的 IC(多數)之外,還包含了逆向偏壓下, 由基極與集極區域中的少數載子所形成的微小漏電流 ICO(少數)(如圖 4 - 2 中所示之 ICO),因此集極電流可用下式來表示: IC = IC(多數載子) + ICO(少數載子)≒ IC(多數載子)

NPN 電晶體與 PNP 電晶體之比較: 加偏壓方法相同:作為放大器使用時,B - E 接合面加順向偏壓,而 B - C 接合面加逆向 偏壓。 工作原理相同但電流極性相反: A. 多數載子皆由射極經過基極到集極,但因 NPN 電晶體之多數載子為電子,而 PNP 電 晶體之多數載子為電洞,所以兩者之載子流動方向相反。 B. 假設流入電晶體之電流極性為正,而流出電晶體之電流極性為負,則如圖 4 - 3 所示: (a) PNP 電晶體:IE =  + ,IB =  - ,IC =  - 。 (b) NPN 電晶體:IE =  - ,IB =  + ,IC =  + 。 (c) 電晶體放大器工作在正常偏壓時,其電流之關係為:

|IE| = |IB| + |IC|

(a)PNP 電晶體    (b)NPN 電晶體

圖 4 - 3 雙極性電晶體之電流方向

C. 由於自由電子的移動率室溫下約為電洞 2 倍,而 PNP 型電晶體中主要是用電洞來傳導, 所以交換速度較慢,頻率響應也較差;NPN 型電晶體主要是用電子來傳導,所以交換 速度較快,頻率響應也較佳。


92 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

1. 下列敘述何者錯誤?

1. NPN 電 晶 體 若 欲 工 作 在 作 用 區(active region),則

BJT 當 開 關 使 用 時 是 工 作 於 飽 和 區   (saturation region) 或 截 止 區(cut off region)

BJT 當 放 大 器 使 用 時 是 工 作 於 作 用 區   (active region)

BJT 在作用區 (active region) 的偏壓方式   是 B - E 接面順向偏壓,B - C 接面逆向 偏壓

基射接面需順偏,基集接面需順偏

基射接面需順偏,基集接面需反偏 基射接面需反偏,基集接面需順偏 基射接面需反偏,基集接面需反偏。 :

作用區:B - E 接面:順偏,B - C 接面:逆偏

BJT 在 飽 和 區(saturation region) 的 偏   壓方式是 B - E 接面逆向偏壓,B - C 接 面逆向偏壓。 :

:BJT 在飽和區的偏壓方式為 B - E 接面 順向偏壓,B - C 接面順向偏壓。

2. NPN 電 晶 體 在 飽 和 區 工 作 時, 基 極、 射

2. 若 NPN 電 晶 體 工 作 於 作 用 區(active

極 和 集 極 之 間 電 壓 關 係 為   VBE > 0,

region), 其 三 端 的 電 壓 關 係 為

VBC < 0   VBE < 0,VBC > 0   VBE > 0,

 

VBC > 0  VBE < 0,VBC < 0。

 VE > VB > VC  VB > VC > VE 

:

:此為 NPN 電晶體且在飽和區。 故 VBE > 0(且大於切入電壓,因順偏)   VBC > 0(因順偏)。

 VC > VE > VB  VC > VB > VE。 :

因 NPN 電晶體工作於作用區,故 B、E 順偏, 則 VB > VE。 又 B、C 逆偏,則 VC > VB ∴ VC > VB > VE

3. 一般 BJT 若欲提高內部電流放大率,則可

3. 一般 BJT 結構若將射極摻雜濃度提高,則

由哪些方面改善?

下列何者正確? 將提高內部電流放大

提高射極摻雜濃度與降低基極寬度

率 將降低內部電流放大率 將提高

提高集極摻雜濃度與降低基極寬度

切入電壓 將提高基極有效寬度。

提高基極摻雜濃度與降低射極寬度 提高基極摻雜濃度與提高射極寬度。 :

:當提高射極摻雜濃度或降低基極寬度 時,則 IC ↑、IB ↓且 b ↑。

:

當提高射極摻雜濃度或降低基極寬度,將提高 內部電流放大率。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 93 

4. 有關雙極性接面電晶體(BJT)特性之敘

4. 下列有關雙極性接面電晶體(BJT)特性

述,下列何者有誤?  BJT 為電流控制

之敘述,何者正確?  BJT 為電壓控制

元件  NPN 型 BJT 正常工作時,流通

元件  PNP 型 BJT 正常工作時,流通之

之多數載子為電子  BJT 用於線性放大

多���載子為電子  BJT 當開關時,工作

時,基射極需接反偏,基集極接順偏 

於截止區或飽和區  BJT 元件使用可以

不可以兩個二極體來代替 BJT 元件使用。

相當於兩個二極體反接使用。

:

:

:BJT 線性放大,故在工作區,則基射極 需順偏,基集極接逆偏。

BJT 為電流控制元件, NPN 型 BJT 流通多數載子為電子; PNP 型 BJT 流通多數載子為電洞, BJT 元件使用不等同使用兩個二極體反接。

*( C ) 1. 在雙極性電晶體的共射極組態中,作用區常被用來放大信號,主要是因為在該區有何特 性?  IC 與 IB 無關 輸入阻抗極高 電晶體輸出電流對輸入電流反應極為靈敏  IC 約等於 ICBO。 ( D ) 2. 通常電晶體用於小訊號之線性放大器,其工作點必須位於 飽和區 截止區 截 止區和飽和區 動作區。 ( B ) 3. 電晶體開關在 OFF 時,電晶體進入 飽和區 截止區 工作區 反向偏壓工作 區。 ( C ) 4. BJT 電晶體是利用下列何者控制之元件? 電場 磁場 電流 電磁場。 ( D ) 5. 雙極性接面電晶體(BJT)在作用區時  BE 接面是逆向偏壓,而 CB 接面是順向偏壓  BE 與 CB 接面都是順向偏壓  BE 與 CB 接面都是逆向偏壓  BE 接面是順向偏 壓,而 CB 接面是逆向偏壓。 ( C ) 6. 電晶體在數位電路中最主要的用途是作為 放大 振盪 開關 整流。


94 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

4-3 電晶體之三種基本放大電路 重點 1

 電晶體三種基本放大電路

1. 電晶體放大電路依其公共端點不同之分類: 電 晶 體 放 大 電 路 依 其 公 共 端 點 之 不 同, 可 分 為 三 種 型 式: 共 基 極(common base; 簡 稱 為 CB)、共射極(common emitter;簡稱為 CE)與共集極(common collector;簡稱為 CC)。 2. 電晶體放大器之輸入與輸出端點: 表 4 - 2 電晶體放大器之輸入與輸出端點之區分 接腳

共同端

輸入端

輸出端

CB 放大器

B

E

C

CE 放大器

E

B

C

CC 放大器

C

B

E

電路名稱

  表 4 - 2 所示為電晶體放大器之輸入與輸出端點之區分,由表 4 - 2 可看出: 

基極若非共同端,則必然當作放大器之輸入端。

集極若非共同端,則必然當作放大器之輸出端。

3. 電晶體三種組態: 

共基極組態: 又稱為基極接地式(grounded base)放大器,如圖 4 - 4 所示,輸入訊號加於射 - 基極之 間而輸出訊號則由集 - 基極之間取出。 輸入阻抗 Ri 甚小(約為 20Ω),輸出阻抗 Ro 甚大(約為 100kΩ 以上),可用來匹配一 極低的訊號源阻抗與一極高的負載阻抗。 輸出與輸入訊號同相。

圖 4 - 4 共基極組態放大器電路

順向電流轉換比或稱為電流增益為 Ai: A.  Ai = 

Io ,因 CB 放大器之輸出端為集極而輸入端為射極,所以此處 Io = IC,而 Ii = IE。 Ii

B. 直流電流增益: α =

IC 。 IE


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 95 

C. 因 IE = IB + IC,且 IC  IB,所以 IC 雖小於 IE 但近似於相等。由此可知,α 雖然略小於 1, 但頗接近於 1,通常在 0.9 至 0.998 之間。 高頻響應較佳。 漏電流或稱為逆向飽和電流或截止電流:如圖 4 - 5 所示。

圖 4 - 5 共基極電流 ICBO

A. 定義:輸入開路時,電晶體之輸出迴路由於逆向偏壓的作用,使少數載子流動所形成 之微量電流。 B.  CB 電路中集極端之漏電流以 ICBO 或 ICO 表示,其中下標「C」及「B」表示電流通過 之接端,而下標「O」用來表示射極輸入端為開路。換言之,ICBO 之定義為:射極輸 入端開路時,流經 C - B 接合面之漏電流。 

共射極組態: 此電路又可稱為射極接地式放大器,如圖 4 - 6 所示。輸入訊號加於基 - 射極之間,而輸 出訊號由集 - 射極之間取出。

圖 4 - 6 共射極組態放大器電路

具有中等的輸入及輸出阻抗(Ri 約為 1k ~ 5kΩ,Ro 約為 50kΩ)。 輸出與輸入訊號相位相差 180°,可以作為反相器。 電流增益 Ai = 

Io ,此處 Io = IC 而 Ii = IB。 Ii

IC 。 IB B. βac 為 CE 放大器真正的訊號增益,但是在實際應用上,由於 βdc 與 βac 之值極為相近, A. 直流電流增益 β =

所以一般應用上都不特別加以區分,而統一以 β 或 hfe 來表示。 C. CE 放大器之電流增益 β 值甚大於 1,所以比 CB 放大器之電流增益 α 大(α 略小於 1), 但略小於 CC 放大器之電流增益 γ (= 1 + β)。


96 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 漏電流 ICEO:如圖 4 - 7 所示: A. 定義:基極(輸入端)開路時,集極與射極之間(即輸出迴路),由於逆向偏壓作用, 而使少數載子流動所形成之微量電流。 B. ICEO = (1 + β)ICBO,所以 CE 放大器之漏電流較 CB 放大器大,以致使 CE 放大器之集極 電流受溫度之影響較大。

圖 4 - 7 共射極電路 ICEO

共集極組態: 此電路又可稱為集極接地式放大器或射極隨耦器,如圖 4 - 8 所示,輸入訊號加於基 - 集 極之間,而輸出訊號由射 - 集極之間取出。

圖 4 - 8 共集極組態放大器電路

具有高輸入阻抗,低輸出阻抗,主要應用於阻抗匹配。 輸出與輸入訊號相位相同。 電流增益 Ai,通常以 γ 表示,為電晶體三種組態中之最大者。  直流電流增益 γ =

IE = 1+ β IB

1. 某 電 晶 體 操 作 在 基 -  射 極 接 面 為 順 偏,

1. NPN 電 晶 體 工 作 於 主 動 區, 其 射 極 流 出

基 - 集極接面為逆偏情形下,已知 IC = 9.5mA

的電子有 0.25%在基極與電洞結合,其餘

及 IE = 10mA,求 IB 及 b 值為  0.5mA,

99.75%被集極收集,則此電晶體之 b 值為

19  0.5mA,0.95  19.5mA,19 

何?  99  199  299  399。 

 19.5mA,0.95。

            【99 統測】

:

:依題意電晶體在工作區 IE = IB + IC ⇒ 10m = IB + 9.5m ⇒ IB = 0.5mA  IC = bIB ⇒ 9.5m = b(0.5m) ⇒ b = 19

:

b = 

IC 99.75% =  = 399 IB 0.25%


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 97 

重點 2

 電晶體三種基本放大電路的比較

1. 三組態之 Av(電壓增益)、Ai(電流增益)、Ri(輸入阻抗)、Ro(輸出阻抗)、Ap(功率增益) 比較如下: Ai:CC > CE > CB

Ri:CC > CE > CB

Av:CB > CE > CC

Ro:CB > CE > CC

Ap:CE > CB > CC 2. 電晶體三參數之間的關係: 

基本定義: A i =

Io 。 Ii

 CB 放大器: α =

IC IE

IC IB

 CE 放大器: β =

IE  γ > β > α IB 互換關係:證明下列關係式時,常須利用 IE = IB + IC = IB + βIB = (1 + β)IB 之關係。  CC 放大器: γ =

α =

β : 1+ β

β =

α : 1− α

IC I IC IB β = = ∵α = C = I E I B + IC (I B + IC ) 1 + β IB

IC I IC IE α = =  ∵ β = C = I B I E − IC (I E − IC ) 1 − α IE

1 : 1− α IE IE 1 1 = = = 或 ∵γ = I B I E − IC 1 − ( IC ) 1 − α IE

α =

 γ = 1+ β =

∵γ =

 

IE α 1− α + α 1 = 1+ β = 1+ = = IB 1− α 1− α 1− α

β : γ

∵α =

IC I B IC β = × = IE IE IB γ

 ICEO = (1 + β)ICBO

3. 三種組態基本放大特性彙整: 表 4 - 3 三種組態基本放大特性彙整 特性 組態

輸出電流

電流增益

電壓增益

功率 輸入 輸出 增益 阻抗 阻抗

α 共基極

IC = αIE + ICBO

(α < 1 但

最大

中等 最低 最高

最大 中等 中等

α ≒ 1) 共射極

共集極

IC = βIB + ICEO

β

 = βIB + (β + 1)ICBO

(β > 1)

IE = γ × IB + ICEO

γ (β + 1)

最小 Av < 1 (但 Av ≒ 1)

最小 最高 最低

信號相移 0° (同相)

備註

適合高頻電路

唯一 180° 兼具 Av、Ai 於一身 (反相) 一般放大器 0°

又稱射極隨耦器

(同相) 適合阻抗匹配


98 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

2. 雙極性電晶體(BJT)放大器有三種基本組

2. 下列電晶體放大器中,具有最低輸出阻抗

態:共基極(CB)組態、共射極(CE)組

的為何者? 共集極放大器 共射極

態與共集極(CC)組態,其中具有電壓大

放大器 共基極放大器 多級共射極

小放大作用但不具電流大小放大作用者為

放大器。

 CB  CE  CC  CE 及 CB。               【91 統測】 :

【94 統測】

:𡂈

輸出阻抗最低,輸入阻抗最高為共集極放大 器。

:Av:CB > CE > CC Ai:CC > CE > CB 故 Av 最大,Ai 最小為 CB。

3. 下列關於電晶體基本放大電路組態特性的

3. 下列關於電晶體基本放大電路組態特性的

敘述,何者正確? 共射極組態放大電

敘述,何者錯誤? 共射極組態放大電

路又稱為射極隨耦器 共射極組態之輸

路又稱為射極隨耦器 共射極組態之輸

入與輸出信號相位差 180 度 共射極組

入與輸出信號相位差 180 度 共基極組

態放大電路的高頻響應最佳 共射極組

態放大電路的高頻響應最佳 共射極組

態只具有電流放大作用不具電壓放大的作

態兼具有電流放大與電壓放大的作用。

用。

【95 統測】

:

:

: 共集極組態放大電路又稱為射極隨耦 器。

共集極組態放大電路又稱為射極隨耦器。

共基極組態放大電路的高頻響應最  佳。 共射極組態兼具有電流放大與電壓放  大的作用。

4. 下列關於 BJT 的敘述,何者錯誤? 對

4. 下列關於 BJT 的敘述,何者正確? 無

NPN BJT 而 言,IE = IB + IC   對 PNP BJT

論對 NPN 或 PNP BJT 而言,IE = IB + IC 

而言,IE = IB + IC  b 為共射極放大器的

a 為共射極放大器的電流增益  a > b > γ

電流增益  a 為共集極放大器的電流增

 IE = (1 + b)IC。

益。

【95 統測】

:

:共集極放大器 γ = 

:

α 為共基極放大器的電流增益

IE  = 1 + b IB

γ > b > α IE = (1 + b)IB


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 99 

重點 3

 電晶體三個基本工作區域

1. 名稱: 工作(主動、活動、操作、線性作用)區、飽和區、截止區。 2. 判斷方法可分三種: 順逆偏壓 B、E 接面 ⇒ 順偏 ⇒  

B、C 接面 ⇒ 順偏 ⇒ 飽和區(sat.) B、C 接面 ⇒ 逆偏 ⇒ 工作區(act.)

B、E 接面 ⇒ 逆偏,B、C 接面 ⇒ 逆偏 ⇒ 截止區(cut - off)  I B ≥

 

IC ( sat .) β

IB ≥

IC ( sat .)

符合 ⇒ 飽和區(sat.)

β

不符合 ⇒ 工作區(act.) IB = 0 ⇒ 截止區(cut - off)

 VCE

VCE ≤ 0.2V(Si)⇒ 飽和區(sat.)  

0.2 < VCE < VCC ⇒ 工作區(act.) VCE = VCC ⇒ 截止區(cut - off)

3. 特性曲線:  CB 組態:令輸入電流 IE 及輸出電壓 VCB 為自變數,而輸入電壓 VBE 及輸出電流 IC 為應變數, 則 輸入特性:如圖 4 - 9(a) 所示。 輸出特性:如圖 4 - 9(b) 所示。

(a) 輸入特性

(b) 輸出特性

圖 4 - 9 NPN 電晶體在共基極(CB)組態的特性曲線


100 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路  CE 組態:令輸入電流 IB 及輸出電壓 VCE 為自變數,而輸入電壓 VBE 及輸出電流 IC 為應變數, 則 輸入特性:如圖 4 - 10(a) 所示。 輸出特性:如圖 4 - 10(b) 所示。

(a) 輸入特性

(b) 輸出特性

圖 4 - 10 NPN 電晶體在共射極(CE)組態的特性曲線

 CC 組態:令輸入電流 IB 及輸出電壓 VCE 為自變數,而輸入電壓 VBC 及輸出電流 IE 為應變數, 則 輸入特性:如圖 4 - 11(a) 所示。 輸出特性:如圖 4 - 11(b) 所示。

VBC (a) 輸入特性

(b) 輸出特性

圖 4 - 11 NPN 電晶體在共集極(CC)組態的特性曲線


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 101 

5. 某 電 晶 體 b = 100, 測 得 基 極 電 流

5. 有 一 電 晶 體, 適 當 偏 壓 於 作 用 區, 測 得

IB = 0.4mA,集極電流 IC = 4mA,則此電晶

IB = 0.05mA,IE = 5mA,則此電晶體的 α 參

體工作於何區? 工作區 飽和區 

數值為多少?  0.01  0.99  9.9 

截止區 負電阻區。

 100。

:

【94 統測】

:

IC :IB ≥  b

IE = IB + IC

4m  = 0.04mA 符合,故此 100 電晶體工作於飽和區。 ⇒ 0.4mA ≥ 

⇒ 5m = 0.05m + IC ⇒ IC = 4.95mA

IC 4.95m =  = 0.99 IE 5m

a = 

6. 電晶體開關電路中,當集射極為 ON 狀態

6. 若一電晶體的 IC < bIB 時,則電晶體之工作

時,下列選項何者正確?  IB = IE = 0 

區為何? 主動區 飽和區 截止

 βIB ≥ IC(sat.)   βIB < IC(sat.)   VBE = 

區 無法判斷。

0V。

【93 統測】

:

:

:電晶體當開關電路時,工作於截止區或 飽和區,若 ON 時,則電晶體在飽和區。 ∴ IB ≥ 

IC ( sat .) b

【92 統測】

IB > 

IC ( sat .) b

符合飽和區

(符合)

7. 共射極組態電晶體電路之 α 值有 0.03 的變

7. 已知某電晶體之共基極(CB)電流增益

動量(範圍為 0.96 ~ 0.99),則 β 的變動

a 由 0.99 變為 0.98,若此電晶體基極電流

量為  33.3  25  50  75。

IB = 0.02mA,請問下列敘述何者錯誤?  共射極(CE)電流增益 β 將會增加 

:

:b = 

α 1− α

0.96  = 24 當 a = 0.96,則 b =  1 - 0.96 0.99  = 99 1 - 0.99 故 b 的變動量為 99 - 24 = 75。 當 a = 0.99,則 b = 

射極電流由 2mA 降為 1mA 集極電流 由 1.98mA 降為 0.98mA 若想維持原來 的集極電流,可增加基極電流。 【93 統測】 :

當 a = 0.99 時,b = 

α  = 99 1− α

當 a = 0.98 時,b = 

α  = 49 1− α

則 b 值將降低。


102 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

( C ) 1. 電晶體共射極(CE)、共基極(CB)、共集極(CC)三種放大電路特性比較,下列敘 述何者錯誤? 輸入阻抗以 CC 電路最高 輸出阻抗以 CC 電路最低 功率增益 以 CB 最高  CC 之電壓增益比 1 小,接近於 1。 ( C ) 2. 如圖,屬於何種組態電路? 共源極 共基極 共 集極 共射極。 ( B ) 3. 下列有關共集極放大電路之敘述何者正確? 信號由集極 輸入 輸入電阻高 射極電壓的平均值永遠為 0V 又 稱集極隨耦器。

*( B ) 4. 電路中有一 NPN 型電晶體,今知其 b = 120,且流入集極之電 流為 0.85 安培,流入基極之電流為 10 毫安培,則從射極流 出之電流應為  1.2  0.86  2.05  0.35 安培。

圖

*( C ) 5. NPN 電晶體,其 b = 100,且流入集極電流為 0.8 安培,流入基極電流為 12 毫安培,則 此電晶體處在 截止區 主動區 飽和區 無法判定。 ( A ) 6. 電晶體在何種情形下,IC = IE(即 a  1)? 順向主動區���反向主動區 飽和區 截止區。

*( B ) 7. 在一共射極(common emitter)雙極性電晶體(bipolar transistor)電路中,雙極性電晶 體電流增益 b 值為 49,射極(emitter)電流為 5mA,則其基極電流為  1mA  0.1mA  10mA  1A。 ( D ) 8. 在一共射極電晶體電路中,射極電流為 5mA,基極電流為 0.1mA,則此電路之電流增益 為  500  50  51  49。 ( B ) 9. 在不考慮漏電流之關係時,下列有關 BJT 之描述何者錯誤?  IC = bIB  β =  IE = IC + IB  IC = aIE。

α   1+ α

*( A ) 10. 共射極接法之電晶體的 a 由 0.95 變至 0.958,則 b 值由  19 增至 23  25 增至 46  30 增至 58  45 增至 72。 ( B ) 11. 電晶體放大器參數 b、a,及如圖所示電流 IC、IB、IE 在不考慮漏 電流之關係時,下列何者錯誤?  β = IC + IB  β =

I α   α = E   IE =  IB 1− α

IC 。 IB

( C ) 12. 通常當一電晶體開關進入飽和區時,其集極、射極間的電壓(VCE) 大約為多少伏特?  1.2  5  0.2  0.7 V。

圖


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 103 

( C ) 13. 射極隨耦器之主要功用為下列何者? 提高電壓增益 降低電流增益 阻抗匹配 用 推動高電阻負載用。 ( B ) 14. 對於電晶體的三種基本組態而言,下列敘述何者錯誤? 共射極組態功率增益最大  共基極組態中輸出與輸入信號相位差 180° 共集極組態常作為阻抗匹配之用 共 集極組態電壓增益約為 1。 ( B ) 15. 電 晶 體 放 大 電 路 組 態(CE,CB,CC) 的 功 率 增 益 依 序 為   CC > CB > CE   CE > CB > CC  CB > CC > CE  CC > CE > CB。

4-4 電晶體的最大額定值 重點 1

 電晶體最大額定值

1. 所謂最大額定值是指電晶體在使用時,不得超過這些額定之限制值,否則容易破壞或喪失原來 的工作特性。標準的電晶體資料手冊中,包括三種額定值:最大集極電流 IC(max)、最大集極電壓 VCE(max)、最大集極功率損耗 PC(max)。 2. 最大集極電流 IC(max): 當基 - 射極之間為順向偏壓時,集極端所容許的最大電流。 3. 最大集極電壓 VCE(max): 

VCBO:射極開路時,集 - 基極之間的最大逆向耐壓。

VCEO:基極開路時,集 - 射極之間的最大逆向耐壓。

一般而言,VCEO = 40%~ 50% VCBO。

4. 最大集極功率損耗 PC(max): PC(max) 與集極電壓及集極電流的關係,隨著組態而變,但集極功率損耗的產生是由集極電壓與電 流決定: 

CE 組態:PC(max) = VCE(max) × IC(max)

CB 組態:PC(max) = VCB(max) × IC(max)

CC 組態:PC(max) = VCC(max) × IC(max)

5. 最大接合面溫度 Tj(max):  

接合面溫度由於電晶體內部溫度上升,而增加至破壞點之最高上限溫度。 在 周 圍 溫 度 為 25°C 時, 鍺 晶 體 之 Tj(max) 約 為 100°C ~ 110°C, 而 矽 晶 體 約 為 150°C ~

200°C,因此矽晶體之耐溫特性較佳。


104 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

1. 電晶體當共射極線性放大器使用時,若此

1. 電晶體當共射極線性放大器使用時,若此

電晶體的最大功率損耗為 400 毫瓦特,且

電晶體的最大功率損耗為 250 毫瓦特,且

集極對射極間之電壓為 10 伏特,則此電晶

集極對射極間之電壓為 20 伏特,則此電晶

體的工作最大集極電流為  40 安培 

體的工作最大集極電流為  25mA 

40 毫安培  25 毫安培  25 安培。

12.5mA  10mA  5mA。

:

:

PC = VCEQ × ICQ

:PC = VCEQ × ICQ ⇒ 400m = 10 × ICQ

⇒ 250m = 20 × ICQ

⇒ ICQ = 40mA

⇒ ICQ = 12.5mA

( D ) 1. 功率電晶體的集極與外殼間,通常接在一起,其最主要目的是 美觀大方 製造上 較方便 易於辨識 散熱較佳。

*( C ) 2. 功率電晶體其外殼的金屬,一般都與電晶體本身的哪一極相連? 射極 基極  集極 空腳。

4-5 電晶體的編號 重點 1

 電晶體的編號

1. 電晶體製成後,通常是用金、鋁或鎳作引線,然後將整個結構包裝在密封容器內,大功率者帶 有螺樁與散熱片,小功率者則使用小型金屬外殼或塑膠殼體。 2. 一般而言,電晶體的外殼上會有一些標記,以表示哪一條引線是連接至電晶體的射極、集極或 基極。 3. 電晶體編號的意義: 

美製電晶體:依聯合電工協會(JEDEC)之命名規定,電晶體為二層半導體組合,有兩個 P - N 接合面,故通常冠以 2N 字樣:如 2N3569 等;而二極體只有一個 P - N 接合面,故冠 以 1N 字樣:例如 1N60 等;PNPN 四極體有三個 P - N 接合面,故冠以 3N 字樣。若同一功 能之電晶體,以後再有改良時,則於標號後,附以 A、B、C 等字母。

日製電晶體:日本工業標準(JIS)之命名編制格式如下所示。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 105 

2

S

B

77

A

數字

英文字母

英文字母

數字

英文字母

第一項

第二項

第三項

第四項

第五項

例:

第 1 項數字:0 為光電晶體或光電二極體,1 為二極體,2 為電晶體,3 為四接端電晶體。 第 2 項英文字母表示半導體:S 代表 semiconductor 半導體。 第 3 項英文字母表示用途及極性: A - PNP 高頻用

B - PNP 低頻用

C - NPN 高頻用

D - NPN 低頻用

F - P 閘 SCR

G - N 閘 SCR

H - UJT(單接合面電晶體)

J - P 通道 FET

K - N 通道 FET

M - TRIAC(雙向 SCR) 第 4 項數字表示電晶體的序號,按照廠商向日本電子機械工業會(EIAJ)的登記順序, 由 11 開始編號。 第 5 項英文字母表示改良品:依改良品問世的順序,以 A、B、C、D 等字母來表示。 

CS9011 NPN CS9012 PNP CS9013 NPN CS9014 NPN CS9015 PNP CS9016 NPN

1. 電 晶 體 編 號 2SB77A, 其 中 B 表 示   PNP 高頻用電晶體  NPN 高頻用電晶體  PNP 低頻用電晶體  NPN 低頻用電 晶體。

1. 下列編號,何者不是電晶體?  2N2222  CS9013  2N3055  1N4001。 :

1N 4001 為二極體。

:

:A:PNP 高頻用電晶體 B:PNP 低頻用電晶體 C:NPN 高頻用電晶體 D:NPN 低頻用電晶體

( A ) 1. 在日規半導體中,2SA 開頭之元件為  PNP 電晶體  NPN 電晶體 二極體  UJT。 ( A ) 2. 編號 2SC945 的電晶體為下列哪一種用途及型態的元件? 高頻用 NPN 型 低頻用 NPN 型 高頻用 PNP 型 低頻用 PNP 型。 ( A ) 3. 1N4148 是下列何種元件? 二極體 電晶體 場效電晶體  UJT。


106 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

4-6 電晶體的直流工作點 重點 1

 電晶體的直流工作點

1. 電晶體的偏壓: 

偏壓:施加於電晶體各電極中之適當直流電壓或電流。

工作點或稱靜態工作點(Q 點):係指無輸入交流信號時,電晶體對於直流在特性曲線上 的關係點,待加交流輸入信號時,電晶體即以此為基準而工作的一點。

偏壓電路的目的在建立放大器電路的正確工作點(Q 點),使其獲得適當的電壓與電流, 使交流信號在此工作點產生偏移,並增加電路穩定性。

偏壓電路設計運算的原則:利用克希荷夫電壓或電流定律。 輸入迴路運算式的確立。 輸出迴路運算式的確立。

2. 負載線: 

若欲利用電晶體作線性放大器時,且為使輸出端能獲得不失真的輸出,電晶體就必須先施 加適當的偏壓。

工作點必須選定在電晶體的工作區內,若選在飽和點與截止點,電晶體的放大會失真。

工作點的比較: 工作點選定在負載線中央,如此可得正負最大不失真的輸出(如圖 4 - 12)。

圖 4 - 12 工作點在中央可得最大不失真輸出

若工作點偏壓太低且太靠近截止點,以致負半週信號易進入截止區而產生失真(如圖 4 - 13)。 若工作點偏壓太高而太靠近飽和點,以致正半週信號易進入飽和區而產生失真(如圖 4 - 14)。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 107 

     

圖 4 - 13 工作點靠近截止點所引起的失真    圖 4 - 14 工作點靠近飽和點所引起的失真

A. 直流負載線(如圖 4 - 15):  求法:(a) 先寫出放大電路的輸出迴路方程式。     (b) 令 IC = 0,求出 VCE。     (c) 令 VCE = 0,求出 IC。     (d) 綜合兩點連成一線,即為直流負載線。 B. 交流負載線(如圖 4 - 15):  求法:(a) 先求出交流負載等效電阻 rL(RC//RL),故交流負載線之斜率 m =     (b) 交流與直流負載線相交在工作點 Q。     (c) 故通過 Q 點(VCEQ,ICQ),加上斜率       m =

−1  ⇒ 利用點斜式求出:(y - b) = m(x - a) rL

      IC - ICQ = (

-1 )(VCE - VCEQ) rL

圖 4 - 15 直流負載線與交流負載線

−1 。 rL


108 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 結論 1. 交流負載線的斜率( =

−1 −1 −1 = ),通常大於直流負載線的斜率( = )。 rL R C || R L RC

2. 其交流集極電壓最大正向擺動電壓限制為 VCEQ + ICQrL,最大負向擺動電壓限制為 0。為避免失真, 輸出的 Vp - p 值須選擇 2ICrL 與 2VCC 中之較小值者。 3. 兩條負載線之功用:判斷最大不失真之用。

1. 某電源電壓 VCC 為 15V 之 A 類單級放大器,

1. 圖所示為雙極性接面電晶體的輸出特性

1 VCC 處。由 2 於此電路未加溫度補償電路。當工作一段

曲線,其中直線為負載線,A、B、C、D

1 3 VCC 處。當輸入為弦波時,其最大不失真

在避免失真產生的條件下,請問哪一點的

其原始設計之工作點在 VCE = 

時間後,工作點受溫度影響而移至 VCE = 

輸出電壓之振幅約為  2  5  7 

四個點為不同 IB 時的工作點。已知 IB1 ~ IB4 分 別 為 10mA、20mA、30mA、40mA, 輸入訊號振幅可以最大?  A  B   C  D。

【100 統測】

 9 V。 :

:此為 A 類單級放大器,故電晶體電路工 作點設計於負載線中央,但因受溫度影

1 V  = 5V 處, 3 CC 故為使輸出能最大不失真,則電壓振幅 為 Vo = 5V。 響工作點偏移至 VCE = 

圖

:

為考慮避免工作於飽和區,故應選擇 C 點以避 免失真。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 109 

2. 如圖所示電路,為一偏壓電路及其直流

2. 如圖所示,如果減小電阻 RB 之值,則電

輸出負載線,若原工作點在 Q1 位置,欲修

路之工作點(Q 點)在直流負載線上會如

正工作點至 Q2 位置,則應 減少 RB 

何移動? 移向 A 點 移向 B 點 

增加 RB 減少 RC 增加 RC。

移向 C 點 移向 D 點。

【96 統測】

【94 統測】

圖 圖

: :

電晶體之偏壓電路工作點會在負載線上移動,

:因 Q(工作)點往下方移動, 故 IC ↓,IB ↓,則 RB ↑。

故 C,D 兩點排除。 又因 RB ↓,IB ↑,IC ↑,故往 A 點移動。

3. 如圖  (a) 所示電路中,若 BJT 原來工作

3. 承老師講解 3,若 VCC 值變大時,則下列

點為 Q 點,若將電源電壓 VCC 值變小時,

敘述何者正確? 新的工作點應向 B 點

則其新的工作點應落在圖 (b) 中的哪一

趨近 新的工作點應向 C 點趨近  IB

點? A 點  B 點  C 點  D 點。

電流值將減小 新的工作點仍在 Q 點不 會影響。 :

VCC ↑,則直流負載線往外推,故應向 B 趨近。

     (a)  

 (b)

圖

:

:VCC ↓,則直流負載線往內縮,故應落 在 C 點。


110 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

*( A ) 1. 如圖 (a) 及 (b),RB 應為多少才能滿足 Q 點之條件?  430  43  500  50 kW。

(a)            (b)

圖

( D ) 2. 如圖電路,若工作點在 Q1 的位置時,欲修正工作點至 Q2 的位置,則應 減少 RB  加大 RC 減少 RC 加大 RB。

圖

*( D ) 3. 如圖所示電路及電晶體之特性曲線,假設電晶體原來的工作點為 Q 點,則當 RB 電阻 值變大時,其新的工作點應近似於哪一點?  A  B  C  D 點。

圖


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 111 

4-7 電晶體各種直流偏壓電路 重點 1

 共射極 (CE) 偏壓電路

1. 固定偏壓電路(如圖 4 - 16): 

只需一個電源,有高的電流增益及電壓增益,為廣受歡迎的放大器。

由輸入迴路,根據 KVL 定律:

VCC = IBRB + VBE V - VBE V IB =  CC ≒ CC (∵ VCC  VBE) RB RB IC = bIB

由輸出迴路: VCC = ICRC + VCE VCE = VCC - ICRC

           

圖 4 - 16 固定偏壓電路      圖 4 - 17 射極負回授偏壓電路

2. 射極回授偏壓電路(如圖 4 - 17): 

在電路中射極增加電阻 RE 而使具有穩定作用。

輸入迴路,依 KVL 定律: VCC - IBRB - VBE - IERE = 0

VCC − VBE R B + (1 + β)R E IC = bIB ≒ IE

IB =  

輸出迴路,依 KVL 定律: VCC - ICRC - VCE - IERE = 0 VCE ≒ VCC - IC(RC + RE)

為避免因 RE 所形成的負回授作用,使交流訊號增益大量衰減,可在 RE 兩端並聯一射極旁 路電容器 CE。

1 = ∞ ),RE 可產 2πfC 生穩定直流工作點之作用,以避免因電晶體的熱循環效應,而造成熱跑脫的現象。

A. 在直流分析時,電容器呈開路狀態(因直流工作下,f = 0,使 XC = 

B. 在交流訊號輸入時,電容器可視為短路,此時 RE 也被短路,因而不會有交流負回授的效 應,放大器的增益也不致被衰減。


112 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 3. 電壓負回授偏壓電路: 

如圖 4 - 18 所示,利用電阻由集極跨接到基極所形成的電壓負回授電路,能改善直流偏壓 的穩定性。此電路之基極偏壓是取自集極之回授電壓,當溫度上升而使工作點朝向飽和區 移動時,VCE 將隨之減小而使基極偏壓也減小,以致使電晶體之導電量減小,工作點也就 趨於穩定。

基極電流:由克希荷夫電壓定律得 VCC - (IB + IC)RC - IBRB - VBE = 0

VCC − VBE R B + (1 + β)R C 集極電流:IC = bIB ∴ IB = 

        

          

      圖 4 - 18 電壓負回授偏壓電路  

圖 4 - 19 改良之電壓回授偏壓穩定電路

集 - 射極電壓 VCE:VCE = VCC - IERC

由上式可知:若 RB 趨近於 0,電路之穩定性最佳;換言之,RB 愈小,其負回授量愈大, 電路之穩定性愈佳,但交流增益衰減愈大。為了避免這個缺點,電路可修改如圖 4 - 19 所 示,對直流偏壓而言,回授電阻 RB = RB1 + RB2;對交流訊號而言,由集極回授之訊號,經 由 RB2、CD 旁路,而無法送回基極,因此將此電容稱為反交連電容,僅用來衰減交流訊號, 對直流偏���沒有任何影響(因直流分析,電容器呈開路狀態)。

4. 同時具有射極負回授及集 - 基極偏壓電路: 偏壓電路也可以同時包含射極電阻及集 - 基極偏壓兩種方法,如圖 4 - 20 所示之實用電路。 

基極電流 IB:由克希荷夫電壓定律得: VCC = (IB + IC)RC + IBRB + (IB + IC)RE + VBE  = (1 + b)IBRC + IBRB + (1 + b)IBRE + VBE

VCC − VBE R B + (1 + β)(R C + R E ) IC = bIB ≅ IE VCE ≅ VCC - IC(RC + RE)  (NPN) ∴ IB = 

 


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 113 

圖 4 - 20 同時具有射極負回授及集 - 基極偏壓電路

5. 分壓式偏壓電路:  集極之偏壓電流和電壓都和 b 值有關,b 值對溫度甚為敏感,有鑑於此,設計出一個與 b 值無關的電路來。 

圖 4 - 21(b) 為圖 4 - 21(a) 的戴維寧簡化等效電路。

VCC R 2 R 1R 2 , R BB = R1 + R 2 R1 + R 2 由圖 4 - 21(b) 之輸入迴路,依 KVL 定律: VBB = RBBIB + VBE + IERE = IBRBB + VBE + (1 + b)IBRE VBB =

VBB − VBE R BB + (1 + β)R E IE ≒ IC = bIB ∴ IB = 

(a) 分壓式偏壓電路   

     (b) 簡化等效電路

圖 4 - 21 分壓式偏壓電路及等效電路

由輸出迴路: VCE = VCC - ICRC - IERE ≒ VCC - IC(RE + RC)

本電路,穩定性良好,而且受 b 值變化的影響甚微,故一般放大電路皆用之。


114 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

1. 如圖所示的電晶體電路,假設 b = 100, V BE(sat.) = 0.7V,V CE(sat.) = 0.2V,V i = 5V,

1. 如 圖  為 共 射 極 放 大 電 路,b = 100,

求使電晶體停留在飽和區之最大 RB 值為

IB = 0.03mA  VC = 6V 本電路工作於

多少?  204  48  112  76 

飽和區。

kΩ。

下 列 敘 述 何 者 錯 誤?   IC = 3mA  

【90 統測】

圖 圖

:

:

:IB ≥ 

IB = 

IC(sat.) b VCC − VCE ( sat .)

⇒  Vi − VBE ≥ RB

RC β

10 − 0.2 5 − 0 . 7   ⇒ ≥ 4.66k RB 100 4.3 9.8 ≥ ⇒  R B 466k ⇒ RB ≤ 204kΩ

IB ≥ 

VCC − VBE 12 − 0.7 = ≒ 0.03mA RB 377 k IC ( sat .) b

VCC - VCE ( sat .)  ⇒ 0.03m ≥ 

RC 100

12 - 0.2 ⇒ 0.03mA ≥  2k ≒ 0.06mA(不符合) 100 ∴電晶體在工作區 IC = bIB = (100)(0.03m)  = 3mA VC = VCC - ICRC = 12 - (3m)(2k) = 6V


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 115 

2. 如圖,電晶體 b = 40,VBE = 0.7V,   

2. 考慮圖所示之電晶體電路,假設電晶體

VCE(sat.) = 0.2V, 若 V1 = 15V, 則 Vo 值 為 

的 參 數 如 下:VBE =  - 0.7V,VBE(sat.) = - 0.8

 1.1  2  3  0.2 V。

V,VCE(sat.) =  - 0.2V,b = 100, 則 此 電 路 在 直流工作點的集極電流為  25  20   15  10 mA。

圖

: 圖

:圖可等效為下圖: :

IB = 

25 − 0.7 150k + (1 + β)(1k )

 = 0.097mA IC = bIB  = (100)(0.097m) 使用戴維寧定理 等效電路中

V1 × 40k  = 1.5V 360k + 40k RB = 360k//40k = 36kW VBB = 

RC = 27k//3k = 2.7kW V'CC = 

5 × 27 k + (−10) × 3k  = 3.5V 27 k + 3k

VBB - VBE 1.5 - 0.7  =  ≒ 0.022mA RB 36k IC = bIB = (40)(0.022m) ≒ 0.88mA

IB = 

Vo = V'CC-ICRC = 3.5-(0.88m)(2.7k) = 1.1V

 = 9.7mA ≒ 10mA


116 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 3. 如圖所示,當電晶體 b = 100 時,(1 + b)

3. 如圖所示,當電晶體 b = 100 時,(1 + b)

RE  RB,IC 電流等於  0.5  1 

RE  RB,IC = 0.5mA, 圖 中 電 晶 體 C、E

5  10 mA。

兩端電壓 VCE 為  5  10  15  20 V。

圖 圖

:

:IB = 

10 − 0.7 R B + (1 + β)R E

9.3 ≒ (∵ (1 + b)RE  RB) (1 + β)R E 9.3  =  (1 + 100)(20k )  = 4.6mA IC = bIB = (100)(4.6m) = 0.46mA ≒ 0.5mA

:

VCE = VCC - ICRC - IERE - ( - 10) ≒ VCC - ICRC - ICRE + 10  = 20 - (0.5m)(10k) - (0.5m)(20k) + 10  = 30 - 15 = 15V


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 117 

4. 如圖所示直流偏壓電路中,其矽質 NPN 電晶體的 b = 50,RB1 = RB2 = 100kW,

4. 如圖所示之電晶體集極回授偏壓電路, 電晶體直流電流增益 b 為 50,試求集極對

V C C  =   1 5 V , V B E  =   0 . 7 V , R C  =   2 k W ,

射極間之直流電壓近似值約為多少伏特?

RE = 1kW,則直流偏壓 VCE 大約為多少伏

 10  8  6  4。

特?  8.8  6.8  4.8  10.8。

圖

:

圖

12 − 0.7  = 0.0374mA 200k + (1 + 50)(2k ) IC = bIB = (50)(0.0374m) = 1.87mA IB = 

: :直流分析所有電容視為開路,故等效為:

VCE = 12 - IE × 2k ≒ 12 - IC × 2k  = 12 - (1.87m)(2k)  ≒ 8V

IB = 

=

VCC − VBE R B1 + R B 2 + (1 + β)(R C + R E )

15 − 0.7 100k + 100k + (1 + 50)(2k + 1k )

≒ 0.041mA IC = bIB = (50)(0.041m) ≒ 2.05mA VCE = VCC - IERC - IERE ≒ VCC - ICRC - ICRE  = 15 - (2.05m)(2k) - (2.05m)(1k) ≒ 8.8V


118 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 5. 如圖所示,設 IB    0A,b = 100, VBE = 0.7V,則 VCB 為  10.3  11.3   12.3  13.3 V。

5. 如圖 (a) 所示分壓式偏壓電路,矽電晶 體 b = 120,圖 (b) 由基極看入的戴維寧 等 效 電 壓 VBB 及 戴 維 寧 等 效 電 阻 RBB 其 值 分 別 為   VBB = 2V,RBB = 6kW   VBB = 4V,RBB = 12kW  VBB = 2V, RBB = 12kW  VBB = 6V,RBB = 6kW。

圖

:

:此電路可等效為:

(a)

使用戴維寧等效電路 RB = 90k//10k = 9kW

20 × 10k  = 2V 90k + 10k ∵ IB ≅ 0A VBB = 

∴ VBB  ≅  VB = 2V V - VBE  IE =  B 1.3k  = 1mA ≅ IC VC = 20 - IC × 5.7k  = 20 - (1m)(5.7k)  = 14.3V VCB = VC - VB = 14.3 - 2 = 12.3V

(b)

圖

:

使用戴維寧等效

10 × 20k  = 4V 30k + 20k RBB = 30k//20k = 12kΩ VBB = 


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 119 

重點 2

 共集極 (CC) 偏壓電路

1. 共集極放大器之偏壓方法與 CE 放大器大致相同,只是將輸出端改為射極而已。典型的 CC 放大 電路如圖 4 - 22 所示。 2. 由於 CC 放大器之射極必定接有一射極電阻 RE,此具有電壓串聯負回授作用,所以此電路本身 已具有穩定直流工作點的功能。

           

圖 4 - 22 共集極組態偏壓電路

圖 4 - 23 穩定型共集極組態自給偏壓電路

3. 圖 4 - 22 與圖 4 - 23 分別為固定偏壓及自給偏壓方式的 CC 放大器,其輸入部分之分析方法,與 具有射極電阻 RE 的電流負回授型 CE 放大器完全相同;唯一不同的是輸出部分,必須修正為 VCC = VCE + IERE ≒ VCE + ICRE 4. 此電路之直流工作點,通常設在 VCE = 

VCC 處,以獲得最大而不致失真的輸出訊號。 2


120 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

6. 如圖縇之迴路中,其矽晶體之射極偏壓 VE

6. 圖電路中的電晶體當開關使用,求輸出

約為何值?  12.3  4.6  8.5 

電 壓 Vo 為 多 少?   20   10   5 

15.2 V。

 0 V。

圖縇

【95 統測】

圖

:

20 - 0.7  = 0.048mA IB =  240k + (1 + 80)(2k) IC = βIB = (80)(0.048m) = 3.84mA 忽略 IB 的效應,IC ≅ IE VE = VEE - IE × 2k ≒ 20 - IC × 2k  = 20 - (3.84m)(2k) = 12.3V

:

因 Vi = 0V,故電晶體截止,Vo = 0V。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 121 

重點 3

 共基極(CB)偏壓電路

1. 圖 4 - 24 所示為共基極偏壓電路,利用 KVL,寫出輸入迴路方程式: VEE = IERE + VEB ∴ IE = 

VEE - VEB V ≒ EE RE RE

由上式可看出,射極電路完全由射極電源電壓及射極電阻來決定。 2. 利用 KVL,寫出輸出迴路方程式: VCC = ICRC + VBC 其中 IC = aIE    IE(∴ a = 1)

圖 4 - 24 共基極偏壓電路

7. 如圖所示之電路,電晶體 b = 50,切入

7. 如圖所示電路,Vi 為輸入信號,RL 為負

電壓 VBE = 0.7V,則集射極電壓 VCE 為何?

載,下列何者為此放大器電路組態? 

 5.3  6.8  7.8  9.1 V。

共基極放大器 共射極放大器 共集

【99 統測】

極放大器 射極隨耦器。

圖

:

圖

:

10 - 0.7  = 1 mA ≅ IC 9.3k VCE = VC - VE = (10 - 1m × 3k) - ( - 0.7)

:IE = 

 = 7.7V ( 若 IC 以 精 確 值 代 入, 可 算 出 VCE = 7.8V)

【95 統測】


122 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路

重點 4

 電晶體的偏壓穩定

1. 電晶體是一熱敏之元件,當溫度改變時,電晶體的參數如 b、ICO 及 VBE 就發生變化,而導致工 作點的偏移,因此電晶體電路必須供給適當的偏壓,亦即藉外加的電阻和電源網路作適當的安 排,以獲得最佳的工作點,例如 CE 放大器中若要使其工作點穩定,則必須設法使 IC 及 VCE 保 持定值,一般常用的方法有兩類: 穩定法;補償法。穩定法是應用電阻式的電路,它允許 IB 改變,以適應當 ICO、b 及 VBE 變 化時,IC 仍保持穩定。補償法則利用對溫度很靈敏的零件如二極體、電晶體或熱敏電阻等,它 們能提供補償電流或電壓以保持工作點不變。 2. 溫度穩定因數 S: 

定義:係指 b 和 VBE(IB) 為定值時,電晶體因溫度的變動(∵ T ↑,ICO ↑,IC ↑)以集極 電流變化量對逆向飽和電流變化量的比值。

∆IC I B 所流過電阻總和 = ∆ICO 基極電阻 + I 流過之電阻 E 1+ β 若 ICO 變動 ∆ICO,即 ∆IC 等於 ∆ICO,則 S = 1,此為最理想之穩定情況,因集極電流不易受逆 即S =

向飽和電流之影響。 

若 ICO 受溫度變動而變動 ∆ICO,IC 隨之變動 (1 + b)∆ICO,則 S 為 (1 + b),此為最差之穩定情形。

 S 值之範圍:1 ≤ S ≤ (1 + b) S 值愈小,電路穩定性愈好。 S 值愈大,電路穩定性愈差。

8. 若圖  所有的電阻與電容特性都不受溫度

8. 有關電晶體之偏壓電路的工作點,下列何

影 響, 則 一 旦 溫 度 升 高 時 會 造 成 何 種 變

者受 b 改變之影響最大? 固定偏壓電

動?  IC 減少,VCE 減少  IC 減少,

路 集極回授偏壓電路 分壓偏壓電

VCE 增 加   IC 增 加,VCE 減 少   IC 增

路 自給偏壓電路。

加,VCE 增加。

【92 統測】

:

因固定偏壓電路工作點最不穩定。

圖

: :當溫度上升,則 IC ↑,故 VCE ↓。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 123 

9. 電晶體小訊號放大電路中,同學可依電晶

9. 下列關於共射極放大電路之敘述,何者錯

體的偏壓找到集極輸出迴路負載線(直流

誤? 在共射極偏壓電路中加入射極電

負載線),而有關集極輸出迴路負載特性

阻,可提高工作點的穩定度 在共射極

的敘述,下列何者錯誤? 可預知為負

偏壓電路中加入射極電阻,是一種負回授

斜率 可預知頻率響應 可預知該電

作用 在共射極偏壓電路中加入射極電

路輸出訊號(電壓值) 可預知工作點

阻,可提高電壓增益 在共射極偏壓電

Q 的位置。

路中的射極電阻加入並聯的旁路電容,可

【95 統測】

提高電壓增益。

:

:負載線為一負斜率之直線方程式,但無 法預知頻率響應。

【96 統測】

:

在 CE 偏壓電路中若加入 RE,降低 Av。

*( D ) 1. 如圖所示,電晶體 b = 50,VBE = 0.7V,VCE(sat.) = 0.2V,下列 VB 值何者可確保電晶體工 作於飽和區?  0.5  1  2  5 V。

*( A ) 2. 如圖所示電路中,假設電晶體的 b = 100,VBE = 0.7V,試計算在 Q 點之 VCE 值為  7.56  8.84  9.20  10.69 V。

  

   

   

圖 

圖

圖

*( C ) 3. 承第 2. 題,在圖電路中,如果我們增加 RB 之電阻值,則電路之 Q 點在直流負載線上 會如何移動? 向飽和點接近 不變 遠離飽和點 以上皆非。 ( B ) 4. 如圖,若 VB = 10V,VBE = 0.7V,VCE(sat.) = 0.2V,β = 50,則此電晶體工作於 作用區 飽和區 截止區 反轉區。

*( A ) 5. 如圖集極電流之飽和值 IC(sat.) 為  4  5  10  20 mA。

   

圖

   

圖

圖


124 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 *( A ) 6. 如圖所示,若電晶體的 b 值為 50,而 RB 電阻選用 100kW,則該電晶體的消耗功率為  0.1  0.2  1  2 W。

*( B ) 7. 如圖之電路,其電晶體 b = 60,VBE = 0.7V,計算 VCE 電壓值大約為  1.2  2.2   3.2  4.2 V。 ( D ) 8. 如圖所示,若電晶體的 b 值為 50,則 RB 電阻應選用多少,才能使電晶體工作於飽和 區?  100  80  60  40 kW。

*( A ) 9. 如圖所示電路,下列何者錯誤?  IB = 3.85mA  IC = 3.85mA  VE = 3.89V  VCE = 8.41V。

*( D ) 10. 如圖之電路直流偏壓之 IB 值為何?(設 VBE = 0.7V)  1.5mA  1.1mA  11mA  23.1mA。

  

   

   

圖        

圖

圖

( A ) 11. 如圖所示之電晶體電路,此電路中 RE 最主要的作用為 增加直流偏壓工作點的穩 定度 降低輸出電阻 提高小信號放大之電壓增益 提高小信號放大之電流增 益。

   

圖

   

圖

IC

圖

*( B ) 12. 如圖,若電晶體之 VBE = 0.7V 時,則電晶體之 VB 約為  8.42  4.56  7.72   8 V。 ( A ) 13. 如圖所示,假設電晶體 VBE = 0.7V,VCE(sat.) = 0.2V,若 A 點輸入 12V 之電壓,則電晶 體工作在 飽和區 作用區 截止區 崩潰區。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 125 

綜合實力評量 一、基礎題

( A ) 1. 電晶體被用作線性增量放大時,主要是工作在 工作區 飽和區 截止區 崩 潰區。

*( C ) 2. 一 NPN 電晶體共射極放大器,若 IB = 0.06mA、IE = 6.06mA,則其 b 值為  98  99  100  101。 ( A ) 3. 當電晶體之 B - E 接面順向偏壓,C - B 接面逆向偏壓時,則此電晶體之工作方式在  作用區 飽和區 截止區 反轉區。

*( D ) 4. 電晶體 a 與 b 的關係,下列何者不正確?  

1 1 α β = 1 +   β =   α = α β (1 − α) (β + 1)

1 1 = 1+ 。 β α

( D ) 5. 下列敘述,何者錯誤?  NPN 電晶體頻率特性高於 PNP 電晶體 射極接地式電晶 體放大電路的電流增益 b 值大於 1 電晶體的各種組態中,具有較低輸入電阻的是共 基極組態 電晶體的集極與射極對調連接,則耐壓高,增益亦高。 ( D ) 6. 若 NPN 電 晶 體 操 作 於 工 作 區(active region��� 模 式 下, 則 此 NPN 電 晶 體 三 端(E、 B、C)之電壓大小關係為何?  VE > VB > VC  VB > VC > VE  VC > VE > VB  VC > VB > VE。 ( D ) 7. 電晶體有三種放大電路型式,對於共集極放大電路的特性,下列何者錯誤? 輸入阻 抗最高 輸出阻抗最低 電流增益最大 電壓增益最大。 ( B ) 8. 編號 2SD261 的電晶體為下列哪一種用途及型態的元件? 高頻用 NPN 型 低頻用 NPN 型 高頻用 PNP 型 低頻用 PNP 型。

*( C ) 9. 如圖之電路,其中 RC = 1kW,RB = 10kW,並假設電晶體的特性:VCE 飽和電壓為 0.2V, VBE 飽和電壓為 0.8V,VBE 順向作用之切入電壓為 0.7V,共射極順向電流增益 bF = 100, 請問下列敘述何者錯誤? 若 VCC = 5V,VBB = 1.15V,則 VCE = 0.5V 若 VCC = 5V, VBB = 1.0V,則 IC = 3mA 若 VCC = 5V,VBB = 5V,則 IC = 43mA 若 VCC = 5V,VBB =  0V,則 VCE = 5V。

圖


126 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 ( A ) 10. 射極隨耦器(emitter follower)之阻抗特性是 輸出阻抗小,輸入阻抗大 輸出阻 抗大,輸入阻抗小 兩者均大 兩者均小。 ( C ) 11. 有一 NPN 型電晶體,其 b = 100,且流入集極電流為 0.8 安培,流入基極電流為 12 毫安培, 則此電晶體處在 截止區 主動區 飽和區 無法判定。

*( B ) 12. 假設圖之輸入電壓 Vi 僅有 0V 與 5V 兩種電壓準位,若欲使電晶體工作於開關模式 (Vi = 0V 時電晶體截止,Vi = 5V 時電晶體飽和),請問下列何種電阻值的組合無法達 到此要求?  R1 = 40kW,R2 = 1kW  R1 = 1kW,R2 = 40kW  R1 = 1kW,R2 = 10kW  R1 = 10kW,R2 = 1kW。

     

圖

圖

*( B ) 13. 下列敘述何者錯誤? 共射極組態中,輸出與輸入信號相位差 180° 共基極組態由 於米勒效應,所以頻寬較共射極組態為窄 共集極組態可作為阻抗匹配之用 共基 極組態中,輸出與輸入信號同相。 ( B ) 14. 電晶體放大器中,輸入阻抗最高與輸出阻抗最低者分別為  CE,CB  CC,CC   CC,CB  CB,CB。

*( C ) 15. 如圖,已知電晶體之 b = 250,則 VCE 之值為  5.32  7.84  12.03  20.15 V。 ( D ) 16. 矽電晶體的參數受溫度的影響為  VBE 隨著溫度上升而上升  b 值隨著溫度上升而 下降 溫度對 Q 點沒有影響 溫度每上升 10°C 逆向飽和電流幾乎上升一倍。 ( A ) 17. 如圖所示電路,VBE = 0.7V,b = 100,則 VCE =   5.35  4.56  6.21  7.36 V。

   

圖

圖

*( D ) 18. 如圖之放大器電路,電晶體之 b = 100,若操作點上 IC = 10mA,VBE = 0.5V,則 RB 值 應為  35  65  115  143 kW。


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 127 

*( D ) 19. 承第 18. 題,集極與射極間電壓 VCE 為  2  3  4  5 V。 ( D ) 20. 如圖所示之電路,若電晶體為矽質,VCC = 12V,RC = 1kW,RB = 100kW,b = 150,則 IB 值約為  120.2  60.2  50.2  46.2 mA。

*( C ) 21. 如 圖  所 示 為 一 NPN 電 晶 體 構 成 之 放 大 器, 其 b = 100, 若 操 作 點 上 IC = 10mA, VBE = 0.5V,則 RE 值應為  100  250  378  416 W。

*( A ) 22. 如圖之電路,b = 100,VBE = 0.7V,VCE = 3.98V,RE = 1kW,IC = 2mA,則 RC 之值為   3  6  1  2 kW。

*( D ) 23. 承第 22. 題,R1 之值應是多少?  164  82  1.64  328 kW。

  

   

圖

圖        

圖

二、進階題

*( C ) 1. 如圖為 LED 的驅動電路,使 LED 發亮的電壓為 2V,電流為 15mA,試求 RB、RC 的 適當電阻值,假設飽和電晶體的壓降可忽略  50kW、200W  50kW、100W  30kW、200W  30kW、100W。

   

圖

   

圖

圖

*( D ) 2. 計 算 圖  中 電 路 的 偏 壓, 下 列 數 據 何 者 錯 誤?   IC = 1.28mA   VE = 1.54V   VB = 2.24V  R1 = 33kW。 ( D ) 3. 如圖所示之電路中,負載線方程式為  IC = bIB + (1 + b)ICO  IC =  - aIE + ICO  IB + IE + IC = 0  IC = 

(VCC - VCE ) 。 RL


128 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 *( C ) 4. 如圖所示電路,電晶體的 b = 120,VCE(sat.) = 0.2 伏特,VBE(sat.) = 0.7 伏特,稽納二極體之 稽納崩潰電壓 VZ = 5.6 伏特,當 Vi = 2 伏特時,Vo 約為  0.2  2.8  5.6  9  伏特。

   

圖

   

圖

圖

*( D ) 5. 承第 4. 題,當 Vi = 3 伏特,Vo 約為  9  7.3  5.9  4.3 伏特。 *( D ) 6. 承第 4. 題,當 Vi = 3 伏特時,流過稽納二極體之電流 I 約為  5.3  5.17  4.9   0 毫安培。

*( C ) 7. 承第 4. 題,當 Vi = 5.5 伏特時,Vo 約為  9  7.3  0.2  - 0.8 伏特。 *( B ) 8. 如圖所示電路,若 VCC = 12V,則 IC 電流約為  2.4  5.3   8.5  12 mA。

*( D ) 9. 如圖,VCC =  - 18V,RC = 2kW,RB = 20kW,RE = 0.27kW,b = 50, VBB =  - 1.8V 及 VEB = 0.7V,求 VCE  - 9.21  - 8.47  - 10.29  - 14.3 V。

*( A ) 10. 如圖所示,若 b = 49,VEB = 0.7V,則 VC 約為多少?  4.4  8.3  5.8  10.8 V。 圖

三、歷屆試題

*( B ) 1. 下列有關雙極性電晶體特性的描述,何者錯誤? 電晶體操作在作用(active)區時, 射極(E)- 基極(B)接面為順向偏壓,集極(C)- 基極(B)接面為逆向偏壓 電 晶體操作在飽和(saturation)區時,射極(E) - 基極(B)接面為逆向偏壓,集極(C) - 基 極(B)接面為逆向偏壓 一般電晶體放大器之輸入阻抗:共基極(CB) < 共射極(CE) < 共集極(CC) 一般電晶體放大器之輸出阻抗:共集極(CC)< 共射極(CE)< 共 基極(CB)。

【93 統測】。

*( C ) 2. 如 圖 𥺼 之 電 路, 其 中 RC = 1kW,RB = 10kW, 並 假 設 電 晶 體 的 特 性:VCE 飽 和 電 壓 為 0.2V,VBE 飽 和 電 壓 為 0.8V,VBE 順向作用之切入電壓為 0.7V,共射極順 向電流增益 bF = 100,請問下列敘述何者錯誤? 若 VCC  = 5V,VBB = 1.15V,則 VCE = 0.5V 若 VCC = 5V, VBB = 1.0V,則 IC  = 3mA 若 VCC = 5V,VBB = 5V,則 IC = 43mA 若 VCC = 5V,VBB  = 0V,則 VCE = 5V。 【93 統測】

圖𥺼


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 129 

( B ) 3. 電晶體開關電路中,當集射極為 ON 狀態時,下列選項何者正確?  IB = IE = 0  bIB ≥ IC(sat.)  bIB < IC(sat.)  VBE = 0V。

【93 統測】

( C ) 4. 下列何者為電晶體之編號?  mA741  1N4001  2N2222  NE555。 【93 統測】 ( A ) 5. 若一電晶體的基極電流 IB = 1mA,集極電流 IC = 0.1A,電晶體之 b = 100,則此電晶體工 作在哪一區? 主動區 飽和區 截止區 無法判斷。

【93 統測】

*( A ) 6. 如圖𥺦所示,若電晶體的 b 值為 100,則使電晶體處於飽和狀態的最小 IB 約為多少?   0.05  0.5  5  500 mA。

     

圖𥺦

【94 統測】

    

圖糍

 

圖𤧹

*( A ) 7. 圖糍是電晶體 Q 驅動發光二極體(LED)的電路,若此電晶體當開關使用,輸入的電壓 Vi 為 5V,則 LED 亮時,輸出電壓 Vo 的近似值為多少?  0  5  7.5  15  V。

【94 統測】

*( B ) 8. 圖糍中的電晶體 Q,其 b = 100,當輸入電壓 Vi 為 5V 時,該電晶體的工作區域為何?  作用區 飽和區 截止區 負電阻區。

【94 統測】

( C ) 9. 有一電晶體,已知 E - B 接面為順向偏壓,C - B 接面為逆向偏壓,則此電晶體工作在何 區? 截止區 飽和區 作用區 空乏區。

【94 統測】

( C ) 10. 電晶體在數位電路中的用途為何? 放大 振盪 開關 整流。 【94 統測】 ( A ) 11. 如圖𤧹所示,Vi 為輸入,Vo 為輸出,則此電路應歸類為下列何者? 共射極放大電 路 共基極放大電路 共集極放大電路 差動放大電路。

【94 統測】

( D ) 12. 承第 11. 題圖𤧹之電路,RE 在偏壓電路中有何效用? 增加增益 增加 IB 增加 靈敏度 增加穩定性。

【94 統測】

*( C ) 13. 若負載具有阻抗小及高耗電特性,則下列何種放大電路較適合予驅動? 共射極放大 電路 共基極放大電路 共集極放大電路 差動放大電路。

【94 統測】

*( C ) 14. 圖𡞰所示的電晶體電路,當電晶體在作用區且 VCE = 6.5V 時,求 b 值為多少?  92  100  114  130。

【94 統測】

圖𡞰


130 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 *( D ) 15. 如圖粎所示之電路,若電晶體 b = 120,VBE(sat.) = 0.8V,VCE(sat.) = 0.2V,下列選項何者正 確?電晶體在反向作用區 電晶體在順向作用區電晶體在截止區 電晶體在飽 和區。

【94 統測】

* ( B ) 16. 承第 15. 題,下列選項何者正確?  VCE = 3V  IC = 11.8mA  IB = 98.33µA     IB = 55.2µA。

【94 統測】

( D ) 17. 若 一 電 晶 體 的 基 極 電 流 IB = 1mA, 集 極 電 流 IC = 0.1A, 且 電 晶 體 的 b = 150, 則 此 電 晶 體 工 作 在 哪 一 區?   主 動 區   截 止 區   線 性 區   飽 和 區。 【94 統測】 ( D ) 18. 下列關於 BJT 的敘述,何者錯誤? 對 NPN BJT 而言,IE = IB + IC 對 PNPBJT 而言, IE = IB + IC  b 為共射極放大器的電流增益  a 為共集極放大器的電流增益。 【95 統測】 ( B ) 19. 某放大電路中,電晶體工作於作用區,且其 a = 0.98,基極電流 IB = 0.04mA,則射極電 流為多少?  0.1  2  3.8  5 mA。

【95 統測】

( A ) 20. 已知某電晶體操作於飽和區與截止區,則下列何者為不適合驅動的元件? 擴音器的 放大器 小燈泡 發光二極體(LED) 繼電器(Relay)。

【95 統測】

( D ) 21. 電晶體與真空管比較,下列何者為電晶體之優點? 易生高熱 消耗大量功率   價格昂貴 體積小。

【96 統測】

( D ) 22. 共射極組態雙極性電晶體作為開關使用,當導通時,此電晶體之工作區域為何? 歐 姆區 作用區 截止區 飽和區。

【96 統測】

*( C ) 23. PNP 電晶體工作在作用區時,下列敘述何者正確? 基極電壓大於射極電壓 集極 電壓大於基極電壓 射極電壓大於集極電壓 集極電壓等於射極電壓。【96 統測】 ( C ) 24. 將雙載子電晶體當開關使用,若開關閉合,則電晶體應工作於何區? 截止區 工 作區 飽和區 線性區。

【96 統測】

*( B ) 25. 如圖籼所示電路,b = 100,若 Vi = 5V 欲使電晶體開關閉合,則 RB 最大約為  100W  2kW  4kW  10kW。

     

圖粎

【96 統測】

     

圖籼           

圖粮 

*( C ) 26. 圖粮所示電路,當 Vi = 0.7V 時,電晶體工作區域及集極對射極電壓 VCE 為何? 截止 區,0V 飽和區,0V 截止區,10V 飽和區,10V。

【96 統測】


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 131 

( A ) 27. 圖檲電路為電晶體驅動發光二極體 LED 之電路,其中電晶體 Q 作為開關用,當輸入電 壓 Vi 是 0V 時,在此電路上,所量測之輸出電壓 Vo 的值約為下列何者?  12  8  4  0 V。

【97 統測】

*( C ) 28. 關於雙極性接面電晶體基本放大電路組態的特性比較,下列敘述何者錯誤? 電壓增 益最大的是共基極組態 電流增益最大的是共集極組態 輸入阻抗最大的是共射極 組態 輸出阻抗最大的是共基極組態。

【97 統測】

( D ) 29. 關於雙極性接面電晶體的共基極偏壓組態的特性,下列敘述何者錯誤? 輸入信號與 輸出信號同相位 輸入阻抗低,輸出阻抗高 電壓增益大,電流增益約等於 1  適合用於低頻電路中作阻抗匹配。

【97 統測】

( A ) 30. 共射極組態之雙極性接面電晶體開關在開路時,電晶體工作區域為何? 截止區  作用區 飽和區 歐姆區。

【97 統測】

( C ) 31. 下列敘述何者正確? 共射極電路常用於高頻振盪電路 共射極電路常用作阻抗匹 配器 共集極電路常用作電壓隨耦器 共基極電路適合作電流放大器。【97 統測】 ( A ) 32. 如圖緜所示之電路,若電晶體的 b 值為 100,VBE = 0.7V,VCE(sat.) = 0.2V,稽納二極體的 崩潰電壓 VZ = 9V,則當 Vi = 3V 時,Vo 之值為何?  7.7  8.5  9  9.7 V。 【97 統測】

*( D ) 33. 如圖縇所示之電路,若電晶體 b = 50,切入電壓 VBE = 0.7V,則此電路消耗直流功率為何?  130.4mW  102.1mW  85.2mW  65.2mW。

    

圖檲

【98 統測】

    

圖緜         

圖縇  

( D ) 34. 下列何種 BJT 電晶體放大電路組態之功率增益最高? 共閘極組態 共集極組態  共基極組態 共射極組態。

【98 統測】

( C ) 35. 下列關於 BJT 電晶體射極隨耦器之特性敘述,何者錯誤? 輸出訊號與輸入訊號相位 相同 電壓增益略小於 1 電流增益低於 1 輸入阻抗甚高。

【98 統測】

( D ) 36. 關於雙極性接面電晶體(BJT)放大電路,下列敘述何者正確?  B - E 接面順向偏壓;B - C 接面順向偏壓   B - E 接面逆向偏壓;B - C 接面逆向偏壓   B - E 接面逆向偏壓;B - C 接面順向偏壓   B - E 接面順向偏壓;B - C 接面逆向偏壓。

【98 統測】


132 第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 ( A ) 37. 想使用三用電錶量測雙極性接面電晶體(BJT)的 b 值,下列敘述何者正確? 基 - 射極接面為順向偏壓,基 - 集極接面為逆向偏壓  基 - 射極接面為順向偏壓,基 - 集極接面為順向偏壓  基 - 射極接面為逆向偏壓,基 - 集極接面為順向偏壓  基 - 射極接面為逆向偏壓,基 - 集極接面為逆向偏壓。

【98 統測】

( B ) 38. 圖緓中電晶體作為開關使用,欲使燈泡高亮度的亮起,下列敘述何者正確?  基 - 射極接面為順向偏壓,基 - 集極接面為逆向偏壓  基 - 射極接面為順向偏壓,基 - 集極接面為順向偏壓  基 - 射極接面為逆向偏壓,基 - 集極接面為順向偏壓  基 - 射極接面為逆向偏壓,基 - 集極接面為逆向偏壓。

     

圖緓

【98 統測】

     

圖罎

圖𦉡

( D ) 39. PNP ���晶體工作於飽和區時,其基射極電壓 VBE 和基集極電壓 VBC 為何?  VBE > 0 及 VBC > 0  VBE > 0 及 VBC < 0  VBE < 0 及 VBC > 0  VBE < 0 及 VBC < 0。【99 統測】 ( B ) 40. 電晶體操作於線性區時,下列敘述何者正確? 基射極接面順向偏壓且基集極接面順 向偏壓 基射極接面順向偏壓且基集極接面反向偏壓 基射極接面反向偏壓且基集 極接面反向偏壓 基射極接面反向偏壓且基集極接面順向偏壓。

【99 統測】

( C ) 41. 射極隨耦器屬於下列何種放大電路組態? 共射極放大器 共基極放大器 共集 極放大器 共源極放大器。

【99 統測】

( C ) 42. 如圖罎所示之電路,電晶體的 b = 100,VCE = 5 V,VBE = 0.7 V,則 RB 值約為何?  43  65  87  101 kW。

【99 統測】

( A ) 43. 若量測電路中的 PNP 型雙極性接面電晶體,得知其射極接地,基極電壓為 0.7V,集極 電壓為 - 3V,請問電晶體操作在哪個區域? 截止區 順向主動區 飽和區  逆向主動區。

【100 統測】

*( D ) 44. 如圖𦉡所示之電路中,雙極性接面電晶體的 VBE = 0.7 V,b = 50,則 IB 大小為何?  0.5mA  0.25mA  0.1mA  0.05mA。

【100 統測】

( D ) 45. 下列何種摻雜的改變行為,可增加 BJT 電晶體的電流增益 β ? 基極與射極摻雜濃度 均降低 基極與射極摻雜濃度均增加 基極摻雜濃度增加與射極摻雜濃度降低  基極摻雜濃度降低與射極摻雜濃度增加。

【101 統測】

*( D ) 46. 下列敘述何者有誤?  BJT 當開關使用時是工作於飽和區或截止區  BJT 當放大器 使用時是工作於主動區  BJT 在主動區的偏壓方式是 BE 接面順向偏壓,BC 接面逆 向偏壓  BJT 在飽和區的偏壓方式是 BE 接面逆向偏壓,BC 接面逆向偏壓。 【101 統測】


第 4 章 雙極性接面電晶體及直流偏壓電路 133 

*( D ) 47. 如圖𦅜所示之電路,假設 VBE(on) = 0.7V,β = 80,試問 VCE 約為下列何值?  1.4V  3.4V  5.4V  7.4V。

【101 統測】

 

 

圖𦅜             

圖𧭈

*( B ) 48. 如圖𧭈所示之電路,β = 120。假設 L1 為原先之直流負載線 (load line),Q1 為原先之直流 工作點。若只改變 RC 值,欲使得直流負載線由 L1 變成 L2,試問 RC 值需變為下列何值?  0.50kΩ  0.75kΩ  1.00kΩ  1.25kΩ。

【101 統測】

*( D ) 49. 如 圖 綗 所 示 之 電 路,R1 = 100Ω,Is 為 理 想 電 流 源,β = 100, 熱 電 壓 (thermal voltage) VT = 26mV,歐力電壓 (Early voltage)VA = ∞。若 Rout = 3Ω,則 Is 值為何?  3.93mA   6.93mA  9.93mA  12.93mA。

【101 統測】

     

圖綗 圖𥺂

( A ) 50. 有一電晶體放大電路,其電壓增益、電流增益、功率增益皆高,且輸出電壓與輸入電壓 相差 180°。請問該電路應屬下列何種電晶體放大電路組態? 共射極放大器 共集 極放大器 共基極放大器 射極隨耦器。

【101 統測】

*( A ) 51. 如圖𥺂所示之電路,VEB(on) = 0.7V,β = 120,求 VEC = ?  6.9V  7.9V  8.9V   9.9V。

【101 統測】

*( C ) 52. 在電晶體之編號規則中,下列敘述何項不正確?  2SC1384 為高頻用 NPN 型電晶體  2BC848 為矽 (Si) 半導體製造材料  2SA684 為低頻用 PNP 型電晶體  2N3055 為美規電晶體編號。

【101 統測】


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