§ 7-8 組合網路 • 分析包含 BJT 與 FET 裝置之網路。 • 解題步驟：1. 研究裝置。 2. 提供 端點 電壓 與 電流值。

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1 § 7-8 組合網路 • 分析包含 BJT 與 FET 裝置之網路。 • 解題步驟：1. 研究裝置。 2. 提供 端點 電壓 與 電流值。
§ 組合網路 • 分析包含 BJT 與 FET 裝置之網路。 • 解題步驟：1. 研究裝置。 2. 提供 端點 電壓 與 電流值。 3. 計算其他參數 → 未知數。 Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 1

2 § 7-8 組合網路 例題 7.13：求下圖網路之 VD 值 與 VC 值 解：IG ≅ 0A⇒VRG = 0V(短路)
§ 組合網路 例題 7.13：求下圖網路之 VD 值 與 VC 值 解：IG ≅ 0A⇒VRG = 0V(短路) 且 IS =ID，VG ≅VB 檢驗 βRE =180×1.6kΩ =288kΩ ∨ 10R2 =10×24kΩ =240kΩ BJT 分壓器 可用 近似法解 VG ≅VB =VDD × R2 /(R1 +R2 ) =16V×24kΩ/(82kΩ+24kΩ) =3.62V VE =VB－VBE =3.62V－0.7V=2.92V IE =VE /RE =2.92V/ 1.6kΩ=1.825mA IC = IS = ID ≅ IE =1.825mA VD =VDD－ID RD =16V－1.825mA× 2.7kΩ =11.07V ↓I S=ID IG ≅ 0A → (VDD ) RD ＋ － VDS R2 R1 RE ↓ID S• D G • VGS ↓IR1 ↓IR2 IB RG E• C• B ↓I C ≅IE ↓IE 0.7V≅VBE VCE Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 2

3 § 7-8 組合網路 解：VCE與VDS為未知數 ↛ 輸出KVL得VC 而 VC=VS=VG－VGS (用蕭克萊方程式得) [數學法]
§ 組合網路 ↓I S=ID IG ≅ 0A → (VDD ) RD ＋ － VDS R2 R1 RE ↓ID S• D G • VGS ↓IR1 ↓IR2 IB RG E• C• B ↓I C ≅IE ↓IE 0.7V≅VBE VCE 解：VCE與VDS為未知數 ↛ 輸出KVL得VC 而 VC=VS=VG－VGS (用蕭克萊方程式得) [數學法] 蕭克萊方程式 1.825mA=12mA×[1－(VGSQ /-6V)]2 → VC =VG－VGS =3.62V－(－3.66V) =7.28V Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 3

4 § 7-8 組合網路 解：[圖解法] 建立 裝置的 轉移曲線 蕭克萊方程式 ①VGS=0V →ID=IDSS=12mA
§ 組合網路 解：[圖解法] 建立 裝置的 轉移曲線 蕭克萊方程式 ①VGS=0V →ID=IDSS=12mA ②ID=0mA →VGS=Vp=-6V ③VGS=½Vp =½ × (-6V)=-3V →ID=¼ IDSS =¼ ×12mA=3mA 將 ① ~ ③點 繪製曲線 ∵ IDQ=1.825mA 畫 水平線 與 轉移曲線 交於 Q-點 再從 Q-點 畫 垂直線 得VGSQ=-3.7V VC =VG－VGS =3.62V－(－3.7V) =7.32V Q-點 ① ② 轉移曲線 ③ ans Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 4

5 § 7-8 組合網路 例題 7.14：求下圖網路之 VD 解：由 JFET 輸入KVL 得 VGS +ID RS= 0
§ 組合網路 例題 7.14：求下圖網路之 VD ↓I S=ID IG ≅ 0A → (VCC ) ＋ － RC VDS RS ↓ID S• D• G • VGS IB RB E• C• B ↓I C ≅IE ↓IE 0.7V≅VBE VCE 解：由 JFET 輸入KVL 得 VGS +ID RS= 0 →VGS =-ID RS =-ID × 2.4kΩ 利用 圖解法 得 IDQ Ⓐ畫出 VGS = -IDRS= -ID ×2.4kΩ 偏壓線 ①ID=0mA→VGS = - 0mA×2.4kΩ= 0 ②VGS =Vp= - 4V →ID =-VGS / RS = - (- 4V)/ 2.4kΩ=1.67mA 將 ① ~ ②點 繪製直線 Ⓑ建立 裝置的 轉移曲線 蕭克萊方程式 Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 5

6 § 7-8 組合網路 解：①VGS=0V →ID=IDSS= 8mA ②ID=0mA →VGS=Vp=-4V
§ 組合網路 Q-點 ① ② Ⓑ轉移曲線 ③ ans Ⓐ網路-偏壓線 解：①VGS=0V →ID=IDSS= 8mA ②ID=0mA →VGS=Vp=-4V ③VGS=½Vp =½ × (-4V)=-2V →ID=¼ IDSS =¼ ×8mA=2mA 將 ① ~ ③點 繪製曲線 由Ⓐ與Ⓑ交點 得 靜態點 Q-點 從 Q-點 畫 垂直線 得VGSQ=-2.6V 水平線 得IDQ=1mA IDQ = IE ≅ IC =1mA IB =IC /β=1mA / 80 =12.5μA VB =VCC－IB RB =16V－12.5μA ×470kΩ=10.125V VD=VE =VB－VBE =10.125V－0.7V=9.425V Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 6

7 § 7-9 設計 • 設計過程 不僅 限於直流情況，然此 先專注於 建立直流條件。 • 線性放大器 選擇 工作點：
§ 設計 • 設計過程 不僅 限於直流情況，然此 先專注於 建立直流條件。 • 線性放大器 選擇 工作點： 1. 離開 飽和區(IDSS) 與 截止區(Vp)。 2. VGSQ 之值 接近 ½Vp 或者 IDQ 接近 ½ IDSS 。 3. 規格表上 ID 與 VDS 之最大值 不可超越。 例：待設計 之 自偏壓組態。 ↓I S=ID IG ≅ 0A → ＋ － VDS S• D• G • VGS 若已知 VDD、VD、ID 且 轉移曲線⇒VGSQ 求 RS ? RD? 輸入KVL：VGS+IDRS = 0 → RS = - VGS /ID 輸出KVL：VD =VDD－IDRD → RD = (VDD－VD ) / ID Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 7

8 § 7-9 設計 例題 7.15：下圖網路中，VDQ 與 IDQ 之值已指定。試求所需之 RD 與 RS
§ 設計 例題 7.15：下圖網路中，VDQ 與 IDQ 之值已指定。試求所需之 RD 與 RS 值。何者為最接近的標準商用值? 解：RD = VRD / IDQ = (VDD－VDQ ) / IDQ = (20V－12V) / 2.5mA= 3.2kΩ 已知 IDQ，利用 作圖法 →VGSQ→RS 建立 裝置的 轉移曲線 蕭克萊方程式 ①VGS=0V →ID=IDSS=6mA ②ID=0mA →VGS=Vp=-3V ③VGS=½Vp =½ × (-3V)=-1.5V →ID=¼ IDSS =¼ ×6mA=1.5mA 將 ① ~ ③點 繪製曲線 ↓I S=ID IG ≅ 0A ↱ (VDD ) ＋ － VDS S• D G • VGS Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 8

9 § 7-9 設計 解：∵ IDQ=2.5mA 畫 IDQ水平線與轉移曲線 交於 Q-點 再從 Q-點 畫 垂直線 得VGSQ=-1V
§ 設計 Q-點 ① ② 轉移曲線 ③ ans -1.5V 1.5mA 解：∵ IDQ=2.5mA 畫 IDQ水平線與轉移曲線 交於 Q-點 再從 Q-點 畫 垂直線 得VGSQ=-1V RS = - VGSQ /IDQ = - (- 1V) / 2.5mA = 0.4kΩ ∴標準商用值 RD= 3.3kΩ RS= 0.39kΩ Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 9

10 § 7-9 設計 例題 7.16：對下圖之分壓器偏壓組態，若VD = 12V且 VGSQ = - 2V，試 求 RS 值。
§ 設計 例題 7.16：對下圖之分壓器偏壓組態，若VD = 12V且 VGSQ = - 2V，試 求 RS 值。 解：ID = (VDD－VD ) / RD = (16V－12V) / 1.8kΩ= 2.22mA VG =VDD × R2 /(R1 +R2 ) =16V×47kΩ/(91kΩ+47kΩ) =5.45V 輸入KVL：VGSQ＋ID RS =VG →RS =(VG –VGSQ) / ID =[5.45V– (–2V)] / 2.22mA =3.356kΩ (標準商用值 3.3kΩ) I S=ID↓ IG ≅ 0A → (VDD ) RD ＋ － VDS R2 R1 ID↓ S• D G • ↓IR1 ↓IR2 (VD ) -2V= Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 10

11 § 7-9 設計 例題 7.17：VDS 與 ID 之值可指定為VDS = ½ VDD 及 ID=ID (on)。對下圖之
§ 設計 例題 7.17：VDS 與 ID 之值可指定為VDS = ½ VDD 及 ID=ID (on)。對下圖之 網路而言，求 VDD 與 RD 之值。 解：∵IG ≅ 0A⇒V10MΩ= 0V(短路) ⇒VG =VD (G-D 直接連接) ⇒VGS =VDS 且 ID=ID (on)= 4mA⇒VGS =VGS (on)=6V VDD =2VDS =2VGS (on)=2 × 6V=12V 輸出KVL：VDS＋ID RD =VDD →RD =(VDD –VDS) / ID (on) =(VDD –VGS (on)) /ID (on) =(12V– 6V) / 4mA =1.5kΩ (此為 標準商用值) I S=ID↓ IG ≅ 0A → ＋ － VDS ID↓ S• D• G • VGS (短路) Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 11

12 § 7-10 故障檢修 • 可檢驗 特定端點與地之間的電壓 或 網路 端點間的電壓 ( 須有某些預期電壓或電流
§ 故障檢修 • 可檢驗 特定端點與地之間的電壓 或 網路 端點間的電壓 ( 須有某些預期電壓或電流 值之概念)，電流值可使用歐姆定律求得。 • 檢驗 n-通道 JFET自偏壓組態 之直流操作： 1.VGSQ 之 靜態值 限制於 0V~Vp之負值。 2.VDS 之值 介於 VDD 之 25%~75%間。 3.VD=VDD ⇒RD 無壓降 ⇒缺乏電流流經RD ⇒連接方式須重新檢驗 4.若VS=VDD，裝置在 D-S 間並非“開路”，亦 非“導通”。(RS 接地不良、引線與端點間 內部連接分離、D-S 間短路存在) 5.量測網路電阻間的電壓，如: 0V顯示缺乏 電流流經元件(開路)。 6.最好的測試儀器 為 曲線循跡器，能顯示 裝置是否可用，亦顯示 電流與電壓值的 範圍。 0V ≧ Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 12

13 § 7-11 p-通道 FETs • 轉移曲線 為 n-通道之鏡像，且定義之 電流方向 與 電壓極性 為相反。 JFET < 0V
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14 § 7-11 p-通道 FETs 空乏型 MOSFET 增強型 MOSFET < 0V < 0V 0V> 14
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15 § 7-11 p-通道 FETs 例題 7.18：求下圖之 p-通道 JFET 求 IDQ，VGSQ 與 VDS 解：利用 圖解法 解題
解：利用 圖解法 解題 IG ≅0A⇒IS =ID 且 IR1 =IR2 VG =VDD × R2 /(R1 +R2 ) = - 20V×20kΩ/(68kΩ+20kΩ) = V 輸入KVL：VGS =VG＋ID RS = V＋ID ×1.8kΩ Ⓐ畫出VGS= V＋ID ×1.8kΩ偏壓線 ①ID= 0mA→VGS = V ②VGS= 0V →ID = 4.55V/1.8kΩ= 2.53mA 將 ① ~ ②點 繪製直線 =ID IG ≅ 0A ← (VDD ) RD R2 R1 RS ↑IR1 ↑IR2 － ＋ Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 15

16 § 7-11 p-通道 FETs 解： Ⓑ建立 裝置的 轉移曲線 蕭克萊方程式 ①VGS=0V →ID=IDSS=8mA
②ID=0mA →VGS=Vp= 4V ③VGS=½Vp =½ × (4V)=2V →ID=¼ IDSS =¼ ×8mA= 2mA 將 ① ~ ③點 繪製曲線 Ⓒ由Ⓐ與Ⓑ交點 得 靜態點 Q-點 Ⓓ從Q-點畫 水平線得IDQ=3.4mA 垂直線得VGSQ=1.4V Q-點 ① ② Ⓑ轉移曲線 ③ ans Ⓐ網路 ID=2.53mA② ↑ - 4.55V Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 16

17 § 7-11 p-通道 FETs 解： 輸出KVL： VDS =VDD＋ID RD＋ID RS =VDD＋ID (RD +RS)
IG ≅ 0A ← (VDD ) RD R2 R1 RS ↑IR1 ↑IR2 － ＋ 解： 輸出KVL： VDS =VDD＋ID RD＋ID RS =VDD＋ID (RD +RS) =－20V＋3.4mA(2.7kΩ+1.8kΩ) =－4.7V Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 17

18 § 7-12 萬用 JFET 偏壓曲線 • 因 FET 組態之直流解 需對每一分析 畫出轉移曲線，故發展出 萬用曲線
以適用於各種 IDSS 與 Vp。 **萬用 n-通道 JFET 或 空乏型MOSFET 偏壓曲線 (VGSQ<0V)** 正規化→ID=IDSS，比值=1 正規化→VGS=Vp，比值= -1 m 垂直刻度—可用來求固 定偏壓組態之解。 M 垂直刻度—可用來求分 壓器組態之解。 ， ∣Vp∣：表Vp大小值。 Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 18

19 § 7-12 萬用 JFET 偏壓曲線 • 目的：如何使用刻度求解。 • 方法優點：分析時不需再畫出轉移曲線，偏壓線之重疊原理易於使用，
且計算較少。 例題 7.19：求解下圖網路 ID 與 VGS 之靜態值 I S=ID↓ IG ≅ 0A → (VDD ) RD ＋ － VDS RS ID↓ S D G • VGS 解：1. 計算 m 2. RS 定義之 自偏壓線： 從 “原點 至 m=0.31點” 畫一直線 3. 自偏壓線 與 萬用曲線 交點 ⇒ Q-點 4.從Q-點畫 水平線得 垂直線得 5. IDQ=0.18IDSS =0.18×6mA=1.08mA VGSQ= =-0.575×3V= V Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 19

20 § 萬用 JFET 偏壓曲線 Q - 點 ( 例題7.20 ) Q - 點 ( 例題7.19 ) Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 20

21 § 7-12 萬用 JFET 偏壓曲線 例題 7.19：求下圖網路中 ID 與 VGS 之靜態值 解：1. 計算
2. 計算 VG =VDD × R2 /(R1 +R2 ) =18V×220kΩ/(910kΩ+220kΩ) =3.5V 3. 計算 4. 畫 偏壓線：從“M=0.365點 至 其水 平線於 m軸向上0.625點” 畫一直線 5. 偏壓線 與 萬用曲線 交點 ⇒ Q-點 6.從Q-點畫 水平線得 垂直線得 7. IDQ=0.53IDSS =0.53×8mA=4.24mA VGSQ= =-0.26×6V= -1.56V I S=ID↓ IG ≅ 0A → (VDD ) RD ＋ － VDS RS ID↓ S • D G • VGS R2 R1 Boylestad and Nashelsky Electronic Devices and Circuit Theory Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 21