全章埠參數總表:端接、有限 beta 與適用極限
對應:0266–0270;0269 的完整 MOS 共閘推導見 12 組。表中的 Rout,amp 排除外加負載;含負載時還要並聯該負載。
0266–0267:MOS 四種基本用法
在低頻、bulk 跟 source 相連、忽略 gate 漏電下:
| 配置 |
完整模型或前節引用 |
教材極限 |
| 共源,source 接地 |
Gm=gm, Rin=∞, Rout=ro |
同左 |
| 共源,source 接 RB |
Gm=gm/[1+(gm+go)RB] |
1/RB,須 gmRB≫1,go≪gm |
| 同上輸出阻抗 |
ro+(1+gmro)RB |
gmroRB,須可省兩個獨立阻抗項 |
| source follower,理想偏壓源 |
av=gm/(gm+go) |
1,須 gmro≫1 |
| follower,source 負載 RB |
av=gm/(gm+go+1/RB) |
1,另須 gmRB≫1 |
| follower 輸出阻抗 |
1/(gm+go),有偏壓電阻則再並聯 |
1/gm |
電壓 follower 的 ∞ 輸入電阻只限 DC/低頻 gate 無電流模型;高頻已有 09 組的電容電流。
0268:BJT 增加 base 電阻與輸入電流
定義 intrinsic rπ=β/gm、base spreading rb。
若忽略 ro,emitter 負載為 RE:
Rin=rb+rπ+(β+1)RE,
Gm,ext=rb+rπ+(β+1)REβ.
RE=0 且 rb≪rπ 時 Gm,ext≃gm。
強退化時 Gm,ext≃1/RE 还要求 β≫1。
對輸入置零的輸出阻抗,令 base 到外部 AC 地的電阻為 Rb(可含訊號源電阻及 rb),且
R∗=RE∥(rπ+Rb),g∗=gmrπ+Rbrπ.
由 emitter KCL ve=itR∗ 和 collector 電流式可得
Rout,amp=ro+(1+g∗ro)R∗.
所以教材 gmroRE 還隱含 RE≪rπ+Rb、Rb≪rπ。如果 emitter 偏壓源理想,RE→∞,输出阻抗飽和至約 βro,不會像 MOS 那樣無界增加。
Follower 的精確低頻輸出阻抗(忽略 ro)為
Rout=β+1RS+rb+rπ,
可按 08 組再化成 1/gm+(RS+rb)/β。
看入 base 的負載應包含 emitter 的 ro 或偏壓源阻抗,再乘 β+1;這解釋 0268 表中的 βro 項。
0270:BJT 共基級
base 接 AC 地,先取 rb=0。source 名稱改為 emitter。其節點方程:
(GB+gπ+gm+go)ve−govo=iin,
−(gm+go)ve+(GL+go)vo=0.
因此 12 組的 MOS 式可用
RB∗=RB∥rπ
取代 RB,得到
AR=RL+ro+(1+gmro)RB∗(1+gmro)RB∗RL,
Rin=RL+ro+(1+gmro)RB∗RB∗(RL+ro).
有限 rb 時則用 RB∗=RB∥(rπ+rb),並把 gm 換成
gmrπ/(rπ+rb)。這是由 base 支路分壓取得,不是直接把 β 塞進公式。
三個重要極限
- RL 小、RB∗ 足夠大:Rin≃1/gm,AR≃RL,誤差包含 1/β。
- RL→∞、有限 RB:Rin→RB∗,AR→(1+gmro)RB∗。
- RB,RL→∞,但 finite beta:Rin→rπ,AR→(1+gmro)rπ≃βro。與 MOS 的無有限靜態解不同,BJT 有 base 電流路徑。原表「—」不可解讀成轉阻為 0。
方法與核對
不用 SFG:這是前面模型的端接極限總結。每次求 Rout 都先把獨立電壓輸入短路、獨立電流輸入開路,並保留其內阻。用這套定義才能一致閱讀 0267–0270 的表格。
來源對照
| 投影片 |
PDF 頁 |
書本頁 |
講解所在 PDF 頁 |
| 0266 |
83 |
84 |
83 |
| 0267 |
84 |
85 |
84 |
| 0268 |
84 |
85 |
84 |
| 0270 |
85 |
86 |
85 |
Spectre 仿真結果
本推導組的代表模型已完成 Spectre 驗證;覆蓋範圍以所列 netlist 為準,未逐一搭建所有投影片電路。
線性 AC 2 · MOS 電路 0 · 極零 0 · 暫態 0:所列檢查全部通過。
案例:bjt_degen_gain、bjt_degen_zout
查看本組波形、模型條件與 CSV → · 仿真 Markdown 解釋