電力工程 107 年電子學概要考古題

圖1 電路中，假設電晶體的|VBE|和二極體（diode）的導通電壓VD 都是0.7 V，與電 流大小無關；電壓源VCC = 5 V，假設電晶體參數β ≈∞，電路中電阻RB1 = 23 kΩ、 RB2 = 20 kΩ、RC1 = 1 kΩ、RE1 = 1 kΩ、RC2 = 0.2 kΩ、RE2 = 0.4 kΩ和RX = 0.3 kΩ。利 用電路分析，計算Vo1 和Vo2 的電壓值。（25 分） Vo1 Vo2 RB1 RB2 RC1 RE1 RX RC2 RE2 VCC QN QP 圖1

如圖所示，以下為二極體電路，其中二極體內阻為0 Ω，導通電壓VD,on = 0.7 V。已 知VB1 為2 V，VB2 為1 V，電阻R1 為1 kΩ。試分析當電壓Vi 變化範圍從-5 V 到+5 V 時，繪出流經電阻之電流變化圖（請標示轉折點位置的值）。（20 分） +- VB1 D1 D2 R1 Vi VB2 + Vo - I1 Vi -5 +5 I1 ? I1 I1 R1 + ？ D2 D1 - + Vi - Vo VB1 VB2 Vi -5 +5

一個P-MOSFET，臨界電壓（threshold voltage）Vtp = -0.8 V，源極（source）接地。 若此元件的過驅電壓（overdrive voltage）|Vov| = 0.4 V，其閘極（gate）電壓應為多少？ （5 分） 將閘極（gate）電壓維持的值，若元件要維持在飽和區（saturation region）操作， 汲極（drain）電壓的最高值應為多少？（5 分） 若所獲得的汲極（drain）電流為0.4 mA，就VD = -20 mV 以及VD = -2 V 的條件 分別求汲極（drain）電流ID。（10 分）

圖2 放大器電路，忽略電晶體的通道長度調變效應（channel-length modulation effect）和 基底效應（body effect），電路設計參數如下：電流ISS = 200 μA 和電晶體的工作電壓 VOV = VGS －VTH = 0.2 V，以及電阻Rsig = 10 kΩ和RL = 40 kΩ，經由電晶體製程參數得知 Cgs = 4 pF 和Cgd = 0.5 pF。請依照小訊號分析，繪出此電路的等效電路，並計算此電路的 低頻電壓增益(Av = Vo /Vsig)和高頻3-dB 極點頻率fH（Hz）。【提示：電路有二極點fp1和fp2， 若二極點相近時，高頻3-dB 極點頻率可利用 2 2 2 1 1 1 1 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ≈ p p H f f f 計算得之。】（25 分） ISS Rsig Vo RL VDD 圖2 Vsig + － VCC RB1 RB2 RE2 RC2 RC1 Vo1 Vo2 QP RX VDD Vo ISS Rsig RL RE1 QN 107年公務人員特種考試關務人員、 身心障礙人員考試及107年國軍上校 以上軍官轉任公務人員考試試題 全一張 （背面） 考試別： 身心障礙人員考試 等 別： 四等考試 類 科： 電力工程 科 目： 電子學概要

如圖所示，以下為電晶體電路，其中電晶體M1 電流1 mA，截止電壓 V 6.0 = TH V ， 轉導 V m mA g 10 = ，忽略通道調變（channel length modulation）效應。電阻RD 未知。 試分析小訊號電壓增益 iV o V 值為多少？（20 分） VDD = 1.8 V RD 1 = 100 Ω R Vo M1 Vi

如圖1 電路中，電晶體Q1與Q2之臨界電壓（threshold voltage） Vt = 0.7 V，製程互導 參數 。（ 2 μA/V 60 ' = n k ) ( ' L W k k n n × = ， ）就下列條件： ox n n C k μ = ' 16 ) ( 5.1 ) ( 2 1 = = L W L W ，求： 流過Q1 的電流。（5 分） +2.5 V V1、V2 與V3。（15 分） 圖1

圖3 為運算放大器（op amp）的非反相放大器架構電路，運算放大器本身具有電壓 增益A1、差動輸入電阻Rid = 20 kΩ和輸出電阻ro = 0.25 kΩ，其它電阻部分：信號源 之電阻Rsig = 4.82 kΩ、輸出端之負載RL = 2 kΩ、回授電路之電阻R1 = 0.2 kΩ和 R2 = 1.8 kΩ。 假設A1 = ∞，計算此回授電路的電壓增益(Av = Vo /Vsig)。（7 分） 已知A1 = 103 V/V，請利用回授電路原理分析，計算此回授電路的電壓增益 (Av = Vo /Vsig)、輸入電阻Rin 和輸出電阻Rout。（18 分） Rsig Vsig R2 Vo R1 Rid RL ro A1V1 V1 + − Rin Rout

如圖所示，以下電路之運算放大器為理想，求下列各項：（每小題10 分，共20 分） 輸入電阻為何？ 電壓增益為何？ R2 R1 Vi Vo VDD = 1.8 V RD R2 R1 Vi Vo Vi M1 Vo R1 = 100 Ω R4 R4 R3 R3 107年公務人員普通考試試題 代號： 44350 44450 44550 全一張 （背面） 類 科： 電力工程、電子工程、電信工程 科 目： 電子學概要

如圖2 電路，某個米勒積分器使用一個理想的運算放大器、一個10 kΩ的電阻R，和 一個1 nF 的電容C。現在於輸入端加入一個弦波信號： 在那個頻率（Hz）時，輸入和輸出信號的振幅會相等？（5 分） 在此頻率下，輸出弦波相對於輸入的相位會如何？（5 分） 如果頻率比所得到的頻率低10 倍，則輸出電壓會改變幾倍？（5 分） 在的問題中，輸入和輸出的相位關係為何？（5 分） 圖2 20 kΩ 20 kΩ V2 V1 Q1 Q2 V3 200 μA C R ＋ vI t) ( － ＋ vo (t) － 107年公務人員特種考試警察人員、一般警察人員考試及 107年特種考試交通事業鐵路人員考試試題 80850 全一張 （背面） 考試別： 鐵路人員考試 等 別： 員級考試 類科別： 電力工程、電子工程 科 目： 電子學概要

如圖4(a)所示，以D-FF 和組合邏輯設計之數位邏輯電路，相關設計如下： 依據圖4(a)工作特性，請完成圖4(b)真值表（truth table），其中A 和B 為輸入以及 輸出Q(t + 1)表示第t 個CLK 後的Q 輸出狀態。（10 分） 圖4(c)為以CMOS 元件完成圖4(a)電路設計，請用電晶體PMOS 和NMOS 來設計 「方塊電路」（其中，a、b 和c 為輸入以及d 為輸出，請標示清楚）。（15 分） D Q Clk A B CLK Q (a) A B Q(t+1) 0 0 0 1 1 0 1 1 (b) Truth table VDD A 方塊 電路 B VDD D Q Clk CLK Q (c) ? ? ? ? a b c d Rsig Vsig Rin Rid R1 R2 A1V1 ro Vo RL Rout V1 VDD VDD A B D Q Clk Q (a) (b) A B CLK Q Clk D A B 0 0 0 0 ? ? ? ? 1 1 1 1 truth table (c) 圖3 圖4 + － a b c d 方塊 電路 Q CLK Q(t+1)

如圖所示，以下為一差動電路。電晶體轉導皆為 V mA gm 10 = ， 100 = β ， ， Ω = 500 C R Ω =100 E R ，電流源為理想：（每小題10 分，共20 分） 差模電壓增益為何（不計正負號）？ 共模電壓增益為何？ Q3 Q4 RC RC Q1 Q2 RE IE IE Vo Vi1 Vi2 Vi2 Vi1 RE IE IE RC RC Vo Q２ Q１ Q4 Q3

圖3 中的迴授放大器包含了一個由Q1 和RD 所構成之共閘極（common gate）放大器， 以及由電容分壓器（C1, C2）與共源極電晶體Qf 組合而成的迴授電路。注意Qf 的偏 壓電路並未於圖中顯示。假設C1 和C2 很小，小到它們對基本放大器的負載效應可忽 略，並且也忽略ro。當gm1 = 5 mA/V、RD = 10 kΩ、C1 = 0.9 pF、C2 = 0.1 pF，且gmf = 2 mA/V 時，求出： 迴授因子β與Af 的值。（10 分） Rin 與Rout 的值。（10 分） VDD RD Vo Q1 VBIAS Rout C1 Qf IS C2 Rin 圖3

如圖五所示為電阻負載式反相器電路，其中R=1 kΩ、VDD=5.0 V、輸出 低電壓準位VOL=0.6 V。而其中增強型（enhancement-type）nMOS 電晶 體有著下列的參數：VT0=1.0 V、γ =0.2 V1/2、λ=0、μnCox=22.0 μA/V2。 試求：（每小題10 分，共20 分） 電晶體所需要的幾何比值（aspect ratio）W/L。 輸入低電壓準位VIL 及輸入高電壓準位VIH。 （圖五）

使用CMOS 邏輯電路設計，則PMOS 與NMOS 電路有互補關係。已知PMOS 部分 的電路如下圖，請畫出NMOS 部分的電路（標出輸入訊號正確位置），及找出此電路 的函數關係。（20 分） A VDD VDD B C DD C B A

考慮如圖4 的IC CS 放大器，其IBIAS = 100 A，Q2 和Q3 完全匹配，Rsig = 200 kΩ。 Q1 電晶體：μ = 90 A/V2、VA = 12.8 V、W/L = 100 μm / 1 μm、Cgs = 0.2 pF，且 Cgd = 0.015 pF。Q2 電晶體：|VA| = 19.2 V。忽略輸出端的電容效應，求輸出端總電阻 Ro、低頻增益AM、3-dB 頻寬和零點頻率fz。（20 分） μ ox nC μ Q3 Q2 IBIAS Vo Ro Rsig Q1 Vsig 圖4