電力工程 108 年電子學概要考古題

如圖一所示電路，其中MOSFET電晶體的特性 ，W/L = 20， VA = 50 V，此電路之Q點偏壓，讓其 ，RD = 10 kΩ，RG = 5 MΩ， Rsig = 500 kΩ，其負載電阻RL = 10 kΩ，假設C

圖一稽納二極體的最小啟動工作電流0.2 mA，崩潰區動態電阻40 Ω。測 試電流IZ = 10 mA 時，電壓VZ = 6 V。電路輸入電壓VS = 10 – 3cos t ω V， ω = 100 rad/sec，求算VL 之最大與最小值。（20 分）

如圖一所示之電路，設二極體導通電壓Vγ = 0.7 V、R1 = 5 kΩ、R2 = 10 kΩ、 V + = +5 V 且V - = -5 V。試求vI = 3 V 時，vo、iD1 及iD2 之值。（20 分） Iv O v 1 R

300 μ μA/V COX n = mA 25 I D .0 = C1，CC2，CS皆無窮大，求輸入 阻抗Rin =？輸出阻抗RO =？開路電壓增益Avo =？全電路電壓增益（overall voltage gain）， sig O v V G = V ＝？（20分） VDD RD CC2 VO Rsig CC1 Q1 RL RG Vsig CS -VSS 圖一 二、如圖二所示電路，其中BJT 電晶體的特性 ， = 400 kΩ，又 ，又C 120 β = O γ pF C 1 = μ C1，CC2，CE 皆無窮大，Rsig = 10 kΩ，R1 = 66 kΩ，R2 = 44 kΩ， RE = 4 kΩ，RC = 5 kΩ，VCC = 5 V，RL = 5 kΩ，直流偏壓電流IE = 0.3 mA，假 設fT = 900 MHz，求fH（3 dB 頻率）=？（20 分） VCC RC CC2 R1 VO CC1 Rsig RL Vsig R2 RE CE 圖二

圖二電晶體β = 100，導通時VBE = 0.7 V，飽和區VCE = 0.2 V，主動區 VCE > 0.2 V 且IE ≈ IC，小訊號輸出電阻ro → ∞。vS = 1.2 + Vxsin t ω V， vO = VDC + VAC sin t ω V，ω = 200π rad/sec。在小訊號操作時，求算直 流電壓VDC、集極直流電流IC 及小訊號電壓增益Av = VAC/Vx。（15 分） 求算Vx 之最大值以確認電晶體不會進入飽和區。（5 分）

R V − V + 'v 1 D 2 D 1 Di 2 Di 1 Ri 2 Ri 圖一 二、如圖二所示之電晶體電路，若電晶體工作於主動區（active region），則 基極至射極電壓VBE(on)= 0.7 V，若電晶體工作於飽和區（saturation region），則集極至射極電壓VCE(sat)= 0.2 V，設電晶體之β = 100，試求電 流IB、IC 及VC 之值。（20 分） 4.7kΩ 3.3kΩ +6V +10V BI CI C V (on) BE V 圖二 80720

在雙極性接面電晶體（BJT）和金氧半場效電晶體（MOSFET）的特性， 其爾利電壓（early voltage）若存在，請分別說明在雙極性接面電晶體（BJT） 和金氧半場效電晶體（MOSFET）是什麼原因產生爾利電壓？請分別說明 這現象對雙極性接面電晶體（BJT）和金氧半場效電晶體（MOSFET）之 等效電路模型有何影響？（20 分）

圖三放大器之Q1 與Q2 相同，VCC = +7.5 V，R = 340 Ω，RL = 200 Ω， 所有電晶體之β = 200 >> 1，導通時 |VBE| = 0.7 V，飽和時 |VCE| = 0.2 V。 在 –10 V ≤ vI ≤ +10 V 範圍畫出 vI - vO 之轉換曲線，在圖上註明各線段 的轉折點座標與斜率，並做必要解釋。（20 分）

如圖三所示之邏輯電路，試寫出輸出Y 與輸入A、B、C 間的關係式。 （15 分） DD V A B C B C A C P A N A P B P C N B N Y 圖三

請以雙埠網路（two port network）及其輸入、輸出之電壓、電流等式之參 數（parameters）變化，來說明單向（unilateral）電路的特性。（20 分）

圖四差動放大器電路僅含小訊號分析必要元件，Q1 與Q2 之臨界電壓 Vt、製程參數 kp’ = 1 mA/V2、Early voltage |VA| = 6 V 均相同；已知Q1 與Q2 閘極直流電壓相同且操作於飽和區；理想電流源IS = 1.5 mA，RD1 = 0.75RD2 = 3 kΩ，(W/L)2 = 2×(W/L)1 = 8，忽略body effect，畫出小訊號 等效電路，並算出所有元件值。（8 分）vid = vi1 – vi2，vic =（vi1 + vi2）/2， vod = vo1 – vo2，求算 Ad = vod/vid 與 Ac = vod/vic。（12 分）

如圖四所示之電路，設電路中採用理想運算放大器，且電阻R = 1 kΩ， 電容器C = 1000 µF。 試求轉移函數 ，其中Vo (s)及Vi (s)分別為vo (t)及vi (t)之拉 普拉氏轉換（Laplace transform）。（10 分） ) ( /) ( s V s V i o 若vi (t) = sin(t) V 時，試求vo (t)之穩態響應（steady-state response）。 （10 分） R R C C ) (t vi ) (t vo 圖四

請將 F B D) (C A C B A Y ⋅ + + ⋅ + ⋅ ⋅ = 之函數以Dynamic MOS logic circuits 之型式，畫出其電路圖，並說明其工作原理。（20 分）

圖五(a)所示為一個四段共陰極顯示器，各段分別以A、B、C 與D 之邏 輯輸出控制。此四段顯示器共有幾種不同的顯示圖樣？（4 分）以 二位元輸入XY = 00、01、10、11，分別實現圖五(b)中0、1、2、3 之各 圖樣，說明A、B、C、D 與X、Y 的關係，並以AND、OR、NOT 等三 種邏輯閘，畫出邏輯電路。（16 分）

如圖五所示之電路，設電晶體參數VTN = 2 V、λ = 0 V-1、Kn = 0.2 mA/V2。 試求靜態汲極電流IDQ 和汲-源級電壓VDSQ。（5 分） 試求小信號電壓增益Av = Vo / Vs。（10 分） 試求輸出阻抗Rof。（10 分） 圖五 V 10 DD V = if R 10 S R k = Ω 100 F R k = Ω 8 D R k = Ω of R s V o V C →∞ Vs Rif Vo Rof