電力工程 92 年電子學考古題

已知某半導體的電子濃度分佈如圖1 所示。 假定無外加電場，試導出並畫出電子電流密度Jn(x)。(6 分) 若淨電子電流為零，試畫出並導出內建電場的關係。(7 分) 試決定點x = 0 和x = W 之間的電位，已知n(0)/no=103。(7 分)

考慮一個NMOS 共源級（common source）放大器，使用PMOS 電晶體用二極體方 式連接作負載的電路。 請畫出其輸入輸出轉換特性曲線(transfer characteristic curve)。（10 分） 證明其電壓增益可用下列方程式表示：（10 分）

請分析圖中二個5 KΩ 和RL電阻對Iref 之影響。 若RL＝10 Ω，RL＝100 Ω，RL＝1 KΩ 時，Iref 各是多少？ （20 分）

簡答題：（20 分） 若元件面積相同，則雙載子電晶體（bipolar transistor）與金氧半電晶體（MOS transistor）相較，何者可提供較大的驅動電流？為什麼？ 試說明“Miller effect＂如何影響高電壓增益放大器（high voltage gain amplifier）之 頻率響應？

圖2 中，先繪出其h-參數模型，假設hfe = 50，hie = 1.1kΩ，計算 I A  -I2/Ib；(4 分) ′i R  Vb/I1；(4 分) ′I A  -I2/I1；(4 分) vs A VO/VS；(4 分) ′ o R (包含10kΩ 負載之輸出電阻) (4 分)

此圖為CMOS 共閘級(common gate)放大器及其小訊號等效電路，請求此電路的 電壓增益(Vo/Vi) （10 分） 輸入阻抗(Ri) （10 分）

圖中為PMOS 電晶體，其Vt＝-2V，μnCox＝8μA／V2，L＝10μm， λ＝0，若要使汲極電流為0.1mA，電壓VD 為7V，求W 與R 之值。 （20 分）

下圖為一pnp CE 放大器，若β0 = 50，IS = 10-17A，且VA 為無限大，試問：（20 分） 若Vout = 2.5V，則VBIAS 應為多少？（IB 和RS 可忽略） 若RL 為無限大，試計算Rout 和電壓增益。 若欲使增益減半，試計算RL應為何？ 假設β0 為可調，若欲將增益增加10%，則β0 應增加為多少？

一個放大器有如下增益轉換函數： ( ) 5 2 2 10 2 1 1 10 2 10 × + × + = π π s s s s A 對其絕對值畫波德圖並求中頻帶增益AM，低3 分貝頻率fL以及高3 分貝頻率fH，並 求增益降為1 時的頻率fT之近似值。(20 分) 圖1 圖2 Ri Ib I1 I2 Vb Vo Vcc VS Ri' + + + - - - 九十二年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號： 類 科： 電力工程、電子工程 全一張 （背面） 32550 32650

計算出下列串疊式BiCMOS 電路的輸出阻抗。(MOS 電晶體參數為gm，ro 雙載子電 晶體參數為β，ro) （10 分） （10 分） （請接背面） ( ) ( ) 1 2 n v p u W L A u W L = − 九十二年公務人員升官等考試試題 代號： 科 別： 電力工程、電子工程、資訊工程 全一張 （背面） 37930 38130 38230

請利用R1 和RL表示圖中Iref？（20 分） 100K 100K 5K Vref 5K Iref RL VDD=10 V VD R R R1 Iref RL R R Vref R 九十二年公務人員特種考試經濟部專利商標審查人員考試試題 代號： 科 別： 電力工程、電子工程、電信工程、控制工程 全一張 （背面） 30630 30730 30830 31030

如圖之串疊電路，每一電晶體參數均為β= 100，VBE ( on ) = 0.7V，VA = ∞，又假設 VCC = 12 V，RL = 2 kΩ，RE = 0.5 kΩ， 當R1 + R2 + R3 = 100 kΩ 時，求使ICQ2 = 0.5 mA， VCE1 = VCE2 = 4V，所需之RC、R1、R2、R3。（提示：可忽略基極電流之直流值，假設 Q1、Q2 電晶體中IC = IE） 決定每一個電晶體的小訊號混成π參數。 求小訊號之電 壓增益AV = vo / vs。（20 分） 5V E C Vout RC = 10 kΩ RS = 10 kΩ B + VS – + VBIAS – VCC CC 2 R1 RC CB CC 1 R2 R3 vs RE CE Q 1 Q 2 vo RL - 九十二年公務人員高等考試三級考試第二試試題 代號： 科 別： 電力工程、電子工程 全一張 （背面） 33930 34030

圖3 所示電路可作為TTL 邏輯切片中的一個反向器。所用的電晶體都是相同的，它 的βF = 25，βR = 0.5。對V(0) = 0.2 伏特，及V(1) = 3.5 伏特而言， 證明電路作用為一個反相器。(6 分) 對vs = V(0) 和vs = V(1)，決定每個電晶體內的基極和集極電流。(8 分) 電路的扇出數為多少？(6 分)

下圖為串並放大器之理想電路示意圖及其等效電路圖， 等效電路之閉迴路電壓增益可由下列式子表示： 1 f A A A β = + （10 分） 等效電路回授的輸出阻抗可以表示為： (1 ) of o R R A β = + （10 分）

就圖中的電路，假設所有電晶體均有大β，若Vi＞0，求io。（這個電壓 對電源轉換器是一個被稱為電流轉換器（current converter）的多用途電路 結構單元的一個應用）。若β＝100，實際io 低於此值的近似百分比為多 少？（20 分）

考慮有訊號電流源的電路，參數為Ri = 30 kΩ，RP = 10 kΩ，CS = 10 μF，且CP = 50 pF。 決定和CS 有關的開路時間常數和與CP 有關的短路時間常數； 決定轉換函數 T(S) = Vo(S) / Ii(S)的轉角頻率和中頻帶轉換函數的大小； 畫出轉換函數大小的波德 （Bode）圖。（20 分）

就圖4的理想B類推挽式放大器而言，VC C = 15伏特，RL = 4 歐姆，輸入是弦式的。試求： 輸出訊號的最大功率。(5 分) 在此功率輸出下每個電晶體的集極散逸量。(5 分) 轉換效率。(5 分) 每個電晶體的最大散逸量是多少？在此情況下的效率是多少？(5 分) 圖3 圖4

CMOS 廣泛的使用在數位電路中， 請求出圖中的布林輸出方程式。（10 分） A B C Output Vdd Gnd 請畫出 ( ) Y A B CD = + 等效的CMOS 電路。（10 分） Ii Vf Vo

圖中所示為三級放大器，級與級之間是直接耦合，但是放大器有採用旁路 電容，所以頻率響應在低頻時會降下來。我們的目的是假設電容夠大，足 以在所有的信號頻率下，形成完美的短路。（20 分） 試求出三個電晶體各別的直流偏壓電流？並且求出輸出點的直流電壓？ 假設︱VBE︱＝0.7 V，β＝100，並忽略爾利效應。 試求輸入電阻和輸出電阻。 計算電壓增益Vo／Vi。 +VCC io Q3 Vi R -VCC Q5 Q2 Q1 Q6 Q4 +10 V 4.5 kΩ ∞ 5.1 kΩ 82 kΩ ∞ ∞ Vi 100 kΩ -10 V 9.5 kΩ Vo 10 kΩ Q3 Q2 10.6 kΩ Q1

考慮下圖MOS 擴大器之頻率響應：（20 分） μnCOX = 50 μA/V 2, VTn = 1.0 V, λn = 0.05 V -1 RS = 25 kΩ and CS = 50 fF Rl = 25 kΩ and Cl = 50 fF M1 : (W L)1 = 64 1(μm/μm) iSUP1 : ISUP1 = 50 μA, rOC1 = 250 kΩ , COC1 = 50 fF M2 : (W L)2 = 128 1(μm/μm) iSUP2 : ISUP2 = 100 μA, rOC2 = 125 kΩ , COC2 = 50 fF （注意：在考量電流源之小訊號模型時，可假設COC 和rOC並聯） COX = 2 fF/μm2, COV = 0.1 fF/μm2, Ldiff = 4 μm, Cdb1 = 0.5 fF/μm2, Cdb2 = 0.3 fF/μm2 求低頻響應之電壓增益Vout VS =？ 利用米勒定理並考慮小訊號模型各等效電容之影響下，求輸入端'IN '之等效總電容 值（fF）？ 接上題，求節點X 對地之等效電容值。 同理，試求節點'out '對地之開路時間常數。 根據開路時間常數之理論，試求此擴大器之-3dB 頻率（M rad s）。 Ii Ri RP CS CP Vo RS VS VBIAS CS IN iSUP2 M1 X M2 iSUP1 V += 3V out Rl Cl iSUP2 Vout