五等-電子工程電子學大意108 年第 29 題單選題
圖示之增強型 MOSFET 放大器中,MOSFET 的輸出直流偏壓 VDSQ 等於多少?電晶體的臨界電壓 Vth=1 V 且 μnCox(W/L)=2 mA/V2。
B正確答案
增強型 MOSFET 直流偏壓計算,先確認飽和區假設,代入電流公式反推 VDSQ = 6V。
為什麼答案是 B
正確答案。假設 MOSFET 操作於飽和區,利用 ID = (1/2)μnCox(W/L)(VGS-Vth)² 求得汲極電流,再透過輸出迴路方程式 VDSQ = VDD - ID×RD 計算得出 6V,且驗證 VDS > VGS - Vth 確認飽和區假設成立。
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完整詳解
Pro · 無限重點 增強型 MOSFET 直流偏壓計算,先確認飽和區假設,代入電流公式反推 VDSQ = 6V。
假設飽和區→ID=K(VGS-Vth)²→算出ID→由輸出迴路VDS=VDD-IDRD驗證假設是否成立。
逐選項分析
A✕ 陷阱
8V 通常為電源電壓 VDD 或誤將 VGS 當作 VDS 的結果。若未扣除電阻壓降直接選電源電壓,即落入未考慮負載線之陷阱。此選項對應未進行迴路計算的直覺錯誤。
B✓ 正確
正確答案。假設 MOSFET 操作於飽和區,利用 ID = (1/2)μnCox(W/L)(VGS-Vth)² 求得汲極電流,再透過輸出迴路方程式 VDSQ = VDD - ID×RD 計算得出 6V,且驗證 VDS > VGS - Vth 確認飽和區假設成立。
C✕ 陷阱
5V 可能來自忘記乘以 1/2 係數或參數代入錯誤。若誤用 ID = K(VGS-Vth)² 而漏掉 1/2,電流會加倍導致 VDS 偏低;或是臨界電壓 Vth 未正確減去所致之計算偏差。
D✕ 陷阱
4V 可能是誤判為三極體區(線性區)之計算結果,或將 VGS 與 Vth 關係搞混。若 VDS < VGS - Vth 則不滿足飽和條件,但本題正確工作點應在飽和區,故此數值為錯誤操作區間之干擾項。
MOSFET 直流分析步驟
| 步驟 | 關鍵公式/動作 | 注意事項 | 常見錯誤 |
|---|
| 1. 假設操作區 | 假設飽和區 Saturation | 增強型 NMOS 最常見工作區 | 未假設直接套公式 |
| 2. 計算 ID | ID=(1/2)K(VGS-Vth)² | K=μnCox(W/L),注意1/2 | 漏乘 1/2 或 Vth 未減 |
| 3. 輸出迴路 | VDS=VDD-ID×RD | 克希荷夫電壓定律 KVL | 忘記扣電阻壓降 |
| 4. 驗證假設 | VDS ≥ VGS - Vth | 成立則飽和區假設正確 | 未驗證導致答案無效 |
考生常背誦飽和區電流公式卻忽略「驗證步驟」。若計算出的 VDS 小於 VGS-Vth,代表原先飽和區假設錯誤,必須改用三極體區公式重算。本題雖驗證通過,但選項中的干擾值多來自未驗證或錯誤區間之計算結果。