五等-電子工程電子學大意106 年第 28 題單選題
如圖為 MOS 電晶體操作於飽和模式(Saturation mode)之 π 型小訊號等效電路,其中參數轉導 gm 與汲極電流 ID 的關係約為:
Agm 正比於 1/ID
Dgm 正比於 ID
C正確答案
MOSFET飽和區轉導gm = √(2μnCox·W/L·ID),gm正比於√ID,選C。
為什麼答案是 C
飽和區ID = (1/2)μnCox(W/L)(VGS−Vth)²,對VGS微分得gm = μnCox(W/L)(VGS−Vth) = √(2μnCox(W/L)·ID),故gm ∝ √ID。
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完整詳解
Pro · 無限重點 MOSFET飽和區轉導gm = √(2μnCox·W/L·ID),gm正比於√ID,選C。
記公式:gm = √(2·K·ID),其中K=μnCox(W/L)為常數,故gm ∝ √ID,直接選C。
逐選項分析
A✕ 陷阱
gm與ID成反比關係不成立;飽和區ID越大,gm越大而非越小,此為反向誤解。
B✕ 陷阱
1/√ID為遞減關係,與飽和區gm隨ID增大而增大的物理行為相反,此選項錯誤。
C✓ 正確
飽和區ID = (1/2)μnCox(W/L)(VGS−Vth)²,對VGS微分得gm = μnCox(W/L)(VGS−Vth) = √(2μnCox(W/L)·ID),故gm ∝ √ID。
D✕
gm與ID成線性正比關係是BJT(gm=IC/VT)的特性,MOSFET飽和區為平方律元件,gm∝√ID而非∝ID。
MOSFET飽和區關鍵小訊號參數公式
| 參數 | 公式 | 正比關係 |
|---|
| 汲極電流 ID | (1/2)μnCox(W/L)(VGS−Vth)² | ∝ (VGS−Vth)² |
| 轉導 gm | μnCox(W/L)(VGS−Vth) = √(2μnCox·W/L·ID) | ∝ √ID 或 ∝ (VGS−Vth) |
| 輸出電阻 ro | 1/(λID) ≈ VA/ID | ∝ 1/ID |
選項B「1/√ID」最容易被混淆:考生有時誤記gm與過驅動電壓(VGS−Vth)的關係,再錯誤換算成ID的關係。關鍵:gm = √(2K·ID),對ID開根號是正號(遞增),非倒數關係。另外選項D是BJT的gm∝IC特性,切勿套用到MOSFET。