五等-電子工程電子學大意104 年第 30 題單選題
如圖所示之電路,其電晶體參數:μnCox(W/L)=0.5 mA/V2,VTN=0.8 V;假如 vI=5 V,ϕ=4 V,求準穩態(quasi steady-state)輸出電壓 vO 為何?
D正確答案
NMOS傳輸管電路,閘極接φ=4V,汲極接vI=5V,源極接輸出vO。準穩態下,輸出電壓由閘極電壓與臨界電壓決定,vO = φ - VTN = 3.2V。
為什麼答案是 D
準穩態(quasi steady-state)時,NMOS剛好截止,即VGS = VTN。由電路結構可知,閘極接φ=4V,源極接vO,故VGS = φ - vO = 4 - vO。代入截止條件:4 - vO = 0.8,解得 vO = 3.2V。
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完整詳解
Pro · 無限重點 NMOS傳輸管電路,閘極接φ=4V,汲極接vI=5V,源極接輸出vO。準穩態下,輸出電壓由閘極電壓與臨界電壓決定,vO = φ - VTN = 3.2V。
準穩態時,NMOS傳輸管對輸出電容充電至截止邊界。此時VGS = VTN,即 φ - vO = VTN,解得 vO = φ - VTN = 4 - 0.8 = 3.2V。
逐選項分析
A✕ 陷阱
vO=5V表示輸出等於汲極輸入,只有在無臨界電壓損失的情況才可能,但NMOS傳輸管必然有VGS壓降,故不可能達到vI=5V。
B✕ 陷阱
vO=4V等於φ,表示輸出等於閘極電壓,此時VGS=φ-vO=4-4=0V,無法導通。實際上準穩態充電後vO會低於此值,需更細緻分析。
C✕
4.2V接近4V,計算上並不對應正確的準穩態條件。在準穩態時MOS管處於截止邊界,正確VGS=VTN關係給出的vO不等於4.2V。
D✓ 正確
準穩態(quasi steady-state)時,NMOS剛好截止,即VGS = VTN。由電路結構可知,閘極接φ=4V,源極接vO,故VGS = φ - vO = 4 - vO。代入截止條件:4 - vO = 0.8,解得 vO = 3.2V。
NMOS傳輸管準穩態分析
| 條件 | 關係式 | 數值 |
|---|
| 電晶體參數 | ½μnCox(W/L) | 0.5 mA/V² |
| 臨界電壓 | VTN | 0.8 V |
| 輸入電壓 | vI | 5 V |
| φ節點電壓 | φ(接閘極) | 4 V |
| VGS(導通時) | φ - vO | 4 - 3.2 = 0.8V = VTN ✓ |
| 準穩態截止條件 | vO = φ - VTN | 4 - 0.8 = 3.2 V |
| 正解 | vO | 3.2 V |
本電路φ節點接的是MOS的源極下方,而vO是從漏極端取出(圖中右側節點接CL=1pF)。準穩態時CL充電至穩定,此時MOS截止邊界為VGS=VTN,由φ與vO的電位關係得vO = φ - VTN = 3.2V。許多考生誤以為vO = vI - VTN = 4.2V(忽略φ節點作用),或誤以為vO直接等於φ=4V。