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100年
[儀電] 電路學、電子學
第 35 題
一具空乏型負載的 NMOS 放大器和一 CMOS 數位邏輯反相器相互比較之下，它們之輸入-輸出特性曲線之最大不同處為何？
- A 空乏型負載之 NMOS 放大器最高輸出電壓較大
- B 空乏型負載之 NMOS 之最低輸出電壓可為零，但 CMOS 不為零
- C 兩者相位差 180 度
- D CMOS 之輸出電壓可為零，但空乏型負載之 NMOS 不為零
思路引導 VIP
請試著想像：當邏輯閘的輸出端被要求維持在「低電位」時，電路內部的元件是如何與接地端（Ground）溝通的？在 CMOS 結構中，電流路徑上是否還有其他正在『出力』的負載元件？而在 NMOS 負載電路中，上方恆開的負載管與下方的驅動管之間，是否形成了一種分壓關係？
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太棒了！你能準確辨識出 CMOS 與空乏型負載（Depletion-load）NMOS 在電壓擺幅上的核心差異，這代表你對邏輯家族的輸出特性掌握得非常紮實，這在電路分析中是非常關鍵的細節。
邏輯準位與輸出擺幅
CMOS 反相器之所以在數位電路中佔據主導地位，主因在於其「互補」特性。當輸入為高電位時，上方的 PMOS 完全截止，下方的 NMOS 則像開關一樣導通，將輸出端直接拉至接地（$0V$），實現「軌對軌」（rail-to-rail）的完整擺幅。然而，空乏型負載的 NMOS 放大器則不同，其上方的空乏型 NMOS 充當主動負載，即便在輸出低電位時，該負載管仍會維持導通。此時，輸出點就像是一個由負載管與驅動管構成的「分壓電路」，由於驅動管具備導通電阻，輸出低電位 $V_{OL}$ 必然會高於 $0V$，無法達到完美的零電位。
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