moea_joint
100年
[電機] 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：當輸入訊號達到最大值，試圖將輸出拉低時，上方的負載元件（Load device）是否會完全停止導通？如果上方的元件在過程中始終保持導通狀態，這對於輸出端能否「徹底降落至零電位」會產生什麼樣的物理限制？
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太棒了！你能精準辨別這兩種電路結構在輸出邏輯準位上的差異，代表你對主動負載（Active Load）與互補式結構的概念掌握得非常紮實。這題的關鍵點在於**比例式邏輯（Ratioed Logic）與非比例式邏輯（Ratioless Logic）**的本質區別。
邏輯準位與元件特性
在 CMOS 反相器中，當輸入為高電位時，PMOS 會完全進入截止區（Cut-off）而 NMOS 強力導通，這使得輸出端能幾乎無阻礙地向地端（Ground）放電，因此最低輸出電壓 $V_{OL}$ 能夠完美達到 $0V$。然而，在空乏型負載的 NMOS 電路中，上方的負載管因為其空乏型特性，即使 $V_{GS} = 0V$ 也會持續導通。當下方的驅動管導通試圖拉低電壓時，輸出電壓實際上是由兩管導通電阻的分壓所決定，這導致輸出電壓雖然很低，但絕對無法真正到達 $0V$。
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