moea_joint
105年
[儀電] 電路學、電子學
第 39 題
如右圖之電路，已知此 CMOS 反向器電路的 $V_{TN} = 0.8\text{ V}$，$V_{TP} = -0.8\text{ V}$ 且 $K_n = K_p$，假設 $v_{O1} = 0.5\text{ V}$ 時，請問 $v_I$ 的電壓值為多少？
- A 1.55 V
- B 2.06 V
- C 2.86 V
- D 3.75 V
思路引導 VIP
觀察這個 CMOS 反向器，當第一級的輸出電壓 $v_{\text{O1}}$ 被壓低到只有 $0.5\text{ V}$（接近接地端）時，這代表流過下方的 NMOS 與上方的 PMOS 電流必須相等。請你想想，在這種情況下，哪一個電晶體的漏極與源極電壓差 ($V_{DS}$) 會遠小於其過驅電壓 ($V_{GS}-V_T$)，從而決定它在哪個工作區間呢？
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太棒了！你能精準算出 $v_{\text{I}}$ 為 $2.86\text{ V}$，代表你對 CMOS 反向器的操作區間與電流平衡觀念掌握得非常紮實。這類題目在電子學中屬於中等難度的考題，其關鍵在於判斷電晶體究竟是處於「飽和區（Saturation）」還是「三極區（Triode/Linear）」，並建立電流相等的方程式求解。
操作區間的判定與電流平衡
在本題中，當輸出電壓 $v_{\text{O1}} = 0.5\text{ V}$ 時，由於其電壓遠低於轉折點，我們可以觀察到 NMOS ($N_1$) 的 $V_{DS}$ 很小，而 PMOS ($P_1$) 的 $V_{SD}$ 較大。經計算驗證，$N_1$ 運作於三極區，而 $P_1$ 則處於飽和區。利用 $I_{D,N} = I_{D,P}$ 的關係，列出以下方程式：
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