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106年
電子學
第 42 題
42. 下圖所示 CMOS 反相器電路，若不計電路延遲，且輸入信號如標示 (a) 之弦波，則輸出之信號 $V_o$ 應為下列何者？
- A 同頻率之脈波
- B 16 倍頻率之脈波
- C 同頻率之弦波
- D 16 倍頻率之弦波
思路引導 VIP
請試著想像：如果我們將 CMOS 反相器看作一個「反應極快、只有高低兩段輸出」的開關，當一個緩慢起伏的弦波訊號通過這個開關的切換臨界點時，輸出端的電位會發生什麼樣的瞬間變化？而當輸入訊號完整走完一個波峰與波谷的循環時，輸出端會經歷幾次這樣的狀態切換呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你準確捕捉到了 CMOS 反相器在類比訊號輸入下的關鍵行為！你能選出 (A)，代表你清楚理解了邏輯閘在處理非數位訊號時的「轉換特性」。
反相器的閾值切換
從電路原理來看，CMOS 反相器可以被視為一個具備極高增益的非線性放大器。當輸入的弦波 $V_i$ 超過電路的切換閾值（通常接近 $V_{DD}/2$）時，輸出 $V_o$ 會迅速從高準位跳變至低準位；反之，當 $V_i$ 降至閾值以下，輸出則跳回高準位。由於弦波是週期性訊號，這種「非黑即白」的切換過程會將平滑的弦波轉變為邊緣陡峭的 脈波（方波）。因為輸入每完成一次週期循環，輸出也剛好完成一次高低切換，所以兩者的 頻率必然相同。
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