地特四等申論題
107年
[電力工程] 電子學概要
第 一 題
📖 題組：
五、如圖五所示為電阻負載式反相器電路，其中 R=1 kΩ、VDD=5.0 V、輸出低電壓準位 VOL=0.6 V。而其中增強型（enhancement-type）nMOS 電晶體有著下列的參數：VT0=1.0 V、γ =0.2 V1/2、λ=0、μnCox=22.0 μA/V2。試求：（每小題 10 分，共 20 分） (一)電晶體所需要的幾何比值（aspect ratio）W/L。 (二)輸入低電壓準位 VIL及輸入高電壓準位 VIH。
五、如圖五所示為電阻負載式反相器電路，其中 R=1 kΩ、VDD=5.0 V、輸出低電壓準位 VOL=0.6 V。而其中增強型（enhancement-type）nMOS 電晶體有著下列的參數：VT0=1.0 V、γ =0.2 V1/2、λ=0、μnCox=22.0 μA/V2。試求：（每小題 10 分，共 20 分） (一)電晶體所需要的幾何比值（aspect ratio）W/L。 (二)輸入低電壓準位 VIL及輸入高電壓準位 VIH。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
電晶體所需要的幾何比值（aspect ratio）W/L。
思路引導 VIP
本題測驗反相器的直流轉移特性與MOSFET的大訊號模型。解題關鍵在於先確認輸出低電壓 $V_{OL}$ 發生在輸入為高電壓 $V_{OH}$ 時。算出此時流經負載電阻的汲極電流 $I_D$，再透過 $V_{DS}$ 與 $V_{GS}-V_T$ 的大小關係判斷電晶體操作於三極區，代入對應的電流公式即可反推 $W/L$。
小題 (二)
輸入低電壓準位 VIL及輸入高電壓準位 VIH。
思路引導 VIP
看到求 $V_{IL}$ 和 $V_{IH}$，考生應立即聯想反相器電壓轉換特性（VTC）定義：$\frac{dv_o}{dv_i} = -1$。判斷 MOSFET 於 $V_{IL}$ 時在飽和區、於 $V_{IH}$ 時在三極體區，分別代入電流公式並對 $v_i$ 微分求解。同時需注意源極接地無體效應，因此 $\gamma$ 為干擾項。