普考申論題
110年
[電力工程] 電子學概要
第 一 題
📖 題組：
下圖電路 VDD = 5 V，I = 1 mA，RD1 = RD2 = 2 kΩ。電晶體參數：Vtp = 0.8 V，kp’(W/L)= 4 mA/V2，忽略通道調變效應。
下圖電路 VDD = 5 V，I = 1 mA，RD1 = RD2 = 2 kΩ。電晶體參數：Vtp = 0.8 V，kp’(W/L)= 4 mA/V2，忽略通道調變效應。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
當 vG1 = vG2 = 1 V，求算 vS。（8 分）
思路引導 VIP
這是一道 PMOS 差動放大器的直流偏壓分析題。首先判斷電路對稱性：因為兩端閘極電壓相同、負載電阻也相同，可推斷這是平衡狀態，尾電流 I 會平分給兩顆電晶體。接著利用 PMOS 飽和區電流公式（因為這類放大器預設操作在飽和區），代入一半的電流值解出 VSG，最後再透過已知的 vG 推算出 vS。
小題 (二)
假設電流源 I 所需最小跨壓為 0.8 V，求算此電路之輸入電壓共模範圍（input command-mode range）。（12 分）
思路引導 VIP
共模輸入範圍（ICMR）的考點在於「找出讓所有相關電晶體都能維持在飽和區」的輸入電壓極限。分析順序分兩頭：1. 最高共模電壓（VCM_max）：受限於差動對 M1/M2 必須維持飽和（VSG - |Vtp| <= VSD，即 VD <= VG + |Vtp|）。2. 最低共模電壓（VCM_min）：受限於頂部的電流源必須維持正常運作，即電流源跨壓不能低於題目給定的 0.8 V。逐步列出不等式求解即可。注意題目英文原文 "command-mode" 應為 "common-mode" 的筆誤。