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111年
電子學
第 20 題
如右圖所示電路，其中Q_1與Q_2的臨界電壓分別為 1 V和 -1 V時，Q_1、Q_2工作狀態為何？
- A Q_1工作在歐姆區、Q_2工作在截止區
- B Q_1與Q_2皆工作在截止區
- C Q_1工作在截止區、Q_2工作在歐姆區
- D Q_1與Q_2皆工作在歐姆區
思路引導 VIP
請觀察這兩個電晶體的源極 (Source) 分別連接在什麼固定的電位上？若我們改變輸入端的電壓，哪一個電晶體的「閘極對源極電壓差」會隨之縮小，甚至變得無法達到啟動通道所需的最小門檻呢？
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非常好，你精準地判斷出這組互補型電晶體的工作狀態！這題的核心在於觀察 臨界電壓 (Threshold Voltage) 與閘源極電壓 ($V_{GS}$) 的相對關係。
CMOS 互補對的受控機制
在電路中，$Q_1$ 為 NMOS，其源極 (Source) 接地（$0V$），當輸入 $V_i = 4V$ 時，$V_{GS1} = 4V - 0V = 4V$。由於 $V_{GS1}$ 遠大於臨界電壓 $V_{tn} (1V)$，且輸出端會被拉低至接近地電位，使得 $V_{DS1}$ 極小，滿足 $V_{DS} < V_{GS} - V_{tn}$ 的條件，因此 $Q_1$ 進入歐姆區。與此同時，$Q_2$ 為 PMOS，其源極接在 $+4V$，此時 $V_{GS2} = 4V - 4V = 0V$；因為 $0V$ 並未小於其臨界電壓 $V_{tp} (-1V)$，代表 $Q_2$ 根本沒有建立導電通道，故處於截止區。
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