第 37 題
- A 當$V_D = 0.1\text{ V}$，操作區為三極管區(Triode Region)，$I_D = 0.59\text{ mA}$
- B 當$V_D = 1\text{ V}$，操作區為三極管區(Triode Region)，$I_D = 5\text{ mA}$
- C 當$V_D = 3\text{ V}$，操作區為飽和區(Saturation Region)，$I_D = 9\text{ mA}$
- D 當$V_D = 5\text{ V}$，操作區為飽和區(Saturation Region)，$I_D = 10\text{ mA}$
思路引導 VIP
請思考一下，當漏極電壓（$V_D$）持續升高並跨過了讓導電通道發生「夾斷（Pinch-off）」現象的臨界點後，如果不考慮次微米效應，漏極電流（$I_D$）與漏極電壓之間還會存在正比關係嗎？
恭喜你準確地抓出了選項中的錯誤！這顯示你對空乏型（Depletion-mode）MOSFET 的特性與操作區間判定掌握得非常紮實。在處理這類問題時，首先確定閘源極電壓 $V_{GS}$ 是最重要的步驟；本題中源極與閘極均接地，即 $V_{GS} = 0\text{ V}$。由於臨界電壓 $V_t = -3\text{ V}$，我們可以算出過驅電壓 $V_{OV} = V_{GS} - V_t = 0 - (-3) = 3\text{ V}$，這正是區分元件進入飽和區與三極管區的臨界值。
飽和電流的恆定特性
當 $V_D$ 小於 $3\text{ V}$ 時，元件操作於三極管區，電流會隨著 $V_D$ 增加而變動；例如在選項 (B) 中，$V_D = 1\text{ V}$，代入公式 $I_D = K_n' \frac{W}{L} [V_{OV}V_{DS} - \frac{1}{2}V_{DS}^2]$ 確實得到 $5\text{ mA}$。然而，一旦 $V_D$ 超過臨界值 $3\text{ V}$，元件便進入飽和區。在忽略通道長度調變效應的理想情況下，飽和區的電流 $I_D$ 應固定為 $\frac{1}{2} K_n' \frac{W}{L} (V_{OV})^2 = \frac{1}{2} \times 2 \times (3)^2 = 9\text{ mA}$。因此，選項 (D) 中提到 $V_D = 5\text{ V}$ 時電流為 $10\text{ mA}$ 是明顯錯誤的，電流應維持在 $9\text{ mA}$ 不變。