112 年 國立中山大學通訊工程研究所乙組《電子學》
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第 1 題15 分
- (15%) A fourth-order filter has zero transmission at , rad/s, and at . The natural modes are and . Find the transfer function . (Hint: The natural modes are the time functions corresponding to the poles.) (15%)
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有限傳輸零點為
故分子為
自然模態即極點:
因此分母為
第 2 題35 分
- (35%) Consider the common-emitter amplifier of Fig. 1 under the following conditions: k, k, k, k, k, k, V. The dc emitter current can be shown to be mA, at which , k, and .
(a) Find the input resistance, . (Hint: ) (10%)
(b) Find the midband gain, . (10%)
(c) For and , estimate the low-frequency 3-dB frequency. Also find the frequency of the zero introduced by . (15%)
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Figure 1. (a) common-emitter amplifier stage; (b) Equivalent circuit for the amplifier of Fig. 1(a) in the low-frequency band.
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核心觀念
本題考查共射極放大器的:
- 小訊號參數 、
- 輸入電阻與電壓增益
- 中頻增益的輸入分壓與輸出負載效應
- 耦合電容 、 與旁路電容 所造成的低頻極點
- 所引入的零點
取 ,且
因此
(a) 輸入電阻
依題目提示,
先計算:
所以
(b) 中頻增益
中頻時,、 與 視為短路,因此射極為交流接地。
輸出端等效負載為
其中各電阻單位皆為 。
由於晶體管內部有 ,基極小訊號電壓中真正加在 上的部分為
此外,訊號源與輸入電阻形成分壓:
因此整體中頻電壓增益為
代入數值:
負號表示共射極放大器輸出與輸入反相。
(c) 低頻 dB 頻率與 零點
由輸入耦合電容 造成的極點
將訊號源置零後, 所看到的等效電阻為
因此
第 3 題20 分
- (20%) Design the circuit of Fig. 2 so that the transistor operates at mA and V. The NMOS transistor has V, , , and . Neglect the channel-length modulation effect (i.e., assume that ).
(a) Find . (10%)
(b) Find . (10%)
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Figure 2.
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核心觀念
本題考查 NMOS 在飽和區的偏壓設計。因為 ,使用:
且需確認飽和區條件:
電路中閘極接地,因此 。
解題方法
先由已知汲極電流求過驅電壓 ,再求源極電壓與 ;最後由汲極電壓求 。
(a) 求
已知:
因此:
代入飽和區電流公式:
所以:
第 4 題30 分
- (30%) For the circuit shown in Fig. 3, find the values of the labeled node voltages for:
(a) . (15%)
(b) . (15%)
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Figure 3.
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核心觀念
本題為匹配 NPN 差動對,兩個射極共接於 ,且經 電阻接至 。採用:
- 電阻電壓關係:
由於兩顆電晶體匹配且射極相接,因此
(a)
此時基極電流為零,因此 與 電阻沒有電流:
射極電壓為
流過射極電阻的總電流為
兩顆電晶體基極電壓相同,因此電流平均分配:
兩個集極電壓:
(b)
由於兩個基極電壓相同,令
基極電流為
射極電壓為
射極總電流也可由射極電阻表示: