112 年 國立中山大學電波聯合碩士班《電子學》
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%)
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
這題考查由「自然模態」判定極點,再由「零傳輸頻率」判定零點,最後組成轉移函數。
對具有實係數的線性系統:
- 極點由自然模態的指數項決定。
- 若在 時零傳輸,則 ,表示 為零點。
- 若在 rad/s 時零傳輸,則 。因系統係數為實數, 也成立,因此零點為 。
- 在 時零傳輸,表示分母階數高於分子階數,即系統為嚴格真有理函數。
解題方法
自然模態為
因此轉移函數的分母由四個極點構成:
將共軛極點成對相乘:
整理得
分子部分:
- 零傳輸:
為零點。
- rad/s 零傳輸:
因此零點為 ,對應因子為
所以分子為
其中 為尚未指定的比例常數。
第 2 題35 分
- (35%) Consider the common-emitter amplifier of Fig. 1 under the following conditions: , , , , , , V. The dc emitter current can be shown to be mA, at which , , 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%)
🖼️【此處有附圖,請對照原卷】
Figure 1. (a) common-emitter amplifier stage; (b) Equivalent circuit for the amplifier of Fig. 1(a) in the low-frequency band.
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題考查共射極放大器的:
- 小訊號參數 、
- 輸入電阻與電壓分壓
- 中頻電壓增益
- 耦合電容 、 與旁路電容 所造成的低頻極點
- 旁路電容所引入的零點
取室溫熱電壓 。
由
得到
以及
(a) 輸入電阻
依題目提示,
其中
且
因此
(b) 中頻增益
在中頻時,、 與 視為短路,因此射極為交流接地。
集極端的等效負載為
由信號源到基極端的電壓衰減為
由於存在基極內部電阻 ,真正加在 上的電壓為
共射極級的輸出增益為
故由信號源 到輸出 的中頻增益為
負號表示共射極放大器具有 相位反相。
若只定義放大器本身的輸入端電壓增益 ,則
(c) 低頻 dB 頻率與 零點
1. 輸入耦合電容
所看到的等效電阻約為
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%)
🖼️【此處有附圖,請對照原卷】
Figure 2.
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
此題考查 NMOS 在飽和區的偏壓設計。由於閘極接地,先利用汲極電流公式求出 ,再由節點電壓計算 與 。
NMOS 飽和區公式為
其中過驅電壓為
解題方法
由題目給定
因此
代入 :
NMOS 導通時取正值,因此
圖中閘極接地,,故
(a) 計算
下端接 ,其兩端電壓為
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%)
+10 V
W
4.7 ΚΩ
4.7 ΚΩ
V
م
V4
47 ΚΩ
WW
21
22
100 ΚΩ
W
V
3
5
4.7 ΚΩ
-10 V
Figure 3.
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
依圖中箭頭, 為 PNP 電晶體。採用矽 BJT 常數壓降模型:
並使用
兩個上方 電阻接至 PNP 的射極;兩個下方 電阻接至共同集極節點 ,其等效電阻為
(a)
此時基極電流為零,因此 與 電阻上皆無電壓降:
由 :
每一支上方電阻的射極電流為
因 ,。共同集極節點的總電流為
因此
(b)
此時 。
對 ,PNP 基極電流由基極流經 電阻至地,因此
且
由射極電阻電流等於射極電流: