解題所需之電路圖請清楚畫在答案紙上，並標明你所使用之符號

應用電子學(I)期末考

中興大學物理系 孫允武

注意事項：

1. 總分 160 分，試題共 6 頁。

2. 選擇題請在附於答案卷第一頁之表格內作答，並在表格上標示處寫上你的名字。

3. 請依題次作答並標明題次。

4. 解題所需之電路圖請清楚畫在答案紙上，並標明你所使用之符號。

5. CLOSE BOOK!!

6. 時間 110 分鐘。

7. 請在答案卷首頁右上角標明試題卷別，否則不予計分。

8. 你可能需要的數據及公式：

( )

n n p kT p

q

I

D p

i p A

n i n D

Q Q N e

L n AqD N

L n

i AqD ^D

S

τ τ

υ − = +











 +

= ^/ 1

2 2

4 4 4 4 3 4

4 4 4 2 1

, for Si, =1.45×10¹⁰ cm^-3

F/cm 10

05 . 1 1

2 1 ₁₂

Si

Si  = × −

 +

= ε ε

D A bi

d q N N

x V

ln 2 i

D A

bi n

N N q

V =kT , kT/q=25.8mV

9. BONUS pspice 作業會上網，due date 1/16 中午 12：00。成績 1/17 11：00AM 交出，逾時不候。

一、 選擇題（請選擇適當的答案，可能不只一個，一題 3 分，共 90 分）：

甲、考慮二 Si pn 接面二極體除摻雜濃度外，其他參數均相同，二者之摻雜情 形如下：

I. N_D=1.4×10¹⁷ cm^-3, N_A=1.4×10¹⁷ cm^-3 II. N_D=1.4×10¹⁷ cm^-3, N_A=1.4×10¹⁹ cm^-3

1. 何者在未加偏壓的情形下何者電容較大：

(A) I (B) II (C) 均相同 (D) 以上皆非 2. 何者之內建電位較大？

(A) I (B) II (C) 均相同 (D) 以上皆非 3. 何者之逆向飽和電流較大？

(A) I (B) II (C) 均相同 (D) 以上皆非 4. 二極體 II 之內建電位為

(A) 0.7V (B) 0.85V (C) 1.4V (D) 0.95V (E) 以上皆非 5. 二極體 II 之空乏區寬度（未加偏壓）約為

(A) 93nm (B) 112nm (C) 50nm (D) 200nm (E) 以上皆非

6. 假設電子與電洞之少數載體生命期均為 10^-8 s。順向偏壓電流為 1mA 時，中 性區儲存的少數載體總數為

(A) 二極體 I 和 II 都是 6.25×10⁷ 個 (B) 二極體 I 是 6.25×10⁷ 個，二極體 II 是 6.25×10⁵ 個(C) 二極體 I 是 6.25×10⁵ 個，二極體 II 是 6.25×10⁷ 個(D) 二 極體 I 和 II 都是 6.25×10⁵ 個

7. 續上題，若二極體的理想因子 n=1，相同偏壓電流時之小訊號電阻為：

(A) 12.5Ω (B) 25.8Ω (C) 2.58Ω (D) 50Ω (E) 以上皆非

8. 續上題，相同偏壓情形下，二極體的擴散電容(diffusion capacitance)約為：

(A) 0.4pF (B) 0.8pF (C) 0.4nF (D) 0.8nF (E) 0.4µF

乙、一二極體在逆向偏壓電壓為 20V 時發生崩潰，

9. 其崩潰之機制為

(A) Zener 崩潰 (B) Avalanche 崩潰 (C) 以上皆是 (D) 以上皆非 10.溫度升高時，其逆向崩潰電壓值

(A) 升高 (B) 降低 (C) 不變 (D) 以上皆非

丙、回答下列有關 pnp 電晶體的問題。

11.當偏壓在順向活性區(forward active)時，基極少數載子的分布比較像哪一圖？

(A) (B) (C)

(D) (E)

12.何者是在截止(cut off)狀態？

13.假如定義流出集極的電流方向為正，上面哪些分布所對應的集極電流為正？

14.兩電晶體除基極寬度外，其他參數如摻雜濃度均相同，則基極寬度較寬者較 基極寬度較窄者

(A)有較大的α (B)有較小的β (C)有較大的τtr

(D)有較大的 V_A (Early Voltage) (E)以上皆非

15.下列每一選項中有三個數字，分別代表 pnp 電晶體 E、B 及 C 三極的電壓(以 伏特為單位)，哪幾組是在順向活性區？

(A) 0, -0.68, -10 (B) 3, 5, -10 (C) 5, 5.7, 5.7 (D) 0, -0.71, 0.5 (E) 5, 4.3, 0 16.偏壓在順向活性區時，在集極中性區中之電流主要是：

(A) 電子擴散電流 (B) 電子漂移電流 (C) 電洞擴散電流 (D) 電洞漂移電流 (E) 以上皆非

17.假設射極注入效率為 1，τtr=20 ns，τB=2 us，下列何者正確？

(A) α=0.9 (B) β=100 (C) α=0.99 (D) β=1000 (E) 以上皆非

18.某一電晶體在順向活性區時，集極電流為 940 µA, 基極電流為 7.5 µA，他的α 為：

(A) 0.92 (B) 0.82 (C) 0.992 (D) 0.998 (E) 以上皆非 19.若某電晶體β=200，當α變化 0.1%時，β變化約

(A) 0.1% (B) 2% (C) 20% (D) 10%

20.當一 BJT 在飽和區時，當βforced（即 I_C/I_B）愈小時，CE 之間之電位差大小 (A) 愈大 (B)愈小 (C)不變

21.若電洞在基極的擴散長度約為20µm，則下列何者是合理的基極寬度（或厚 度）？

(A) 2µm (B) 30µm (C) 200µm (D) 2000µm (E) 0.002µm E B C

p

E B C p

E B C p

E B C p

E B C p

丁、、右圖電路是 PSPICE 作業中模擬過的電路。

22.這個電路的名稱或功用是

(A) 截波器 (B) 倍頻器 (C) 反相器 (D) 嵌位器 (E) 倍壓器

23.Vi 輸入一弦波訊號，振幅為 10V，經過一 長時間，Vo 為

(A) 振幅為 10V 之弦波訊號 (B) 振幅為 9.3V 之弦波訊號 (C) 9.3V 之直流訊號

(D) 18.6V 之直流訊號 (E) 振幅為 18.6V 之弦波訊號

戊、右圖是 PSPICE 作業中利用 LC 共振電 路觀察二極體在逆向偏壓改變時共振頻率 的變化

24.當 V1 愈大（正的）時，共振頻率

(A) 不變 (B) 變大 (C) 變小 (D) 不一定 25.C1 的功用是

(A) 控制共振頻率 (B) 使交流訊號能夠 通過 (C) 溫度補償 (D) 阻隔直流訊號

己、用下圖中之訊號輸入右圖電路，

二極體的啟動電壓將之忽略，

(A) (B) (C) (D) (E)

26.電路 I 之輸出波形為何？

27.電路 II 之輸出波形為何？

庚、回答下面有關二極體的問題

28.pn 二極體可以用做太陽電池，當他在提供電流給一個電阻時，他的 pn 接面是 (A) 順向偏壓 (B) 逆向偏壓 (C) 沒有偏壓 (D) 不一定 (E) 以上皆非

29.一般二極體在順向偏壓時，電子電洞主要在哪些區域復合？

I_D1 I_D2

（I） （II）

10V -10V

20V 0V

18V -2V

0V -20V

0V -10V

(D) 靠近空乏區之 p 型中性區內 (E) 靠近歐姆接點處。

30.下面哪一種發光二極體的導通電壓最大

(A) 紅外光二極體 (B) 紅光二極體 (C) 黃光二極體 (D) 藍光二極體

二、 簡答題及計算題（60 分，簡答請簡短作答，計算題請詳列步驟）：

1.簡答題(20 分)

(a) 畫出一個 pnp 電晶體的 Ebers-Moll 模型，並註明參數。

(b) 畫出一個 npn 電晶體在順向活性區及飽和區的簡易直流模型，並註明電流方 向，及偏壓的要求。

(c) 為什麼蕭基二極體通常較 pn 接面二極體快速？

(d) 簡單說明 pin 二極體光偵測器的原理。

(e) A single measurement indicates the emitter voltage of the transistor in the circuit of the right figure to be 1.0V. Under the assumption that |V_BE|=0.7V, what are V_B, I_B, I_E, I_C, V_C,β, and α?

2. (15 分)下圖為一未經穩壓之直流電源（unregulated DC voltage source），其中包 括變壓器、整流器、濾波電容 C 以及負載電阻 R_L。變壓器的輸出電壓為

?_S=20sin(2πft) 伏特，f=60Hz。各二極體之 Vγ=0.7V，r_f=0。

(1)試在同一時間軸上畫出 ?_O及 i_D1之穩態波形（請畫兩個週期）；

(2)計算輸出電壓之漣波電壓 V_r(ripple voltage)大小以及通過 D₁ 之最大電流 i_D1MAX。

3. (8 分)畫出下面電路之轉換特性曲線（詳列過程）。二極體之 V_γ為 0.7V，r_f=0。

(a) (b)

10kΩ 500µF C R_L D₁

+

-

?_S ?_o

4. (8 分)

Measurements on the circuits of Fig. P4 produce labeled voltages as indicated. Find the value of b for each transistor.

Fig. P4

5. (9 分)

Determine all node voltages and branch currents of the circuit in the figure for (a) V_B =4V, (b) V_B =6V. Assume that β = 100.

V_B