可以使用掌上型計算機

應用電子學（II）期末考試題

2000/6/22 10:00AM

注意事項：

1. 總分 160 分，考試時間 110 分鐘。

2. 在答案紙封面註明姓名、學號，否則不予計分。

3. 可以使用掌上型計算機。

4. 不可使用試題卷與答案卷外之計算紙。

5. 選擇題請先畫好如下答案表格後再做答。

題次 答案 1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 6. MOSFET 之公式：

ID=k(VGS-VT)²/2; ID=k(VGS-VT-VDS/2)VDS。k=(W/L)Cox'µ。

7. 下列為常見基本放大器的特性表，你不需推導，可直接使用：

種類 Av Ai Rin Rout

CE -g_mR_L -β r_π r_o

CB g_mR_L α

+1

= β^π

r_e r r_o[1+g_m(R_i//r_π)]

CC

β π

β

r R

R

L L

+ +

+ ) 1 (

) 1

( β+1 r_π+(β+1)RL

+1 + β ^π

r R_i

CS -gmRL −∞ ∞ ro

CG g_mR_L 1 1/g_m r_o[1+g_mR_i] CD

L m

L m

R g

R g + 1

∞ ∞ 1/g_m

8. 右圖電路 _o

TH E

E E

TH

out r

r R R R R

r R

R 



+ + +

+ +

=( _π)// 1 β

一、 選擇題（可能有一個以上之正確答案。共 10 題，一題 4 分，共 40 分）

1. 下列何者為負回授對放大器的影響？

(A) 放大率減小 (B) 降低放大率對電路元件參數的靈敏度 (C) 減小頻寬 (D) 減小放大器之非線性失真 (E) 輸入阻抗一定增加。

2. 右圖為一有一理想回授網路的電壓放大器，沒 有回授時放大器的參數如下：R_i=50 kΩ，R_o=60 Ω，中頻的 A=10⁵，高頻 3dB 點在 100Hz。若 β=0.1，則包含回授的放大器

(A) 中頻放大率 A_f=10 (B) 中頻放大率 A_f=10⁴ (C) 輸入阻抗 R_if=500 MΩ (D) 輸入阻抗 R_if=5 Ω (E) 輸出阻抗 R_o=600 kΩ。

3. 續上題，包含回授的放大器頻寬為

(A) 100Hz (B) 10⁷ Hz (C) 10⁶Hz (D) 0.01Hz (E)以上皆非。

4. 續上題，這裡所使用的回授形式為：

(A) current-shunt； (B) current-series； (C) voltage-shunt； (D) voltage-series；

(E)以上皆非。

下一頁附有 uA741 運算放大器之電路示意圖，各電晶體之β假設為 250，請回 答 5~10 題

5. 有關圖中標示之 A、B、C、D 及 E 部分電路之描述何者正確？

(A) A 部分為輸入差動放大器；

(B) B 部分是電壓增益級；

(C) C 部分為一 A 類功率輸出級；

(D) D 為各級之偏壓電流源；

(E) E 部分為電流放大器。

6. 假如外加直流電源為±15V，則 IREF=

(A) 1.3MΩ (B) 0.65MΩ (C) 0.33MΩ (D) 2.7MΩ (E) 以上皆非。

9. 續上題，此運算放大器之輸入偏壓電流為

(A) 9.3µA (B) 74nA (C) 37nA(D) 18.5µA (E) 以上皆非。

10. 假如輸入級 A 的增益為-600，B 部分之增益為-400，此放大器之增益為 (A) 55dB (B) 108dB (C) 52dB (D) 120dB (E) 以上皆非。

二、 簡答、計算及設計題：（共 120 分）

1. (20 分)uA741 之小訊號模型如下圖，其中 GM₁=0.19mA/V，GM₂=6.43mA/V，

A

B C

D

V_BB

E

R_out1=7.03MΩ，Rin2=5.67MΩ，Rout2=63.9kΩ，Rin3=3.84MΩ。

(a)請利用米勒效應計算高頻 3dB 點ωH及 f_τ (unit-gain frequency)。(可利用選 擇題所給的資訊)

(b)假如 slew rate 為 0.5V/ms，要求最大的輸出訊號峰值要為 10V，則全功率 頻寬(full power band width，FPBW)有多大？

2. (30 分)Cascode Amplifier

(a) 列出 cascode amp. 的兩個優點？(6 分)

(b) 右 圖為 一 cascode 放 大 器 ， 電 晶 體 參 數 ： β=200 ， VBE(on)=0.7V ， V_A=∞ ， C_π=35pF ， C_µ=4pF。電路之元件參數：V⁺=10V，V^-=-10V，

R_S=0.1kΩ ， R₁=42.5kΩ ， R₂= 20.5kΩ ， R₃=28.3kΩ，RE=5.4kΩ，RC=5kΩ，RL=10kΩ，

C_L=0。(i) 忽略基極電流，估計 Q₁及 Q₂之集 極電流，以及小訊號參數 r_π及 g_m。(6 分)

(ii) 畫出此放大器之高頻小訊號模型。(6 分) (iii) 計算此電路之 midrange gain，以及高頻 3dB 點 f_H。(12 分)

3. (35 分)MOSFET 差動放大器

電路中 V_DD=15V，R_D=36.4kΩ，MOSFET 之參數：

k=1.8mA/V², V_t=0.9V, V_A=50V。

M₃的偏壓電流為 0.45mA。放大器為雙端輸出。

(a)當 a,b 均接地時，計算 M₁,M₂源極的直流偏壓 及 M₃的 V_GS。(4 分)

(b)計算 M₁,M₂及 M₃的小訊號參數 g_m及 r_o。(6 分) (c)分別畫出此差動放大器之純差模及純共模小訊 號等效電路。(6 分)

(d)計算差模增益、共模增益、輸出阻抗及 CMRRdB(double-ended)。(12 分)

(e)計算可容許共模輸入之範圍。(7 分)

5. （15 分）右圖電路中電晶體參數為：

g_m=0.8mA/V, C_gs=2pF, C_gd=3pF。

R_L=10kΩ。

(a)畫出此電路之高頻小訊號模型。(3 分) (b)利用 current transformation 說明此電 路有兩個獨立之高頻極點。(3 分) (c)計算這兩個高頻極點頻率。(6 分)

(d)此電路之上升時間(rising time)和負載 R_L有關嗎？為什麼？(3 分)

6. (10 分) (a)畫出

) 500 (

) 10 ( ) 10 (

4

+

= + s s s

A 之 Bode amplitude plot。(5 分) (b)寫出有如下 Bode plot 之 A(s)。(5 分)