應用電子學（II）期末考
應用電子學（ΙΙ）期末考試題
2016/01/14 3:10PΜ
姓名: 學號: 組別:
注意事項：
1. 總分180分，考試時間110分鐘。試題要寫姓名、學號，並繳回。
2. 在答案紙封面註明姓名、學號，否則不予計分。
3. OPEN BOOK!! 可以使用沒有通訊功能的掌上型計算機。
4. MOSFET 之公式：
ID=(W/L)Cox'µ(VGS-VTH)2/2; Cox'µ=k' (KP)。
gm= (W/L)Cox'µ(VGS-VTH)= kVOV =2ID/VOV
5. for BJT, gmrπ=β，re ~1/gm, gm = IC/VT, VT=26 mV, ro = VA/IC
6. 右圖電路 o
TH E
E E
TH
out r
r R R R R
r R
R
+ + +
+ +
=
π
π)// 1 β
(
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應用電子學（II）期末考
電晶體參數:如未特別指定請用下列參數
NPN IS=2E-15A |VA|=40 β=200 Cπ=36pF Cµ=4pF PNP IS=1E-15A |VA|=30 β=100 Cπ=30pF Cµ=4pF
NMOS/PMOS 用下列 L=0.8 um 製程的參數(除非題目另給):
KP(NMOS) = 150 uA/V2, KP(PMOS) = 75 uA/V2, λ(NMOS)= 0.04V-1, λ(PMOS)=
0.05V-1, |VTH(NMOS)|= |VTH(PMOS)|=0.5V
1.(25)設計一個基本的 npn BJT 差動放大器，差動電晶體對的集極以電阻為負載，
以 0.5mA 的基本電流鏡提供射極偏壓電流，單端的開路輸出增益大小要求為 30(無輸出負載時)，給定的電壓源為±5V。請畫出電路圖，包含電流鏡的設計。
計算出此放大器的共模輸入訊號範圍(各 VCE的 min 設為 VBE)、差模輸入電阻、
輸出阻抗、共模增益(要先算電流鏡的輸出阻抗)、及 CMRRdB。
2.(35)(a)如右圖之放大器，要求電 晶體的 IC為 1mA，電壓增益(υo/υs) 大約為-40。此外，RL=2kΩ、Rs
=75Ω、VCC =9V。另外假定 VB=4V，
通過 R1的電流約為 IB的十倍。找 出 R1、R2、RC、RE。
[Note:建議先由 gm、RL估算 RC； 注意這裡 RS很小。]
(b)我們希望此放大器的低頻 3dB 點大約在 20Hz，設計適當的 CC1、CC2和 CE。 (CC1、CC2和 CE取相同的值)
(c)估算此放大器的高頻 3dB 頻率。(畫出高頻小訊號模型，並使用 Miller’s approx.)
3.(40) Two-stage CMOS op-amp
下頁電路是在作業中做過的。各電晶體的尺寸如下:
Transistor Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
W/L(µm/µm) 20/0.8 20/0.8 5/0.8 5/0.8 40/0.8 10/0.8 40/0.8 40/0.8 VDD = VSS = 3V, IREF = 120 µA
I.放大器特性的估計
(a)先判定各電晶體的功能。把各級及電流源偏壓電路個別框出來。
(b)估計所有電晶體的 ID, |VOV|(|VGS-VTH|), |VGS|, gm, 及 ro。(列表)
(c)將輸入級和輸出級小訊號模型簡化成電壓控制電流源電路，包含他的輸出阻 抗。估算各級增益和總增益。
(d)估算輸入共模訊號可接受的範圍，及輸出電壓的範圍。
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應用電子學（II）期末考
II.用”Miller’s effect”估算”補 償電容”CC的影響。假如我們 要求此高頻 3dB 頻率在 100Hz，CC應該為多大?
4.(15)解釋何謂 cascode configuration?有何好處?為什麼?(以 BJT 電晶體當作說明 例)
5.(25)(a)請設計出放大器 所需要的電流源。
(b)下圖電路是作業中分 析過的電路，假如主要極 點要設計在 100Hz，請問 CC應該為多大? RL=75Ω
。先算出第二級增益。(注 意:計算第二級放大率時 要考慮 1mA 電流源的輸 出阻抗)
6. (20) For each of the differential amplifier module, plot the half circuit for the differential-mode signal input and calculate the differential gain for double-ended output.
(a) (λ=0) (b)
100uA 100uA
0.4mA
W/L=10/0.8 10 kΩ
1 kΩ
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7 (20) A common-gate amplifier has the parameters:
(a) Plot the high-frequency small signal model.
(Regroup the capacitors in parallel for analysis.) (b) Calculate the midrange gain.
(c) Estimate the high-frequency 3dB point.
(
Ω)
= = Ω=
=
=
=
= Ω
=
−, 0, 2k
120
, fF 80 ,
fF 60 ,
fF 240 ,
150
1
D m
SB DB GD
GS S
R g
C C C
C R
λ
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