115 初等考試五等 電子工程 電子學大意 考古題詳解

核心觀念

正弦波的相位必須在相同三角函數形式下比較。常用轉換公式為

因此，若兩交流電壓皆表示為餘弦形式：

其中 $\phi$ 即為相位角，兩電壓的相位差為兩相位角的差值。

解題方法

題目給定

故 $v_1$ 的相位角為

第二個電壓為

利用

可改寫為

因此

所以 $v_2$ 的相位角為

兩電壓的相位差為

因此兩電壓相差 $58^\circ$。

選項分析

核心觀念

本題考查 $p$-$n$ 接面空乏層中的空間電荷計算。

在空乏近似下，空乏層內的自由載子被排除，只剩固定的離化雜質離子，因此某一側空乏層電荷量的大小為

或

其中：

• $q=1.6\times10^{-19}\ \mathrm{C}$：基本電荷量
• $N_A,N_D$：摻雜濃度
• $A$：接面面積
• $X_p,X_n$：空乏層在 $p$ 側、$n$ 側的厚度

由於本題 $p$ 型與 $n$ 型摻雜濃度相同，兩側空乏層厚度相等。

解題方法

已知總空間電荷層厚度為

因為

所以空乏層平均分布於兩側：

單位換算：

接面面積為

由於

因此

某一側空乏層的體積為

該側固定離子數量為

因此空乏層電荷量大小為

核心觀念

本題考查半導體的摻雜分類，以及本質半導體中的載子濃度關係。

• 純矽未加入雜質時，稱為本質半導體（intrinsic semiconductor）。
• 純矽中因熱能產生電子—電洞對，電子與電洞會成對產生，因此在熱平衡狀態下：

其中：

• $n$：自由電子濃度
• $p$：電洞濃度
• $n_i$：本質載子濃度

摻入不同價電子數的雜質，則可形成不同型態的半導體：

• 五價雜質提供額外電子，稱為施體元素（donor），形成 $N$ 型半導體。
• 三價雜質容易接受電子，形成電洞，稱為受體元素（acceptor），形成 $P$ 型半導體。

解題方法

直接依據各類半導體的定義判斷：

1. 先辨認五價雜質屬於施體或受體。
2. 再判斷 $P$ 型、$N$ 型半導體的多數載子與少數載子。
3. 最後利用本質半導體的載子濃度關係 $n=p$ 判斷純矽的情形。

選項分析

(A) 具有五個價電子的雜質加入純矽半導體稱為受體元素

錯誤。

矽為四價元素，摻入五價雜質，例如磷（$P$）、砷（$As$）或銻（$Sb$）時，雜質原子與周圍矽原子形成共價鍵後，會多出一個容易游離的電子。

核心觀念

本題考查 BJT 兩個 PN 接面的偏壓狀態，以及偏壓對空乏區寬度的影響。

PNP 電晶體具有兩個接面：

• 射極—基極接面（E-B junction）
• 集極—基極接面（C-B junction）

判斷原則如下：

• PN 接面順向偏壓時，勢壘降低，空乏區變窄。
• PN 接面逆向偏壓時，勢壘升高，空乏區變寬。

空乏區寬度可概念性表示為：

其中 $V_{bi}$ 為內建電位，$V_R$ 為逆向偏壓。逆向偏壓增加時，空乏區變寬；順向偏壓則使空乏區縮小。

解題方法

BJT 的工作區可由兩個接面的偏壓狀態判斷：

因此：

在順向主動區時：

1. 射極—基極接面為順向偏壓，空乏區較窄。
2. 集極—基極接面為逆向偏壓，空乏區較寬。

在逆向主動區時：

1. 射極—基極接面為逆向偏壓，空乏區較寬。
2. 集極—基極接面為順向偏壓，空乏區較窄。

核心觀念

本題考查 BJT 偏壓電路的工作點穩定性與回授特性，重點包括：

• 在主動區（未飽和區），電流增益定義為 $\beta=\frac{I_C}{I_B}$
• 分壓式偏壓搭配射極電阻，可利用射極負回授降低工作點對 $\beta$ 的敏感度。
• 集極回授式偏壓是由集極電壓變化控制基極電流，具有負回授。
• 射極電阻會抑制集極電流的變化，具有負回授。

解題方法

逐一判斷各選項所描述的溫度效應、$\beta$ 敏感度及回授方向即可。

判斷負回授的通用方法是：

1. 假設 $I_C$ 增加。
2. 觀察電路中某一電壓或電流如何變化。
3. 若該變化會使 $I_B$ 或 $V_{BE}$ 減少，進而抑制 $I_C$ 增加，即為負回授。

選項分析

(A) 當電晶體未飽和時，$\beta$ 值會隨工作溫度上升而變小

錯誤。

BJT 在未飽和的主動區工作時，$\beta$ 並非固定不變。以一般教科書的典型溫度特性而言，工作溫度上升時，$\beta$ 通常會增加，而不是變小。

因此本選項的溫度變化方向錯誤。

補充而言，實際元件的 $\beta$ 會受到製程、工作電流及溫度影響，個別元件特性可能不同；但依電子學偏壓分析的標準命題慣例，判定為「溫度升高，$\beta$ 增大」。

(B) 具射極電阻的分壓式偏壓電路，工作點 $I_C$ 易隨 $\beta$ 值變動

錯誤。

分壓式偏壓搭配射極電阻的目的，就是提高工作點穩定度，使 $I_C$ 不易受 $\beta$ 變化影響。

將基極分壓電路化為戴維寧等效電路，可得：

因此：

當分壓電路夠穩定，使

則可近似為：

且

核心觀念

本題考查 NPN 雙極性接面電晶體（BJT）在主動區的載子運動與電流方向。

BJT 的電流由兩種載子共同形成：

• 電子流
• 電洞流

圖示為 NPN 電晶體，且工作於主動區時：

• 射極—基極接面順向偏壓
• 集極—基極接面逆向偏壓
• 電子由射極注入基極，並被集極吸引
• 因此電子的主要移動方向為「射極 $\rightarrow$ 集極」
• 傳統電流方向與電子移動方向相反，故主要傳統電流為「集極 $\rightarrow$ 射極」

電流關係為

且

所以

集極電流遠大於基極電流，主要電流即由集極流向射極。

解題方法

判斷本題可分為兩步：

1. 由電晶體符號判斷為 NPN 電晶體。
2. 區分「電子實際移動方向」與「傳統電流方向」。

在 NPN 電晶體主動區中，射極摻雜濃度較高，電子由射極注入基極，再被集極端吸引。因此：

但傳統電流定義為正電荷移動方向，電子帶負電，故傳統電流方向相反：

核心觀念

本題考查「耦合電容器與後級放大器輸入電阻形成的 RC 高通電路」。

圖中耦合電容器 $C$ 串接於前級與後級之間，後級輸入電阻 $R_i$ 接地，因此 $C$ 與 $R_i$ 構成一階 RC 網路。

電容器阻抗為：

其中 $\omega=2\pi f$。

解題方法

將前級輸出視為輸入訊號 $v_i$，後級輸入端電壓視為輸出訊號 $v_o$，利用分壓原理：

整理得：

此傳遞函數具有高通電路的形式，其截止頻率為：

頻率很低時，$\omega\to 0$：

電容器近似開路，訊號難以傳送至後級，輸出電壓接近零。

頻率很高時，$\omega\to\infty$：

核心觀念

增強型 N 通道 MOSFET 作為開關時，主要利用兩個工作區：

• 截止區（cutoff region）：MOSFET 關閉，汲極與源極間幾乎沒有電流，等效為高電阻。
• 三極區／線性區／歐姆區（triode or ohmic region）：MOSFET 導通，汲極與源極間呈現低電阻，等效為閉合開關。

閘極電壓 $V_{GS}$ 控制通道是否形成，並進一步影響汲極—源極間的等效電阻 $R_{DS}$。

對增強型 N 通道 MOSFET 而言：

• 當 $V_{GS}<V_{TN}$ 時，通道尚未形成，進入截止區。
• 當 $V_{GS}>V_{TN}$ 時，形成反轉通道而導通。
• 導通時，若 $V_{DS}$ 很小，元件工作於三極區，適合作為開關的 ON 狀態。
• 當 $V_{DS}\geq V_{GS}-V_{TN}$ 時，進入夾止飽和區，主要用於放大器或定電流特性，不是理想開關的主要 ON 區域。

三極區的汲極電流可表示為

當 $V_{DS}$ 很小時，可近似為

因此等效導通電阻約為

可見 $V_{GS}$ 越高，$R_{DS(on)}$ 通常越小。

解題方法

判斷 MOSFET 開關題時，直接將開關的兩種狀態與 MOSFET 工作區配對：

夾止飽和區雖然代表 MOSFET 已經導通，但其特性是汲極電流主要受 $V_{GS}$ 控制，適合放大與定電流操作；作為開關時，應使元件工作在低 $V_{DS}$ 的三極區，以降低導通損耗。因此選出不符合開關工作原理的敘述即可。

選項分析

(A) 夾止飽和區作為開關 ON 的主要特性區域

錯誤。

MOSFET 作為 ON 狀態開關時，應工作於三極區，也稱為線性區或歐姆區。此時 $V_{DS}$ 小，汲極與源極間具有較低的等效電阻，能使電流順利通過。

核心觀念

本題考查 CMOS 邏輯閘的動態功率。當負載電容反覆充放電時，主要功率為

其中：

• $\alpha$：切換活動因子；求最大功率時取 $\alpha=1$
• $N$：邏輯閘數量
• $C_L$：每個邏輯閘的負載電容
• $V_{DD}$：電源電壓
• $f$：操作頻率

CMOS 電容由低電位充至高電位時，電源提供能量；放電時儲存能量消耗於電路中。若每一週期完整充、放電一次，每週期消耗的能量為 $CV^2$，因此平均動態功率為 $CV^2f$。

解題方法

題目給定：

最大總動態功率取 $\alpha=1$：

代入數值：

因為

所以

整理數值與次方：

因此正確選項為 D。

選項分析

• (A) $0.2178\ \mathrm{W}$：錯誤。 結果比正確值小 $1000$ 倍，通常是頻率單位或邏輯閘數量換算錯誤所造成。

核心觀念

本題考查運算放大器的「回授方式」與「閉迴路增益控制」。

運算放大器本身的開迴路增益 $A$ 通常非常大，實際電路會利用回授網路控制閉迴路增益，使放大倍數穩定且符合設計需求。

負回授的基本關係為：

其中：

• $A$：運算放大器開迴路增益
• $\beta$：回授因子
• $A_f$：閉迴路增益

當 $A\beta\gg 1$ 時：

此時閉迴路增益主要由外接電阻等回授元件決定，而不再高度依賴運算放大器本身的開迴路增益。

解題方法

判斷各選項是否能用來「穩定控制運算放大器的放大倍數」：

1. 負回授會抑制增益變化，使增益由外部回授網路決定。
2. 正回授會將輸出變化進一步加強，容易造成振盪、飽和或雙穩態動作。
3. 電壓回授與電流回授是回授訊號取樣方式的分類，均可用於設計放大器。
4. 因此，無法用於一般線性放大倍數穩定控制的方式為正回授。

選項分析

(A) 負回授——正確

負回授將輸出的一部分反相送回輸入端，形成抑制作用。以反相放大器為例：

以非反相放大器為例：

可見閉迴路增益可藉由外接電阻精確設定，因此負回授是運算放大器控制放大倍數最常用的方法。

(B) 正回授——錯誤選項，為本題答案

正回授會使回授訊號與輸入訊號同相，形成增強作用。其閉迴路增益可表示為：

核心觀念

本題考查運算放大器反相組態的「互轉阻值」：

圖中運算放大器的非反相端接地，且輸出經由回授電阻 $R_f$ 接回反相端。當運算放大器增益 $A\to\infty$ 且處於負回授線性操作時，具有：

• 虛短：$v_-=v_+=0$
• 虛接地：$v_-=0$
• 理想運算放大器輸入端不吸收電流

解題方法

由於非反相端接地，因此反相端為虛接地：

輸入電流 $i_i$ 無法流入運算放大器輸入端，只能經由回授電阻 $R_f$ 流向輸出端。

依歐姆定律，回授電阻上的電流為：

代入 $v_-=0$：

因此：

互轉阻值為：

核心觀念

本題考的是積體電路製造流程中，矽晶圓（silicon wafer）的晶體結構與材料等級。

積體電路元件通常製作在高純度、具有規則晶格排列的單晶矽基板上。單晶矽中的矽原子排列方向一致，能提供良好的電性與穩定的製程特性，適合進行摻雜、氧化、微影及蝕刻等半導體製程。

因此，積體電路製造廠所使用的矽晶圓，其基材是單晶矽。

解題方法

判斷本題可依材料製程順序區分：

1. 矽砂是天然原料，主要成分為二氧化矽 $SiO_2$。
2. 二氧化矽經還原後，可製得冶金級矽。
3. 冶金級矽再經純化，可製得高純度多晶矽。
4. 多晶矽經晶體生長製程，例如柴可拉斯基法（Czochralski method），形成單晶矽晶棒。
5. 單晶矽晶棒經切片、研磨與拋光後，製成積體電路使用的矽晶圓。

流程可概括為：

題目問的是「矽晶圓的基材」，不是最初的原料，也不是製程中的中間材料，因此答案為單晶矽。

選項分析

核心觀念

本題考查半波整流輸出波形的有效值（RMS）與峰值電壓之間的關係。

理想半波整流器的輸出電壓為：

其中 $V_p$ 為輸出電壓峰值。半波整流輸出電壓的有效值為：

本題採用一般考試慣例：理想二極體、未加濾波電容，且「輸出電壓」指負載端半波整流波形。

解題方法

由有效值定義：

半波整流在負半週輸出為零，因此：

利用：

可得：

題目給定：

因此：

核心觀念

本題考查：

• 變壓器匝數比與電壓比
• 正弦波有效值與峰值的換算
• 全波橋式整流器的逆向峰值電壓（PIV）

橋式整流器中，當一組二極體導通時，另一組二極體承受逆向電壓。若每個導通二極體的切入電壓為 $V_D$，則未導通二極體的 PIV 為：

其中 $V_{s(pk)}$ 為變壓器次級電壓峰值。

解題方法

圖中變壓器匝數比為一次側：二次側 $=3:1$，因此二次側有效值為：

次級正弦波的峰值為：

當 $D_2$、$D_3$ 導通時，$D_1$、$D_4$ 反向截止。導通路徑中有一個二極體產生 $0.7\ \mathrm{V}$ 的壓降，因此 $D_1$ 與 $D_4$ 所承受的逆向峰值電壓為：

取近似值：

選項分析

核心觀念

本題考查穩納二極體的穩壓特性與功率計算。

當負載 $R_L=\infty$ 時，負載開路，負載電流為 $0$，電源經過 $120\ \Omega$ 電阻後的全部電流均流入穩納二極體。因此穩納二極體的功率達到最大值。

穩納二極體功率公式為：

其中 $V_Z=11\ \mathrm{V}$。

解題方法

穩納二極體工作於崩潰區時，兩端電壓固定為 $11\ \mathrm{V}$，串聯電阻兩端電壓為：

因為 $R_L=\infty$，所以：

由 Kirchhoff 電流定律：

因此穩納二極體消耗的功率為：

取近似值：

選項分析

核心觀念

本題考查：

1. 變壓器匝數比與電壓比： $\frac{V_{p}}{V_{s}}=\frac{N_{p}}{N_{s}}$
2. 中心抽頭全波整流電路。
3. 二極體導通壓降及輸出電壓極性判斷。

圖中變壓器次級具有中心抽頭，中心抽頭接地，因此每半組次級線圈的電壓峰值是整組次級電壓峰值的一半。二極體方向使負載端輸出為負電壓。

解題方法

一次側輸入電壓峰值為：

$V_{in(p)}=110\ \mathrm{V}$

變壓器匝數比為 $10:1$，因此次級整組線圈的電壓峰值為：

$V_{s(p)}=\frac{110}{10}=11\ \mathrm{V}$

由於次級為中心抽頭，每半組線圈的電壓峰值為：

$V_{\text{half}(p)}=\frac{11}{2}=5.5\ \mathrm{V}$

每次導通時，電流只經過一個二極體，扣除二極體導通壓降 $0.7\ \mathrm{V}$：

$V_{L(p)}=5.5-0.7=4.8\ \mathrm{V}$

依圖中二極體的接法，負載上端相對於接地端為負電位，因此：

$V_{L(p)}=-4.8\ \mathrm{V}$

選項分析

核心觀念

倍壓電路（Voltage Doubler）是利用二極體的單向導電特性，使電容器在不同半週期分別充電，再將電容器上的電壓串聯疊加，以得到約為輸入峰值兩倍的直流輸出電壓。

其基本原理是：

1. 交流輸入在某一半週期導通二極體，使電容器充電。
2. 在另一半週期，輸入電壓與電容器電壓串聯相加。
3. 輸出端通常接在電容器兩端，因此負載所得到的輸出電壓就是電容器的跨壓。

理想情況下，若輸入正弦波峰值為 $V_m$，倍壓輸出約為：

考慮二極體導通壓降後，輸出電壓會略低於 $2V_m$，例如可近似表示為：

實際公式會依半波倍壓、全波倍壓及電路接法而有所不同，但「輸出取自電容器跨壓」是本題的核心。

解題方法

判斷倍壓電路的輸出端配置即可。倍壓電路屬於電荷泵浦電路，二極體負責控制充電方向，電容器負責儲存電荷與累積電壓。

在輸入交流電壓的不同半週期中，電容器先後充電。當兩個電容器的電壓串聯時，輸出端跨接於電容器組合的兩端，因此輸出電壓由電容器的跨壓提供。

因此，本題所問「輸出電壓取自何種元件的跨壓」，答案為電容器。

選項分析

核心觀念

本題考查穩納二極體並聯穩壓電路，以及電流分配關係。

穩納二極體能正常穩壓時，穩納電流必須滿足：

$I_{ZK}\leq I_Z\leq I_{ZM}$

其中：

• $I_{ZK}=1\ \mathrm{mA}$：維持穩壓所需的最小穩納電流
• $I_{ZM}=45\ \mathrm{mA}$：允許的最大穩納電流
• $V_Z=18\ \mathrm{V}$
• 串聯電阻 $R=300\ \Omega$
• 輸入電壓 $V_{IN}=24\ \mathrm{V}$

解題方法

穩納二極體與負載並聯，因此負載電壓等於穩納電壓：

$V_L=V_Z=18\ \mathrm{V}$

串聯電阻中的總電流為：

由節點電流定律：

$I_T=I_Z+I_L$

當負載電流增加時，穩納電流會減少。要使穩納二極體仍能穩壓，$I_Z$ 最小必須維持在 $I_{ZK}=1\ \mathrm{mA}$。

因此負載最大電流為：

$I_{L,\max}=I_T-I_{ZK}$

$I_{L,\max}=20-1=19\ \mathrm{mA}$

所以正確答案為：

(B) $19\ \mathrm{mA}$

選項分析

• (A) $20\ \mathrm{mA}$：錯誤。 若 $I_L=20\ \mathrm{mA}$，則：

$I_Z=I_T-I_L=20-20=0\ \mathrm{mA}$

核心觀念

本題考查二極體的切入電壓模型，以及二極體導通時的串聯分壓。

• 輸入正弦波峰值：$V_{in(p)}=12\ \mathrm{V}$
• 二極體切入電壓：$V_D=0.7\ \mathrm{V}$
• $R_1=R_2=5\ \mathrm{k}\Omega$

當輸入電壓為正半週時，圖中二極體順向導通；要求最大輸出電壓，因此考慮輸入達正峰值 $12\ \mathrm{V}$ 的情況。

解題方法

二極體導通時，電流流經 $R_1$、二極體與 $R_2$，由 KVL 得：

在輸入電壓達最大值時：

輸出電壓為二極體壓降與 $R_2$ 兩端電壓之和：

因此最大輸出電壓為：

選項分析

核心觀念

本題考查二極體的限幅（clipping）電路。圖中輸入電壓經 $2\,\text{k}\Omega$ 電阻送至輸出端，二極體接在輸出端與接地之間，且方向使輸出電壓為正時導通。

二極體的切入電壓為 $0.7\ \text{V}$，因此當輸出電壓上升至約 $0.7\ \text{V}$ 時，二極體導通，將輸出端箝位在約 $0.7\ \text{V}$。

解題方法

當輸入波形為正半週時，輸入電壓試圖使輸出端電壓上升。輸出電壓達到二極體的切入電壓後：

此時二極體導通，多餘的電壓由電阻承受，電流為：

因此，即使輸入峰值為 $10\ \text{V}$，輸出電壓仍被二極體限制在 $0.7\ \text{V}$ 左右，輸出電壓的上限為：

選項分析

核心觀念

本題考查電容耦合電路、二極體偏壓與故障判斷。

正常情況下，交流訊號源 $V_1$ 經由串聯電容 $C_1$ 耦合至輸出端 $V_o$，再由 $R_1$ 接地。$C_1$ 的作用是隔離直流、通過交流訊號，因此輸入端的交流成分可以傳送到輸出端。

輸出端電壓主要由下列元件共同決定：

• $C_1$：將交流訊號耦合至輸出端。
• $R_1$：提供輸出端至接地的負載路徑。
• $D_1$ 與 $7\ \mathrm{V}$ 電源：對輸出波形進行限幅或箝位。

解題方法

逐一判斷各元件故障後，輸出端是否仍能取得輸入交流訊號。

若 $C_1$ 正常，交流輸入可經由 $C_1$ 到達輸出端，因此 $V_o$ 不會固定為 $0\ \mathrm{V}$。

若 $C_1$ 開路，輸入端與輸出端完全隔離。此時輸出端只剩下：

1. $R_1$ 將輸出端接地；
2. $D_1$ 與 $7\ \mathrm{V}$ 電源所形成的支路。

依圖示二極體方向，當輸出端被 $R_1$ 拉至 $0\ \mathrm{V}$ 時，二極體不會提供輸入訊號，輸出端因此為

所以最符合題意的故障是 $C_1$ 開路。

選項分析

(A) $D_1$ 開路

核心觀念

本題考查「偏壓限幅電路」與理想二極體的導通條件。

圖中 $2\ \mathrm{V}$ 電源提供參考電位，二極體在輸出電壓低於 $2\ \mathrm{V}$ 時導通，將輸出箝位在 $2\ \mathrm{V}$。理想二極體導通時，其順向壓降為 $0\ \mathrm{V}$。

解題方法

輸入脈波 $V_i$ 的高電位為 $4\ \mathrm{V}$，低電位為 $0\ \mathrm{V}$，工作週期為 $50\%$，表示高、低電位各占一個週期的一半。

1. 當 $V_i=0\ \mathrm{V}$：

輸出端電壓有低於 $2\ \mathrm{V}$ 的趨勢，二極體導通，將輸出箝位為

$V_o=2\ \mathrm{V}$

2. 當 $V_i=4\ \mathrm{V}$：

輸出電壓高於 $2\ \mathrm{V}$，二極體反向偏壓而截止。此時電阻 $R$ 中沒有電流，因此沒有電壓降：

$V_o=V_i=4\ \mathrm{V}$

因此，$V_o$ 在一個週期內有一半時間為 $2\ \mathrm{V}$，另一半時間為 $4\ \mathrm{V}$，平均值為

核心觀念

本題考查放大器「工作點（Q-point）」的選擇目的。

工作點是放大器在沒有輸入交流訊號時，各端直流電壓與電流所決定的靜態工作狀態。適當選擇工作點，主要是使元件維持在適當的放大區，並改善下列特性：

• 放大器增益
• 輸入電阻與輸出電阻
• 輸出訊號的失真程度
• 輸出訊號的最大對稱擺幅

工作點屬於直流偏壓條件，不能用來決定外部輸入訊號的頻率。

解題方法

判斷各選項是否與工作點有關，可從「工作點會不會改變元件的小訊號參數與線性工作範圍」切入：

1. 工作點改變時，電晶體的集極電流、汲極電流或跨導 $g_m$ 會改變。
2. $g_m$ 會影響電壓增益及輸入電阻。
3. 工作點距離截止區與飽和區的遠近，會影響訊號擺幅與失真。
4. 輸入訊號頻率主要由訊號源及電路的頻率響應條件決定，不是由直流工作點直接設定。

因此，與工作點選擇目的無關的是「調整輸入訊號頻率」。

選項分析

(A) 可調整放大器增益：正確

工作點會決定電晶體的直流電流，進而影響跨導 $g_m$。以 BJT 共射極放大器為例：

其中 $I_C$ 為集極電流，$V_T$ 為熱電壓。小訊號電壓增益常可近似為：

當工作點改變，使 $I_C$ 改變時，$g_m$ 也會改變，因而影響放大器增益。因此，選擇工作點可用來調整或設定適當的增益。

(B) 可調整輸入電阻：正確

以 BJT 為例，基極小訊號輸入電阻可表示為：

核心觀念

NPN BJT 的工作區由基極—射極接面與基極—集極接面的偏壓狀態判斷：

• 主動區：$V_B>V_E$，且 $V_C>V_B$
• 飽和區：$V_B>V_E$，且 $V_B>V_C$
• 截止區：基極—射極接面未正向偏壓，通常 $V_B\leq V_E$
• 逆向主動區：$V_B<V_E$，且 $V_B>V_C$

解題方法

已知：

先判斷基極—射極接面：

$V_{BE}=0.6\text{ V}$，表示基極—射極接面呈正向偏壓，電晶體確實導通。

再比較基極與集極電壓：

由於 $V_B>V_C$，基極—集極接面也呈正向偏壓。因此，NPN 電晶體的兩個接面皆為正向偏壓，工作於飽和區。

選項分析

• (A) 主動區（Active Region）錯誤 主動區必須滿足 $V_C>V_B$，使基極—集極接面反向偏壓。本題卻有 $V_C=1.6\text{ V}<V_B=2\text{ V}$，不符合主動區條件。

核心觀念

本題考查 BJT 共射極偏壓電路的直流分析，需使用：

• $I_E=(\beta+1)I_B$
• $V_E=I_E R_E$
• $V_B=V_{BE}+V_E$
• 基極迴路：$V_{CC}=I_B R_B+V_{BE}+I_E R_E$
• 集極電壓：$V_C=V_{CC}-I_C R_C$

圖中電源為 $V_{CC}=4.7\ \mathrm{V}$，且 $R_C=R_E=1\ \mathrm{k}\Omega$。

解題方法

由基極迴路套用 KVL：

又因為：

代入已知數值：

因此：

集極電流為：

集極電阻上的電壓降：

所以：

此外，