鐵路人員考試高員三級-電子工程電子學大意107 年第 21 題單選題
如圖所示二極體電路,假設二極體導通電壓 VD0=0.7 V。已知電壓 vs(t)=12sin(120πt) V、R1=10 kΩ、VDC=5 V。若 R2=20 kΩ,當輸入電壓 vS 為 10 V 時,試求流經二極體 D 的電流值 iD 約為多少?
A0 mA
B0.145 mA正確答案
C0.285 mA
D0.43 mA
B正確答案
二極體電路分析先判導通狀態,再用KVL/KCL求解;本題vs=10V時二極體導通,ID約0.145mA。
為什麼答案是 B
假設二極體導通,節點A電壓 VA = VDC + VD0 = 5 + 0.7 = 5.7V。流經R1的電流 I1 = (vs - VA)/R1 = (10 - 5.7)/10k = 0.43 mA,流經R2的電流 I2 = VA/R2 = 5.7/20k = 0.285 mA。由KCL得 ID = I1 - I2 = 0.43 - 0.285 = 0.145 mA,符合恆壓降模型計算結果。
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完整詳解
Pro · 無限重點 二極體電路分析先判導通狀態,再用KVL/KCL求解;本題vs=10V時二極體導通,ID約0.145mA。
假設二極體導通→求出節點電壓VA=5.7V→計算各支路電流I1=0.43mA、I2=0.285mA→由KCL得ID=0.145mA→驗證ID>0確認導通假設成立。
逐選項分析
A✕ 陷阱
若誤判二極體截止則電流為0,但vs=10V遠大於VDC=5V與VD0=0.7V之和,二極體必導通,故0mA為典型誤判陷阱。
B✓ 正確
假設二極體導通,節點A電壓 VA = VDC + VD0 = 5 + 0.7 = 5.7V。流經R1的電流 I1 = (vs - VA)/R1 = (10 - 5.7)/10k = 0.43 mA,流經R2的電流 I2 = VA/R2 = 5.7/20k = 0.285 mA。由KCL得 ID = I1 - I2 = 0.43 - 0.285 = 0.145 mA,符合恆壓降模型計算結果。
C✕ 陷阱
可能誤將R1與R2串聯分壓後直接減0.7V除以單一電阻,或未考慮VDC對節點電壓的影響,導致電流高估一倍,屬常見計算錯誤。
D✕ 陷阱
可能忽略VDC=5V的反向偏置效應,僅以(vs−0.7)/R1計算,得(10−0.7)/10k=0.93mA,再誤除2或其他錯誤簡化,導致數值偏高。
二極體直流分析步驟
| 步驟 | 關鍵動作 | 注意事項 | 常見錯誤 |
|---|
| 1. 假設狀態 | 假設導通或截止 | 導通時VD=0.7V;截止時ID=0 | 未驗證假設是否自洽 |
| 2. 列方程式 | KVL/KCL含VD0與VDC | 注意電壓極性與參考點 | 漏掉VDC或電阻位置錯 |
| 3. 驗證假設 | 導通需ID>0;截止需VD<0.7V | 若不成立則切換假設重算 | 直接採用未驗證結果 |
| 4. 求精確值 | 代入恆壓降模型計算 | 單位統一(V, kΩ→mA) | 小數點或數量級錯誤 |
考生常誤以為只要vs>VDC二極體就導通,實際上須比較陽極電位與陰極電位差是否超過VD0。本題因R2接地端接VDC=5V,陰極非0V,必須完整列節點方程才能正確判斷導通與否,直覺易錯。