初考-電子工程電子學大意111 年第 15 題單選題
下圖中二極體 D1 與 D2 之導通電壓為 0.7 V,導通電阻為 0 Ω,輸入信號為弦波,vi(t)=4sin10t 伏特,R1,R2,R3 皆為 10 Ω,則電流 ∣i∣ 之最大值為何?
A530 mA
B265 mA
C65 mA正確答案
D20 mA
C正確答案
本題為雙向限幅電路分析。輸入峰值 4V 超過限幅電平 ±2.7V,二極體導通時需考慮 R1 與 R2(或 R3) 串聯,最大電流 |i| = (4 - 2.7) / 20 = 65 mA。
為什麼答案是 C
正確。電路為對稱雙向限幅器,限幅電平為 ±(2V + 0.7V) = ±2.7V。當輸入達峰值 4V 時,二極體導通,電流流經 R1 與 R3(或 R2),|i| = (4 - 2.7) / (10 + 10) = 65 mA。
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完整詳解
Pro · 無限重點 本題為雙向限幅電路分析。輸入峰值 4V 超過限幅電平 ±2.7V,二極體導通時需考慮 R1 與 R2(或 R3) 串聯,最大電流 |i| = (4 - 2.7) / 20 = 65 mA。
秒解公式:限幅電平 V_clip = 2V + 0.7V = 2.7V。最大電壓差 ΔV = 4V - 2.7V = 1.3V。導通時總電阻 R = R1 + R2 = 20Ω。I_max = 1.3V / 20Ω = 65 mA。
逐選項分析
A✕ 陷阱
錯誤。此答案可能來自誤以為二極體導通時輸出端被理想鉗位,且忽略 R2/R3 的分壓效應,直接用 (4 - (-1.3)) / 10 計算,或是完全誤判電路結構。
B✕ 陷阱
錯誤。此答案常見於誤判電源極性,以為單側限幅電平為 1.3V,計算出 (4 - (-1.3)) / 20 = 265 mA。未正確識別對稱限幅電路的 ±2.7V 鉗位特性。
C✓ 正確
正確。電路為對稱雙向限幅器,限幅電平為 ±(2V + 0.7V) = ±2.7V。當輸入達峰值 4V 時,二極體導通,電流流經 R1 與 R3(或 R2),|i| = (4 - 2.7) / (10 + 10) = 65 mA。
D✕
錯誤。數值過小,可能是計算時誤用電阻值(如以為總電阻為 50Ω 或 65Ω),或是限幅電平計算錯誤(如誤以為限幅在 3.3V 等)。
雙向限幅電路狀態分析
| 輸入狀態 | 導通元件 | 等效限幅電平 | 電流 |i| 計算 |
|---|
| |v_i| ≤ 2.7V | D1, D2 皆截止 | v_o = v_i | 取決於負載(本題無負載則 i=0) |
| v_i > 2.7V | D2 導通 | +2.7V | (v_i - 2.7) / (R1 + R3) |
| v_i < -2.7V | D1 導通 | -2.7V | (|v_i| - 2.7) / (R1 + R2) |
最大陷阱在於「忽略導通路徑的總電阻」。當二極體導通時,電流並非只流過 R1,而是必須流過 R1 與 R2(或 R3) 的串聯組合。若誤用 R1=10Ω 計算會得到 130mA 的錯誤答案。