内容正文:
第三章│电子控制系统的信号处理
——3.2 初识模拟电路,教材P49~53
第8课 三极管3——三极管的电路分析与调试
新课程目标
掌握三极管的电路分析与调试。
目录
CONTENTS
教材整体感悟 知本与探源
01
02
命题整体感知 尝试与研析
01
教材整体感悟 知本与探源
教材整体感悟 知本与探源
本课核心点·重难点
1.复合管的理解
(1)第一个三极管的发射极或集电极直接作为第二个三极管的基极输入;复合管的复合类型看第一个三极管的类型;复合管与两个三极管的工作状态同步。
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(2)电流流向问题导致复合管不成立,在连线题中要避免这样的连接。
(3)复合管开关判断
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2.三极管的电路分析与调试
高温报警电路,当温度高于某一值时,发光二极管V2发光;已知RT为负温度系数电阻,三极管工作在放大状态。
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信号调节:调节信号设定值
(1)调节RP1——关键保持上下平衡
①RP1调大→RT变大→结合负系数可知,温度设定值变低。
②RP1调小→RT变小→结合负系数可知,温度设定值变高。
(2)调节RP2——关键只调节前面信号设定,对于后续电路不影响,则Ib不变。
①对于图1:RP2调大→结合Ib不变可知,VA变大→RT变小→结合负系数
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可知,温度设定值变高。
②对于图1:RP2调小→结合Ib不变可知,VA变小→RT变大→结合负系数可知,温度设定值变低。
③对于图2:RP2调大→结合Ib不变可知,VA变小→RT变小→结合负系数可知,温度设定值变高。
④对于图2:RP2调小→结合Ib不变可知,VA变大→RT变大→结合负系数可知,温度设定值变低。
注意:当三极管导通时,PN结的钳位作用。对于图1,VB=0.7 V;对于
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图2,VB=VCC-0.7 V。
(3)调节RP3——处于放大状态,Ic受Ib控制,所以Ib不变,Ic不变,三极管状态改变。
三极管临界饱和时基极应注入的电流:Ibs
饱和导通的条件(Rc为集电极电阻,即图中的RP3):
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①对于图1:RP3调大→结合Ibs变小可知,VA变小→RT变大→结合负系数可知,温度设定值变低。
②对于图1:RP3调小→结合Ibs变大可知,VA变大→RT变小→结合负系数可知,温度设定值变高。
③对于图2:RP3调大→结合Ibs变小可知,VA变大→RT变大→结合负系数可知,温度设定值变低。
④对于图2:RP3调小→结合Ibs变大可知,VA变小→RT变小→结合负系数可知,温度设定值变高。
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三极管状态调节:调节三极管状态,而信号设定值不变,简单理解为前面电路不变,而后续电路状态变化。
(1)调节RP1——改变VA
①对于图1:RP1调大→VA变大→Ib变大→三极管向饱和变化→Vce减小。
②对于图1:RP1调小→VA变小→Ib变小→三极管向截止变化→Vce增大。
③对于图2:RP1调大→VA变小→Ib变大→三极管向饱和变化→Vce减小。
④对于图2:RP1调小→VA变大→Ib变小→三极管向截止变化→Vce增大。
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(2)调节RP2——VA不变,Ib变化
①对于图1:RP2调大→Ib变小→三极管向截止变化→Vce增大。
②对于图1:RP2调小→Ib变大→三极管向饱和变化→Vce减小。
③对于图2:RP2调大→Ib变小→三极管向截止变化→Vce增大。
④对于图2:RP2调小→Ib变大→三极管向饱和变化→Vce减小。
(3)调节RP3——处于放大状态,Ic受Ib控制,所以Ib不变,Ic不变,三极管状态改变
教材整体感悟 知本与探源
①对于图1:RP3调大→Ib不变→Ic不变→Vce减小→三极管向饱和变化。
②对于图1:RP3调小→Ib不变→Ic不变→Vce增大→三极管向截止变化。
③对于图2:RP3调大→Ib不变→Ic不变→Vce减小→三极管向饱和变化。
④对于图2:RP3调小→Ib不变→Ic不变→Vce增大→三极管向截止变化。
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3.三极管电流反馈(恒流电路)
(1)从三极管特性曲线可知,工作区内的Ic受Ib影响,而Vce对Ic的影响甚微。只要Ib值固定,Ic也都可以固定。输出电流Io即是流经负载的Ic。
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(2)两个三极管组成的恒流源电路
如电路图所示,由两个同型号的三极管,根据三极管Vbe电压相对稳定,以及三极管的基极电流相对集电极电流较小的特点,组成一个电流相对恒定的恒流源,电流Io=Vbe/R1;这个恒流源没有用到特殊器件,由两个三极管和两个电阻组成,成本低,电流Io可调,缺点是Vbe的大小会随电流及温度的变化而变化,电流大Vbe大,温度低Vbe大,所以不适合用在精度要求高的地方。
(3)二极管组成的恒流源电路
教材整体感悟 知本与探源
如电路图所示,恒流电路主要是运用了二极管上的电压较稳定的特性,以及三极管Vbe的稳定性。组成的恒流电路中,Io≈(2.1 V-Vbe)/560。
3.(2)图
3.(3)图
3.(4)图
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(4)稳压管组成的恒流源电路
如电路图所示,恒流电路主要是运用了稳压二极管上的电压较稳定特性,以及三极管Vbe的稳定性。组成的恒流电路,Io=(Vd-Vbe)/R3;此电路优点是成本低,电流可调,缺点是温度特性差,稳流精度不高,适用于对精度要求不高的场合。
(5)电流镜电路
电流镜是一个输入电流Is与输出电流Io相等的电路:Q1和Q2的特性相同,即Vbe1=Vbe2,β1=β2。三极管的β受温度的影响,但利用电流镜像恒流源,
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此电路不受β影响,主要依靠外接电阻R经Q2去决定输出电流Io(IC2=Io)。
教材整体感悟 知本与探源
【解题举例】如图所示的对称电路中,三极管V3、V4工作在放大状态。下列说法不正确的是( )
A.流过V1、V2的电流相同
B.增大R3的阻值后,流过V1、V2的电流变小
C.增大R1的阻值后,流过V1的电流变小,流过V2的电流变大
D.减小R1的阻值后,流过V1的电流变大,流过V2的电流不变
【参考答案】D
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【解析】选项A,如图所示的对称电路,在不改变其他参数的情况下,流过V1、V2的电流相同,选项正确;选项B,增大R3的阻值后,R3的分压增大,V1、V2并联在一起,其分压减小,电阻不变,流过V1、V2的电流变小,选项正确;选项C,增大R3的阻值后,V3基极的电流变小,V3处于放大状态,则流过V1的电流变小,并联电路电压相等,则流过V2的电流变大,选项正确;选项D,减小R3的阻值后,V3基极的电流变大,V3处于放大状态,则流过V1的电流变大,并联电路电压相等,则流过V2的电流变小,选项错误。
02
命题整体感知 尝试与研析
命题整体感知 尝试与研析
例1 如图所示,这是小明搭建的三极管实验电路,电压表读数为3 V。下列关于该电路的说法中,正确的是( )
A.R1阻值变小,电压表读数变大
B.逐渐调大R4的阻值,三极管会进入饱和状态
C.逐渐调小R4的阻值,电压表读数变小
D.改变R4的阻值,集电极电流不变
B
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 电压表读数为3 V,说明三极管处于放大状态,当R1变小时,三极管基极电流变大,若三极管仍然处于放大状态,则集电极电流也变大,R4分担的电压变大,电压表读数变小,选项A错误;逐渐调大R4的阻值,若三极管仍然处于放大状态,则R4分担的电压变大,电压表读数变小,当电压表的读数小于0.6 V时,三极管进入饱和状态,当三极管进入饱和状态后,再改变R4的阻值,电压表的读数几乎不变,故选项B正确,选项C、D错误。
命题整体感知 尝试与研析
变式1 如图所示,这是小明搭建的三极管对比实验电路,电压表读数均为3 V,下列说法正确的是( )
A.逐渐调大R1,V1进入饱和状态,
V2进入截止状态
B.适当调小R3,V1、V2的电压表读数都将变小
C.适当调大R4,V1发射极电位变高,V2集电极电位变低
D.适当调小R2,V1、V2的基极电位基本不变
B
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 适当调小R3(基极限流电阻),三极管V1、V2的电流增大,R4的降落电压增大,V1的发射极电位降低,V2的集电极电位降低,则电压表读数降低,选项B正确。
命题整体感知 尝试与研析
变式2 [2023·学军中学检测]小明使用性能相同的元器件搭建了如图1、2所示的光控电路,将两个电路置于同一种光照条件下进行测试,随着环境光线越来越暗,下列说法正确的是( )
A.LED2比LED1先亮
B.两个灯都亮了之后,M和N点的电位逐渐升高
C.两个灯都亮了之后,LED1的亮度不再变化,LED2的亮度逐渐变大
D.当LED1与LED2的亮度不再变化时,LED1的亮度比LED2的亮度大
D
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项A,图1导通时的电位要比图2导通时的电位低,所以当光线变暗时三极管基极电位升高,图1先达到导通状态,即LED1比LED2先亮,选项错误;选项B,当三极管导通后,图1的M点电位基本不变(随着光线变暗,升高很小),选项错误;选项C,当两个电路刚导通时,三极管都处于放大状态,所以当光线继续变暗时,LED1和LED2的亮度均会逐渐变亮,选项错误;选项D,由于两个三极管电路中图1为共发射极接法,图2为共集电极接法,当LED1与LED2的亮度不再变化时,图1电路处于饱和状态,图2电路处于放大状态,VT1的Uce1大于VT2的Uce2,所以LED1的亮度比LED2的亮度大,选项正确。
命题整体感知 尝试与研析
变式3 如图所示的电路中,V1、V2均为硅三极管。S为转换开关,当S在图示位置B时,两个电压表的读数均为6 V。下列对该电路的分析中,不正确的是( )
A.S在B点时,V1、V2都处于放大状态
B.S在B点时,减小R4,V2的集电极电位升高
C.S打到A点时,V1处于饱和状态,V2处于放大状态
D.S打到A点时,V1接近饱和状态,V2处于饱和状态
C
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项A,电压表测得两个三极管Vce均为6 V,据此可以判断三极管工作在放大状态,选项正确;选项B,由于三极管处于放大状态,调小R4后,集电极电流不变,R4两端电压下降,因此Vce电压上升,所以电压表读数增大,选项正确;当S打到A点时,三极管V1的集电极和发射极之间被V2的发射结钳位,因此V1的Vce大约为0.7 V左右,接近饱和,而此时三极管V2的基极接在V1集电极上,由于V1接近饱和,电流大,因此三极管V2的基极电流也变大,相当于V2在放大V1的饱和电流,因此V2的状态会转为饱和状态,选项C错误,选项D正确。
命题整体感知 尝试与研析
例2 如图所示的电路,当环境亮度低于设定值时,V3发光。下列说法不正确的是( )
A.调大RP,环境亮度设定值变小
B.R3取值过大,会导致V3一直不发光
C.V1饱和时,V3不发光
D.增大R1,环境亮度设定值变大
D
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项A,调大RP,环境亮度设定值变小,选项正确;选项B,R3取值过大,即使V2饱和导通,通过V3的电流也很小,导致V3一直不发光,选项正确;选项C,V1饱和时,V2截止,V3不发光,选项正确;选项D,增大R1,三极管V1趋向于饱和,V2的基极电流减小,只有RG更大才能使V2的基极电流维持在R1增大之前的值,即环境亮度设定值变小。若把三极管V1视为工作在开关状态,则增大R1,仅仅是增大了V2的基极电阻,减小了基极电流,V3发光的亮度变小,而三极管V1何时截止则只和RP、RG有关,与环境亮度设定值基本无关,选项错误。
命题整体感知 尝试与研析
变式1 如图所示的电路,当土壤湿度高于设定值时,VD发光。下列说法不正确的是( )
A.调大R1,VD的亮度可能变暗
B.R2取值过大,会导致VD一直不发光
C.增大RP2,湿度设定值变小
D.VD发光时,VT1始终处于饱和状态
D
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项A,调大R1,使得三极管VT2的基极电压降低,所以趋向截止,VD会变暗,选项正确;选项B,R2取值过大会使得VT1发射极电位升高,三极管VT2发射结电压减小,三极管截止,VD不发光,选项正确;选项C,增大RP2可使得三极管VT1发射结电压升高,趋向截止,则VT2更容易导通,VD发光,相当于把湿度设定值降低,选项正确;选项D,VD发光时,VT2的发射结和电阻R2的电压相加大于0.7 V,而VT1饱和时,发射极和集电极之间的电压约为0.3 V,因此VT1饱和时,VT2不能导通,选项错误。
命题整体感知 尝试与研析
变式2 如图所示的电路,当环境亮度低于设定值时,V4发光。下列说法不正确的是( )
A.减小R3,环境亮度设定值可能变小
B.增大R2,环境亮度设定值可能变小
C.V4发光时,A处电位不可能为1.2 V
D.V1导通时,调小R5,V4就能达到设定的亮度
D
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 V1导通时,若V2为放大状态,则V4的亮度由V2的基极电流决定,此时调小R5,不影响V4亮度,选项D错误。
命题整体感知 尝试与研析
变式3 如图所示的电路,当环境湿度高于设定值时,发光二极管VD发光报警,VT2集电极电位Ub=1.5 V。下列关于该湿度报警系统的说法中,正确的是( )
A.当发光二极管发光时,逐渐增大RP1的阻值,三极管VT1会进入饱和状态
B.当发光二极管发光时,逐渐增大RP2的阻值,A点的电位逐渐变大
C.适当增大RP2,湿度设定值变小
D.当环境湿度高于设定值时,发光二极管VD发光,
但亮度不够,可以通过变小R2来提高亮度
C
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项A,VT1集电极无电阻,电平一定高于基极,所以不可能饱和,选项错误;选项B,由于VT2发射结的钳位作用,发光时A点电平基本保持0.7 V不变,选项错误;选项C,视RP2与R1和VT2的发射结为并联电路,适当增大RP2,即增大VT2的基极电流,VD更容易发光,所以湿度设定值变小,选项正确;选项D,VD发光时,Ub从1.5 V开始变低,所以VT2可能放大,可能饱和,放大时调节R2阻值无效,饱和时调节R2阻值有效,选项错误。
命题整体感知 尝试与研析
例3 如图所示,这是小陈设计的电路,当光照减弱时,LED1、LED2逐渐发光,下列说法正确的是( )
A.光照减弱时,LED1先发光
B.三极管V2比V1更早进入饱和状态
C.当LED1逐渐变亮时,三极管V1、V2一定处于放大状态
D.RG断路时,三极管V1、V2处于截止状态
B
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 V1和V2构成了复合管,复合管与两个三极管的工作状态同步,但由于电流的缘故,V2更容易饱和,选项B正确。
命题整体感知 尝试与研析
变式1 [2023·绍兴一中检测]如图所示,这是小明设计的淬火水池水位控制电路,当水位低于设定水位时接通继电器常开触点启动水泵注水。已知R为水位传感器,其阻值可随水位高低连续变化。下列关于图中电路的说法中,正确的是( )
A.V2基极的控制信号是数字信号
B.水位越低,水位传感器阻值越大
C.调节RP1阻值可改变水位控制设定值
D.R3换用阻值更大的电阻,有可能使V2进入饱和状态
C
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项C,RP1是调试电阻,其阻值大小会影响三极管的状态,所以调节RP1阻值可以改变水位控制的设定值,选项正确;选项D,V2导通→V1导通→V1集电极电位高于发射极,即V2集电极电位高于基极→V2集电结反偏→V2无法饱和,选项错误。
命题整体感知 尝试与研析
变式2 下列电路中,虚线框内等效为一个NPN型三极管的是( )
【解析】 复合后的管型看第一个三极管,选项A、B符合,选项A电流无法流动,不能构成复合管,选项B正确。
A. B. C. D.
B
命题整体感知 尝试与研析
例4[2023·浙江1月选考]如图所示,这是小明设计的台灯模型的电路,工作时VT1、VT2均导通。下列说法不正确的是( )
A.VT1、VT2均工作在放大状态
B.调大RP的阻值,VD亮度变化不明显
C.电源电压改为12 V,VD亮度基本不变
D.VT1放大倍数增加1倍,VD亮度明显变化
D
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 题述条件下,两个基极分别为0.7 V和1.4 V,可以得出:①VT1、VT2均放大;②R2的电流恒为14 mA,VD也为14 mA。由此可知,VD与Ib无关,由R2决定,故选项B调节RP、选项C调大电源电压、选项D增加VT1的放大系数,均无明显影响。选项D错误。
命题整体感知 尝试与研析
变式1 [2023·丽水中学检测]如图所示,这是小明设计的台灯模型的电路,开关K闭合后,VD3亮。下列说法正确的是( )
A.VD3亮时,VT处于饱和工作状态
B.VD3亮时,调大RP的阻值,a点电位明显升高
C.VD3亮时,将R1阻值变为1 kΩ,VD3亮度基本不变
D.VD3亮时,电源电压改变为12 V,VD3亮度基本不变
【解析】 该电路为恒流源电路,只要取样电阻R1的阻值不变,经过VD3的电流就基本不变,选项D正确。
D
命题整体感知 尝试与研析
变式2 小明设计了如图所示的台灯模型电路,工作时三极管VT1、VT2均导通,两个三极管的参数完全相同。下列说法不正确的是( )
A.适当调小R1,LED1将变亮
B.适当调大R2,LED1亮度几乎不变
C.三极管VT1、VT2都只工作在放大状态
D.两个三极管的基极电流相同
C
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项C,三极管VT1基极和集电极的电位相等,因此处于临界状态。调节电路参数值,VT2有可能饱和,选项错误;选项A,三极管VT1和VT2处于放大状态时,电路是镜像恒流电路,即流过R1的电流大小约等于LED1上的电流,因此调小R1,使得流过R1电流变大,LED1也会变亮,选项正确;选项B,R2在VT2集电极上,三极管处于放大状态时,不影响基极电流,也就不影响集电极电流,LED1亮度几乎不变,选项正确;选项D,三极管参数相同,电路对称,因此基极电流相同,选项正确。
命题整体感知 尝试与研析
|随|堂|检|测|
1.如图所示的实验电路中,三极管V为硅材料三极管。初始时电压表V1读数为2.5 V,下列说法不正确的是( )
A.调小RP3的阻值,A2的读数增大,V1的读数减小
B.调大A2的读数,V2的读数基本不变
C.逐渐调小RP5的阻值,A1的读数逐渐增大
D.调大RP5的阻值,A1的读数可能不变
C
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 初始电压表V1测得电压为2.5 V,说明三极管处于放大状态。选项A,RP3为基极电阻,调小后可增大基极电流,因此A2电流表数值将增大,由于基极电流增大,三极管趋向饱和,所以c、e两端电压将减小,V1的读数减小,选项正确;选项B,因为三极管导通,所以发射结两端电压基本保持不变,V2的读数几乎不变,选项正确;选项C,RP5是集电极电阻,因为三极管处于放大状态,所以调节集电极电阻无法改变电流,因此A1示数应保持不变,选项C错误,选项D正确。
命题整体感知 尝试与研析
2.小明设计了如图所示的重量检测警示电路,其中RP用于重量检测,零承重时,滑片P在最上端,承重越大,滑片P越向下移动,当重量过大或过小时,对应的指示灯发光。VD为稳压二极管,维持A点电压始终为6 V。下列关于该电路的说法中,正确的是( )
A.零承重时,V1处于饱和状态,V3发光
B.重量在正常的范围内,V3和V4同时发光
C.V4发光时,承重越大,V2的Uec越小
D.滑片P在中间位置时,V1的基极电位为0.7 V
C
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项A,V1集电极接“+12 V”,V2集电极接地,因此V1和V2均无法达到饱和状态,选项错误;重量越重,P越向下移动,UP越低,则V2导通,V2的Uec降低,V4亮,反之,V1导通,V1的Uce降低,V3亮,V3和V4无法同时导通,选项B错误,选项C正确;选项D,滑片P在中间位置时,V1的基极电位大于0.7 V,选项错误。
命题整体感知 尝试与研析
3.如图所示,这是小明搭建的三极管实验电路,V1、V2和V3都是硅管,当V3发光时,下列关于该电路的说法中,正确的是( )
A.如图示用指针式万用表测量电压时,黑表笔接三极管V2的e极,红表笔接V2的c极
B.调大R1,电压表V的读数明显减小
C.调小R3,V1可以工作在饱和状态
D.调小R5,V3的亮度可能基本不变
D
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项A,从图示电路中可以看出三极管V2的e极电位要高于三极管V2的c极,所以选项中用指针式万用表测量电压时,红黑表笔接反了,选项错误;选项B,调大R1,使得三极管V1的基极电流增大,而三极管V1是共集电极接法,始终处于放大状态,所以三极管V1的发射极电位降低,导致三极管V2的基极电流增大,当三极管V2处于放大状态时,电压表V的读数将明显减小,但若三极管V2处于饱和状态时,电压表V的读数将基本不变,选项错误;选项C,由于三极管V1是共集电极接法,始终处于放大状态,选项错误;选项D,当三极管V2处于饱和状态时,
命题整体感知 尝试与研析
调小R5,三极管V2的集电极电流不可能增大,V3的亮度将保持基本不变,选项正确。
命题整体感知 尝试与研析
4.如图所示,这是一种楼道灯控制电路,楼上、楼下均可开闭同一盏LED灯,S1、S2、S3和S4是按钮开关,按下接通,松手断开。下列说法不正确的是( )
A.按下S1或S4,然后松开,LED灭
B.按下S2或S3,然后松开,LED亮
C.LED发光时,四个三极管可能都处于饱和状态
D.四个开关的正确安装方式之一是:S1、S2安装在楼下,S3、S4安装在楼上
C
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 由于V3的发射极电位比集电极电位高,即V4的基极比集电极电位高,故V4不可能饱和,同理V1不可能饱和,选项C错误。
命题整体感知 尝试与研析
5.[2023·菱湖中学检测]如图所示,这是小明设计的测试电路,其中普通二极管和三极管都属于硅材料型,工作时VD2、VD3、VD4及VT均导通。下列说法不正确的是( )
A.三极管VT一定工作在放大状态
B.RP的阻值从最小调到最大,VT集
电极和发射极之间的电压会明显增大
C.电源电压从6 V变成12 V,VD1的发光亮度几乎不变
D.三极管的放大倍数从100增加到200,流过普通二极管VD2的电流会增大
B
命题整体感知 尝试与研析
【解析】 选项A,分析图示信息可知,三极管VT的基极电位被钳位在2.1 V不变,集电极电位为6 V-UVD1≈(2.4~4.4) V,所以三极管VT的集电结一定是反偏的,三极管VT一定工作在放大状态,选项正确;选项B,由于基极电位被钳位在2.1 V,发射极电位为1.4 V,发光二极管在导通时其电压也基本不变,导致集电极电位基本不变,所以RP的阻值从最小调到最大,三极管VT集电极和发射极之间的电压基本不变,选项错误;选项C,由于VD2、VD3、VD4的钳位作用,流过发光二极管VD1的电流Ic≈Ie=1.4/100,几乎不变,选项正确;选项D,由于三极管的放大倍数
命题整体感知 尝试与研析
增大使集电极电流和发射极电流增大,导致发射极电位和基极电位升高,这样就使得流过普通二极管VD2的电流增大,选项正确。
感谢聆听,再见!
Ib>Ibs≈ Ib= Ibs==≈
Io=Ic
=β×Ib
=β
≈β (VCC>>Vbe)
Ib2=Ib1 (Ic=βIb)
Ic2≈Ic1 (Ic1=Is Ic2=Io)
Ic1=
Ic2≈=Io(VCC>>Vbe)
$$