鐵路人員考試高員三級-電子工程電子學大意104 年第 14 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、C=47μF、VDC=3 V、R 為無窮大,在穩態時,電容 C 兩端的電壓約為多少?
A12 V
B11.7 V
C8.3 V正確答案
D3.7 V
C正確答案
此電路為直流箝位電路(DC Clamper),電容C兩端電壓等於輸入峰值減去二極體壓降再減去VDC,約8.3V。
為什麼答案是 C
電路為直流箝位電路。圖中電容C串聯在輸入vS與輸出節點之間,二極體D陰極朝上接輸出節點,陽極接VDC正端,VDC底部接地。R為無窮大故電容無放電路徑。穩態時二極體D在vS最負峰值(-12V)時導通,電容充電使得vO節點被箝位於-(VDC+VD0)= -3.7V。因此電容兩端電壓 VC = vS_peak_negative端 - vO_clamp = (-12) - (-3.7) = -8.3V,即電容C承受約8.3V(負端在vS側)。
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完整詳解
Pro · 無限重點 此電路為直流箝位電路(DC Clamper),電容C兩端電壓等於輸入峰值減去二極體壓降再減去VDC,約8.3V。
電容充電至 Vpeak - VD0 - VDC = 12 - 0.7 - 3 = 8.3V;R為無窮大代表電容不放電,穩態即為此值。
逐選項分析
A✕
12V是輸入峰值,完全忽略了二極體壓降(0.7V)和VDC(3V)的影響,計算不完整。
B✕ 陷阱
11.7V = 12 - 0.7,只扣除了二極體導通電壓,卻遺漏了VDC = 3V的貢獻,是常見的半對陷阱。
C✓ 正確
電路為直流箝位電路。圖中電容C串聯在輸入vS與輸出節點之間,二極體D陰極朝上接輸出節點,陽極接VDC正端,VDC底部接地。R為無窮大故電容無放電路徑。穩態時二極體D在vS最負峰值(-12V)時導通,電容充電使得vO節點被箝位於-(VDC+VD0)= -3.7V。因此電容兩端電壓 VC = vS_peak_negative端 - vO_clamp = (-12) - (-3.7) = -8.3V,即電容C承受約8.3V(負端在vS側)。
D✕ 陷阱
3.7V = VDC + VD0 = 3 + 0.7,這是輸出節點被箝位的電壓值,並非電容兩端電壓,混淆了箝位電壓與電容電壓的概念。
直流箝位電路(DC Clamper)分析步驟
| 步驟 | 說明 | 本題數值 |
|---|
| ①找峰值 | 取輸入vS的峰值(絕對值最大處) | Vpeak = 12V (負峰 = -12V) |
| ②判斷導通時機 | 二極體在vS最負時導通(圖中D陰極朝上) | vS = -12V時D導通 |
| ③決定箝位電位 | 輸出節點被箝位至 -(VDC + VD0) | vO_min = -(3+0.7) = -3.7V |
| ④算電容電壓 | VC = vS負峰 - vO箝位點 (取絕對值) | VC = |-12-(-3.7)| = 8.3V |
| ⑤R=∞的意義 | 電容無放電路徑,穩態下電容保持充電電壓 | VC穩態 ≈ 8.3V |
本題最大陷阱是混淆「輸出節點箝位電壓(-3.7V)」與「電容C兩端電壓(8.3V)」。選項D的3.7V正是輸出箝位點的絕對值,容易讓考生誤以為就是電容電壓。另外選項B只扣了VD0而忘記VDC,也是常見失分點。