五等-電子工程電子學大意112 年第 21 題單選題
電路及輸入端的電壓波形如圖所示,令二極體的切入電壓為 0.7 V,若 RC 時間常數遠大於輸入信號的週期,負載電阻 R 的輸出電壓範圍為何?
A$-0.7\ V \sim +0.3\ V$
B-0.7 V\~+1.3 V正確答案
C-1 V\~+1 V
D-1.3 V\~0.7 V
B正確答案
此為電容耦合+二極體限幅電路,RC>>T時電容建立直流位移,輸出波形整體上移,範圍為-0.7V~+1.3V。
為什麼答案是 B
RC>>T時,電容充電至穩態使輸出波形整體產生直流位移。二極體正向導通時箝位於0.7V,電容電壓穩定後,輸出負峰=-0.7V,正峰=+1.3V(即1V輸入峰值加上0.3V直流位移),正確答案。
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完整詳解
Pro · 無限重點 此為電容耦合+二極體限幅電路,RC>>T時電容建立直流位移,輸出波形整體上移,範圍為-0.7V~+1.3V。
RC>>T → 電容保持穩定直流電壓。二極體切入0.7V,正半週被箝位於0.7V,電容充至(1-0.7)=0.3V的偏移量。輸出=輸入-電容電壓,範圍從-1-0.3=-1.3V到1-0.3+0.7=+1.3V... 修正:電容充電使負半週底部箝位於-0.7V,正峰=1+(1-0.7)=+1.3V,底=-0.7V。
逐選項分析
A✕ 陷阱
-0.7V~+0.3V是忽略電容直流位移效果的錯誤結果,僅考慮二極體壓降而未考慮RC>>T時電容充電產生的箝位效應。
B✓ 正確
RC>>T時,電容充電至穩態使輸出波形整體產生直流位移。二極體正向導通時箝位於0.7V,電容電壓穩定後,輸出負峰=-0.7V,正峰=+1.3V(即1V輸入峰值加上0.3V直流位移),正確答案。
C✕
-1V~+1V代表輸出完全不受二極體影響,相當於二極體不存在的情況,忽略了二極體切入電壓與電容箝位的整體效果。
D✕ 陷阱
-1.3V~0.7V是方向判斷錯誤的結果,將二極體方向或電容充電方向搞反,導致波形往負方向位移而非正方向位移。
RC>>T 箝位電路分析步驟
| 步驟 | 說明 | 本題數值 |
|---|
| 1. 判斷二極體方向 | 圖中二極體陽極朝上(接電容輸出端),陰極接地 | 正半週導通 |
| 2. RC>>T穩態假設 | 電容電壓視為恆定直流,不隨輸入變化而快速放電 | 電容保持穩態DC |
| 3. 確定箝位電位 | 二極體導通時,二極體兩端電壓=0.7V,輸出端被箝位 | 輸出最低=-0.7V |
| 4. 計算電容電壓 | 電容電壓=輸入峰值-二極體壓降-輸出箝位電位 | Vc=1-0.7=0.3V(直流位移) |
| 5. 計算輸出峰值 | 正峰=輸入正峰-Vc=1-(-0.3)=1+0.3V...實為1+0.3=1.3V | 輸出正峰=+1.3V |
| 6. 輸出範圍 | 從箝位最低到正峰 | -0.7V~+1.3V |
本題最大陷阱是忽略「RC時間常數遠大於週期」這個關鍵條件。若誤以為電容不影響直流電位,會選A(-0.7V~+0.3V)。正確理解:電容充至0.3V後保持不變,相當於將整個輸出波形往正方向位移0.3V,使負峰從-1V變為-0.7V,正峰從+1V變為+1.3V。另一陷阱是選D,把二極體方向判斷反向,導致位移方向錯誤。