鐵路人員考試高員三級-電子工程電子學大意108 年第 22 題單選題
如圖所示之電路,二極體導通之壓降為 0.7 V,RC>> vi 之週期,求電路穩態時之 V3 為何?
A4.3 V
B5.7 V正確答案
C9.3 V
D12.7 V
B正確答案
此電路為「箝位電路(Clamper)」加直流偏壓,RC>>T條件下電容充電至峰值,輸出波形向上位移,V3為正峰值電壓。
為什麼答案是 B
電路為正箝位電路:RC>>T時電容充飽。當vi為負峰-15V,二極體導通(電容充電),電容電壓Vc=15-5-0.7=9.3V(極性:左正右負)。穩態後輸出vo=vi+Vc。正峰時vi=+15V,vo=15-9.3=5.7V;即V3=5.7V。
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完整詳解
Pro · 無限重點 此電路為「箝位電路(Clamper)」加直流偏壓,RC>>T條件下電容充電至峰值,輸出波形向上位移,V3為正峰值電壓。
電容箝位:輸出波形底部被箝在+5+0.7=5.7V,正峰值V3=5.7+(15+15)=5.7V待修正;正確算法:輸出底部=5V+0.7V=5.7V,正峰=5.7V+(30V峰對峰)→不對,直接:V3=Vpeak - VD + VDC = 15-0.7+... 核心:箝位後正峰=15+5-0.7×2不對,見詳解。
逐選項分析
A✕ 陷阱
4.3V = 5 - 0.7,這是誤把5V直流源減去二極體壓降的錯誤計算,沒有考慮輸入峰值與電容箝位效果。
B✓ 正確
電路為正箝位電路:RC>>T時電容充飽。當vi為負峰-15V,二極體導通(電容充電),電容電壓Vc=15-5-0.7=9.3V(極性:左正右負)。穩態後輸出vo=vi+Vc。正峰時vi=+15V,vo=15-9.3=5.7V;即V3=5.7V。
C✕ 陷阱
9.3V是電容充電後的電容電壓Vc=15-5-0.7=9.3V,是中間計算值,不是V3(輸出正峰值)。
D✕
12.7V=15-0.7+... 若誤以為電容充到14.3V或忽略5V直流源則得此答,計算時漏計5V偏壓的作用方向。
箝位電路穩態分析步驟
| 步驟 | 說明 | 本題數值 |
|---|
| 1. 確認二極體導通時機 | vi負峰時二極體導通(圖中二極體朝下,負峰時正偏) | vi = -15V 時導通 |
| 2. 電容充電電壓 | Vc = |vi峰| - VDC - VD(依電路極性) | Vc = 15 - 5 - 0.7 = 9.3V |
| 3. 電容極性 | RC>>T,電容維持此電壓不放電 | 左端(vi側)為正,右端為負 |
| 4. 輸出正峰V3 | vo = vi + Vc(注意極性相減) | V3 = 15 - 9.3 = 5.7V |
| 5. 輸出負峰V2 | V2 = -15 - 9.3 = -24.3V(箝位後負峰更負) | V2 ≈ -24.3V |
選項C的9.3V正好是電容充電電壓Vc的數值,考生容易在算出Vc=9.3V後直接選C。但題目問的是V3(輸出正峰值),須再用vi正峰減去Vc才能得到V3=5.7V。另一陷阱是搞混5V電源的極性(串聯方向),導致得到12.7V或4.3V。