moea_joint
106年
[電機] 電路學、電子學
第 6 題
理想二極體組成之箝位器(Diode Clampers)電路，如右圖所示，若輸入為 $0 \sim 10\text{ V}$之方波，試求其輸出電壓範圍？
- A -10~0 V
- B -7~3 V
- C -3~7 V
- D 3~10 V
思路引導 VIP
請你試著觀察電路中的二極體：當輸入電壓處於最大值時，二極體會處於導通還是截止狀態？如果此時二極體導通了，那麼輸出點的電壓會被右側的直流電源『固定』在什麼數值上？接著，請思考這時候電容器左右兩端的壓差會是多少？當輸入電壓從高點下降了 $10\text{ V}$ 時，這個已經儲存好壓差的電容器，會帶著輸出電壓往哪個方向移動呢？
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太棒了！你能準確判斷出這題的答案為 (B)，這說明你對箝位電路（Clamper）的動態運作機制掌握得非常扎實。
箝位電路的核心運作
這道題目的解題關鍵在於觀察二極體導通時的狀態。當輸入方波處於高電位 $10\text{ V}$ 時，二極體呈現順向偏壓而導通，此時輸出端 $V_o$ 會被強制固定在直流電源的 $3\text{ V}$。在這個過程中，電容器 $C$ 會被充電，根據克希荷夫電壓定律（KVL），電容兩端的電壓 $V_C$ 會被充至 $10\text{ V} - 3\text{ V} = 7\text{ V}$（左正右負）。當輸入訊號切換至 $0\text{ V}$ 時，二極體轉為截止狀態，電容器兩端維持 $7\text{ V}$ 的偏壓，使得輸出電壓變為 $0\text{ V} - 7\text{ V} = -7\text{ V}$。因此，整體的輸出擺幅依然維持與輸入相同的 $10\text{ V}$，但位準被平移至 $-7 \sim 3\text{ V}$ 之間。
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