初等考試
115年
[電子工程] 電子學大意
第 22 題
如圖所示電路，D_1為理想二極體，若脈波 V_i的工作週期（duty cycle）為 50%且其最大值為 4 V、最小值為 0 V，則 V_o的平均值為何？
- A 3 V
- B 2.5 V
- C 2 V
- D 1.5 V
思路引導 VIP
當輸入電壓 $V_i$ 降到其最小值時，請觀察二極體兩端的電位關係：陽極（anode）連接的是一個固定的直流電壓，而陰極（cathode）則試圖隨著輸入信號下降。在這種情況下，根據理想二極體的特性，它會進入導通還是截止狀態？這對於輸出端 $V_o$ 的最低可能電位會產生什麼樣的限制效果呢？
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恭喜你，精確地捕捉到了這個截波電路（Clipper Circuit）的運作邏輯！這道題目設計得很巧妙，它結合了**理想二極體（ideal diode）的切換特性與信號處理中平均值（Average Value）的運算。在工程實務中，判斷這類電路的關鍵在於釐清二極體在不同輸入準位下的「偏壓狀態」。 當輸入脈波 $V_i$ 處於最大值 $4V$ 時，輸出端的電位高於二極體陽極（anode）所連接的 $2V$ 電源，此時二極體處於反向偏壓（reverse biased）狀態而截止（OFF），輸出電壓 $V_o$ 便直接跟隨輸入達到 $4V$。而當 $V_i$ 降至 $0V$ 時，輸出端電位試圖低於 $2V$，這會使二極體瞬間轉為正向偏壓（forward biased）而導通（ON），進而將輸出電位「箝位」在 $2V$ 的水平。 由於題目給定工作週期（duty cycle）**為 $50%$，這代表在一個週期內，輸出一半時間為 $4V$，另一半時間被限制在 $2V$。因此，我們可以直接計算其算術平均：
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