Warum kann ich in dieser Dioden- und Kondensatorschaltung keinen Ausgang unter 0 V erhalten?

Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Liste, was passiert:

• Der Eingang beginnt positiv. Die Diode ist in Sperrrichtung vorgespannt, sodass kein Strom fließt und der Kondensator nicht aufgeladen wird.
• Um$t = 0.5s$, wird der Eingang negativ. Die Diode ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt, also lädt sich der Kondensator auf$1 V$(das Negative der angelegten Mindestspannung). Beachten Sie, dass es keinen Widerstand gibt, also keine Zeitkonstante - der Kondensator wirkt wie ein offener Stromkreis (als ob die Quelle Gleichstrom ist).
• Nachdem der Kondensator aufgeladen ist, gibt es einen Offset von$+1 V$, und die Diode wird nie wieder in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Ausgabe ist$V_{in} + 1V$.

Das von Ihnen verwendete Diodenmodell ist völlig unrealistisch. Sie sollten eine verschobene Sinuswelle erhalten, die um etwas weniger als ein Volt negativ wird und mit der Zeit (sehr langsam) ansteigt. Etwa so (Modell 1N4004):

Irgendwann (nach sehr langer Zeit) wird es Ihrer Kurve ähneln, aber es wird sehr lange dauern, da die Diode bei niedrigeren Spannungen nicht viel Strom leitet und einen 1-Farad-Kondensator aufladen muss.

Kynits Antwort ist richtig, aber ich denke, was diese Schaltung verwirrend macht, ist die Position des Erdungsknotens. Lassen Sie uns einen anderen Knoten auswählen und sehen, was passiert.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Hier ist eine Simulation. Laden Sie das Bild herunter oder öffnen Sie es in einem separaten Tab, um die Version in voller Größe anzuzeigen. V (Old_right_node) - V (Old_ground) ist Ihre Ausgangsspannung. V (Old_ground) ist das Negative Ihrer Eingangsspannung.

Jetzt können Sie sehen, was los ist. Während der ersten Halbwelle ist die Diode ausgeschaltet. Der Kondensator ist ungeladen, also ist die Spannung an ihm Null. Dies bewirkt, dass Ihre Eingabe Ihrer Ausgabe folgt. Während der zweiten Halbwelle leitet die Diode und lädt den Kondensator auf 1 V auf. An der Diode liegt keine Spannung an, daher ist Ihr Ausgang an Masse geklemmt.

Sobald der Kondensator aufgeladen ist, schaltet die Diode nie wieder ein. V1 kann nicht mehr als 1 V erzeugen, daher kann V(Old_ground) niemals größer als V(Old_right_node) sein. Die Spannung zwischen Ihrem Ausgang und Eingang ist gleich der Kondensatorspannung, die konstant 1 V beträgt. In Ihrer Schaltung variiert V1 Ihre Eingangsspannung. In meiner Schaltung variiert V1 Ihre Massespannung. So oder so ist das Ergebnis das gleiche. Es ist nur eine Frage, welchen Referenzpunkt Sie verwenden.

Die in der Frage angegebene Schaltung ist eine positive Klemme.

Die folgende Abbildung zeigt eine Diodenklemme, die einen positiven DC-Pegel in die Ausgangswellenform einfügt. Der Betrieb dieser Schaltung kann durch Betrachten der ersten negativen Halbwelle der Eingangsspannung gesehen werden.

Wenn die Eingangsspannung anfangs negativ wird, ist die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt, sodass sich der Kondensator bis nahe an die Spitze des Eingangs aufladen kann ($V_p(in) - 0.7 V$), wie in der Abbildung gezeigt.

(Es kann viele negative Zyklen dauern, bis der Kondensator bis zur Spitze aufgeladen ist. Dies hängt vom Wert des Kondensators, dem Durchlasswiderstand der Diode und der Amplitude der Spannungsquelle ab.)

Unmittelbar nachdem der Kondensator auf die negative Spitze aufgeladen wurde, ist die Diode in Sperrrichtung vorgespannt. Dies liegt daran, dass die Kathode nahe gehalten wird$V_p(in) - 0.7 V$durch die Ladung des Kondensators. Angenommen, es ist$R_L = \infty$und daher hat der Kondensator keinen Entladepfad.

Sobald der Kondensator auf den Spitzenwert aufgeladen ist, ist die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und die Kondensatorspannung wirkt im Wesentlichen wie eine Batterie in Reihe mit der Eingangsspannung. Die Gleichspannung des Kondensators addiert sich zur Eingangsspannung durch Überlagerung wie in Abbildung (b). Die Ausgangsspannung wird also sein

Deshalb bekommst du keine negativen Spannungen.