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高考申論題 105年 [電力工程] 電子學

第 一 題

📖 題組:
圖一所示理想運算放大器,R1= 20 kΩ,R2= 20 kΩ,R3= 200 Ω。
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

求電流 I1、I2、I3和電壓 Va。(8 分)

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看到這題,首先確認為「理想運算放大器」的反相放大組態。利用「虛接地(Virtual Ground)」特性得知反相端電壓為0V,接著運用歐姆定律與節點電流定律(KCL)即可由左至右依序推導出各節點的電流與電壓。

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【解題關鍵】利用理想運算放大器的「虛接地(Virtual Ground)」與「輸入端零電流」特性,結合歐姆定律與 KCL 逐步推導。 【解答】 基本假設:

小題 (二)

輸出電壓 VO不小於 -15 V,求電阻 RL的最大值。(7 分)

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本題測試理想運算放大器的基本分析與 T 型反饋網路(T-network)。解題時應先利用「虛短路」與「虛斷路」特性求出各節點電壓與支路電流,透過 KCL 建立輸出電壓 $V_O$ 與負載 $R_L$ 的函數關係式,最後代入邊界條件 $V_O \ge -15\text{ V}$ 即可解出 $R_L$ 的極值。

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【解題關鍵】利用理想運算放大器的「虛短路」與「虛斷路」特性,搭配克希荷夫電流/電壓定律(KCL/KVL)求出各節點電壓與電流的數學關係式。 【解答】 計算:

小題 (三)

電阻 RL變化從 200 Ω 到 1 kΩ,求電流 IL變化與電壓 VO變化。(10 分)

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看到具備負回授的運算放大器,第一步利用「虛短路」與「虛斷路」求出反相端電壓,進而推導各節點電壓與支路電流。計算後會發現負載電流 IL 僅由輸入端電壓及電阻網路決定,呈現恆定電流特性,不隨負載 RL 改變;最後再利用 KVL 代入不同的 RL 值即可求出 VO 的變化範圍。

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【解題關鍵】利用理想運算放大器虛短路與虛斷路特性,於節點列出 KCL 方程式,證明此電路為一恆流源。 【解答】 Step 1:依據理想運算放大器特性

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