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地特三等申論題 106年 [電力工程] 電子學

第 一 題

📖 題組:
如下圖,我們利用運算放大器(Operational Amplifier)設計電路,使得整體電路增益可達到 10 的需求,其中R1 = 1 kΩ。 (一)假設使用理想運算放大器,求出 R2 的值。(10 分) (二)接續(一),當運算放大器的增益 A 為有限值,但希望下圖電路的增益可以達到 0.1% 誤差內,則運算放大器的增益 A 至少要多少才可以達到如此精準需求。(10 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

假設使用理想運算放大器,求出 R2 的值。(10 分)

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看到非反相放大器電路,首先聯想理想運算放大器的「虛短路」與「虛斷路」特性。利用非反相放大器的閉迴路增益公式 A_v = 1 + (R_2/R_1),代入題目給定的增益目標與 R_1 阻值即可輕鬆求得 R_2。

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【解題思路】利用理想運算放大器的虛短路與虛斷路特性,推導非反相放大器增益公式並代入已知數值求解。 【詳解】 已知:

小題 (二)

接續(一),當運算放大器的增益 A 為有限值,但希望下圖電路的增益可以達到 0.1% 誤差內,則運算放大器的增益 A 至少要多少才可以達到如此精準需求。(10 分)

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這是一道標準的有限增益運算放大器誤差計算題。解題關鍵在於寫出閉迴路增益 $A_f = \frac{A}{1+A\beta}$ 的公式,其中回授因數 $\beta = \frac{R_1}{R_1+R_2}$。接著將誤差定義為 $\frac{A_{ideal} - A_f}{A_{ideal}} \le 0.1%$,代入數值即可求出開迴路增益 A 的下限。

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【解題思路】利用有限開迴路增益 $A$ 的非反相放大器閉迴路增益公式,並結合誤差定義來求解所需的最小開迴路增益。 【詳解】 已知:

📝 非反相放大器分析
💡 掌握虛短路特性推導閉迴路增益,並處理有限開迴路增益誤差。
比較維度 理想運算放大器 VS 有限增益運算放大器
開迴路增益 A 無限大 有限值 (Finite)
閉迴路增益公式 1 + R2/R1 (1+R2/R1) / [1+(1+R2/R1)/A]
增益誤差 零誤差 隨 A 值變小而增加
💬當 A 遠大於閉迴路增益時,電路行為趨近理想狀態。
🧠 記憶技巧:非反相增益「1加比例」;高精準度需求「A必遠大於閉迴路增益」。
⚠️ 常見陷阱:最常漏掉公式中的「1」;或是將題目給的「閉迴路增益」誤認為「開迴路增益 A」。
反相放大器 回授電路穩定性分析

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