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高考申論題 106年 [電力工程] 電路學

第 一 題

📖 題組:
四、如圖四所示之電路,試求:
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

網路函數 H(s)=V2(s)/V1(s)。(10 分)

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本題為標準的 s 域電路分析。首先將所有電路元件轉換為拉普拉斯(s 域)阻抗模型(電感為 sL,電容為 1/sC)。接著,可透過定義中間節點電壓並列出節點方程式(KCL),求出中間節點電壓。最後再利用右側分支的分壓定理求得輸出電壓,進而得到網路函數 H(s)。

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【解題思路】利用拉普拉斯轉換將電路轉至 s 域,透過節點電壓法 (Nodal Analysis) 與分壓定理求解轉移函數。 【詳解】 已知電路各元件參數,將其轉換至 $s$ 域阻抗:

小題 (二)

波幅響應|H(jω)|。(5 分)

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本題的核心在於求取電路的交流轉移函數。建議先將所有元件轉換至 s 域阻抗,並透過節點分析法(KCL)求出電路節點電壓與輸出分壓的轉移函數 H(s) = V2(s)/V1(s);最後代入 s = jω,並利用複數大小的計算方式分離實部與虛部,即可求得極為化簡的波幅響應公式。

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【解題思路】運用 s 領域(拉普拉斯轉換)之節點電壓法建立電路方程式,求出轉移函數 $H(s)$,再代入 $s=j\omega$ 求取波幅響應 $|H(j\omega)|$。 【詳解】 已知:將電路元件參數轉換為 s 域之阻抗:

小題 (三)

截止頻率(rad/s)。(5 分)

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本題測驗交流電路頻率響應與濾波器特性。解題時應先將電路轉換至 s 域,求出轉移函數 H(s) = V2(s)/V1(s);接著代入 s = jω,判斷濾波器類型並找出最大通帶增益,最後利用截止頻率(半功率點)振幅為最大值 1/√2 倍的條件解出 ω_c。

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【解題思路】將電路轉換至 s 域求取電壓轉移函數,分析其頻率響應找出最大通帶增益,並依據半功率點定義求得截止頻率。 【詳解】 已知:電路輸入為 $V_1$,輸出為 $V_2$。包含兩個 $1\text{ F}$ 電容、一個 $\frac{1}{2}\text{ H}$ 電感及兩個 $1 \Omega$ 電阻。

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