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普考申論題 107年 [電子工程] 電子儀表概要

第 一 題

📖 題組:
已知兩信號 x = Acosωt 及 y = Bcos(ωt+θ),其相角差為 θ,分別輸入到示波器的水平和垂直的輸入端,利用理查瑟式圖(Lissajous diagram)方法(波形圖示的定義如圖三(a)所示,其中 sinθ ≡ yo/B),分別分析判斷示波器所顯示的下列四種狀態,分別表示兩信號 x 和 y 之間的相角差 θ 各為多少?(每小題 5 分,共 20 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

圖三(a)中,兩信號 x 和 y 之間的相角差 θ =?

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本題測驗示波器在 X-Y 模式下顯示的李沙育圖形(Lissajous figure)之相位差判讀。解題關鍵在於利用兩正弦波的參數式推導出橢圓軌跡方程式,並藉由圖形在 Y 軸的截距($y_0$)與最大振幅($B$)的比例關係,以及圖形主軸所在象限(判斷 $\cos\theta$ 的正負),來推求四種狀態的相角差 $\theta$。

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【解題思路】利用兩信號的參數方程式消去時間變數 $t$,推導出 $X-Y$ 坐標平面上的軌跡方程式,再依據各圖形的幾何特徵判斷相角差。 【詳解】 已知兩信號分別為:

小題 (二)

圖三(b)中,兩信號 x 和 y 之間的相角差 θ =?

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看到李沙育圖形(Lissajous figure),首先利用圖形與 y 軸的交點 y0 以及最大振幅 B,代入題目給定的公式 sinθ = y0/B 來求相角差的可能值。接著,藉由觀察圖形的斜率(正或負、所在象限),判斷兩信號是同相(0度)還是反相(180度),進而鎖定唯一解。

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【解題思路】利用李沙育圖形(Lissajous diagram)的相角差公式 sinθ = y0/B,配合圖形的 y 軸交點與斜率象限來推導相角差。 【詳解】 已知:水平信號 x = Acos(ωt),垂直信號 y = Bcos(ωt+θ),相角差判定公式 sinθ = y0/B。

小題 (三)

圖三(c)中,兩信號 x 和 y 之間的相角差 θ =?

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看到理查瑟式圖(Lissajous figure)求相角差,應優先利用題目提供的公式 sinθ = y₀/B。觀察圖三(c)為一正交的橢圓(或圓),其軌跡與 y 軸的交點剛好位於垂直最大振幅處(即 y₀ = B),代入公式求出 sinθ 的值即可反推角度。

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【解題思路】利用題目給定的理查瑟式圖相角差公式 $\sin\theta = y_0/B$,配合觀察圖形與座標軸的交點特徵進行求解。 【詳解】 已知:由圖三(a)的定義,$\sin\theta \equiv y_0/B$,其中 $y_0$ 為圖形與 y 軸的交點(即 x=0 時的 y 值),$B$ 為 y 軸方向的最大振幅。

小題 (四)

圖三(d)中,兩信號 x 和 y 之間的相角差 θ =?

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判斷理查瑟圖形(Lissajous figure)的相角差時,先觀察圖形與 y 軸的交點 y₀ 來計算 sinθ = y₀/B;接著根據圖形的傾斜方向(斜率正負)或橢圓展開方向決定具體的相角值。本題圖形為一條斜率為負且通過原點的直線,表示兩信號處於完全反相狀態。

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【解題思路】利用理查瑟圖形截距公式 $\sin\theta = y_0/B$ 及圖形所在的象限(斜率)來推導並判斷相角差。 【詳解】 已知:

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