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普考申論題 107年 [電子工程] 電子儀表概要

第 三 題

📖 題組:
如圖二為 Hay 電橋(Hay’s Bridge),其中 C4 為標準可變電容,R4 為可變電阻,R2 及 R3 為固定電阻。L1 及 R1 分別為待測未知電感和其內電阻。Vs 為 AC 電源,角頻率為 ω。當電橋平衡時,試回答下列問題:
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (三)

求電感 L1 的品質因數 Q 值。(6 分)

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看到交流電橋問題,首要步驟是列出電橋平衡的基本條件 Z1Z4 = Z2Z3。將各臂阻抗以複數形式代入並展開後,令實部與實部相等、虛部與虛部相等,即可得到兩個方程式。最後利用電感品質因數的定義式 Q = ωL1 / R1,將前述方程式代入轉換,即可求出由已知平衡元件表示的 Q 值。

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【解題思路】利用交流電橋平衡條件 $Z_1 Z_4 = Z_2 Z_3$,展開並分離實部與虛部,再代入線圈品質因數定義 $Q = \frac{\omega L_1}{R_1}$ 求解。 【詳解】 已知 Hay 電橋各臂的阻抗分別為:

小題 (一)

求電感 L1 =?(7 分)

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解題關鍵在於利用交流電橋的平衡條件:對向臂阻抗乘積相等(Z1×Z4 = Z2×Z3)。列出複數阻抗方程式後,將實部與虛部分別使其相等,再透過代入消去法即可推導出未知電感 L1。

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【解題思路】利用交流電橋平衡條件「對向臂阻抗乘積相等」來建立方程式,並透過分離實部與虛部求解未知數。 【詳解】 已知:各橋臂阻抗參數如下

小題 (二)

求電感 L1 的內電阻 R1 =?(7 分)

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看到交流電橋平衡題型,核心解題原則為「對向臂阻抗乘積相等」(Z1 × Z4 = Z2 × Z3)。依據電路圖寫出四個臂的複數阻抗並乘開後,利用實部等於實部、虛部等於虛部的特性,列出兩條方程式聯立求解未知量 R1。

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【解題思路】利用交流電橋的平衡條件 $Z_1 Z_4 = Z_2 Z_3$,列出各臂的阻抗方程式,並將實部與虛部分別使其相等,藉由聯立方程式求解未知數 $R_1$。 【詳解】 已知電橋四臂阻抗分別為:

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