地特三等申論題
108年
[電力工程] 電路學
第 二 題
二、試求下圖電路輸出電壓 Vo與輸入電壓 Vs的轉移函數。(20 分)
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
處理運算放大器或濾波器之轉移函數(Transfer Function)問題時,首重 s 域(拉普拉斯轉換)的阻抗模型建立。接著應利用理想運算放大器「虛短路(Virtual Short)」與「虛斷路(Virtual Open)」特性,於特定節點(通常為反相輸入端)嚴格列出克希荷夫電流定律(KCL)方程式。國考閱卷極度重視邏輯推演,切忌跳步,務必清晰展現方程式至 Vo(s) 與 Vs(s) 比例關係的完整代數整理過程。
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【解題思路】利用拉普拉斯轉換將電路元件轉為 s 域阻抗,並結合理想運算放大器之特性列出節點方程式(Nodal Analysis)進行推導。 【詳解】 (※ 註:因題目未提供具體電路圖,本解答以國考最經典之「主動式一階低通濾波器(Active Low-Pass Filter)」為例,完整示範標準閱卷要求之推導步驟。若原圖為其他架構,請依循此嚴謹邏輯代入相應阻抗即可。)
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Op-Amp 轉移函數推導
💡 利用理想運算放大器特性與拉氏轉換進行 s 域電路分析推導。
🔗 s 域電路分析推導流程
- 1 s 域模型轉換 — 將元件 $C$ 換成 $1/sC$,將輸入輸出標記為 $V_s(s), V_o(s)$。
- 2 節點電壓判定 — 利用虛短路性質,確認反相端電壓(通常為虛接地 0V)。
- 3 列出 KCL 方程 — 在節點列出 $(V_s-V^-)/Z_1 + (V_o-V^-)/Z_f = 0$。
- 4 代數整理求解 — 移項並化簡分式,整理出 $H(s) = V_o(s)/V_s(s)$。
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🔄 延伸學習:延伸學習:判斷電路類型(如低通、高通)及計算 3dB 截止頻率。