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調查局三等申論題 108年 [電子科學組] 電子學與電路學

第 一 題

📖 題組:
二、試推導下圖 RLC 並聯電路: (一) s-domain 等效電路?(5 分) (二) s-domain 之電感電流 IL(s)?(5 分) (三)時域(t-domain)之電感電流 iL(t)?(15 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

s-domain 等效電路?(5 分)

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  1. 觀察開關在 t<0 為閉合狀態,判定 RLC 網路的初始儲能(電容電壓與電感電流)皆為零。2. 在 t=0 開關打開後,輸入視為步階電流訊號,利用拉普拉斯轉換將電流源及各被動元件轉為 s-domain 的並聯阻抗模型即可建構等效電路。
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【解題思路】分析 t<0 初始條件,並運用拉普拉斯轉換(Laplace Transform)將時域元件轉換為 s-domain 的阻抗模型。 【詳解】 Step 1:判定初始條件

小題 (二)

s-domain 之電感電流 IL(s)?(5 分)

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看到本題,首先判斷開關動作與初始條件:t<0 時開關閉合將電路短路,故電感無初始電流;t=0 開關打開,成為向 RLC 並聯電路充電的步階響應。接著利用 s-domain 的節點分析法(或分流定理),將電流源轉換為 I_dc/s,再推導出包含 R, L, C 參數的 I_L(s) 分式,最後代入題幹數值化簡即可。

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【解題思路】利用 s-domain 電路模型與分流定理(或節點分析)推導電感電流的轉移函數,並代入數值進行化簡。 【詳解】 已知條件:

小題 (三)

時域(t-domain)之電感電流 iL(t)?(15 分)

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這是一道典型的 RLC 電路步階響應題。看到此題,應先確認初始條件(t<0時開關閉合,電路短路無儲能)。接著利用拉普拉斯轉換將電路轉為 s-domain,建立電感電流 $I_L(s)$ 的轉移函數。最後代入數值並將二次特徵方程式配方,透過部份分式展開與反拉氏轉換即可求得時域電流 $i_L(t)$。

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【解題思路】利用拉普拉斯轉換將 RLC 並聯電路轉至 s-domain 建立方程式,求出 $I_L(s)$ 後代入數值進行部份分式展開,最後以反拉氏轉換求得時域響應 $i_L(t)$。 【詳解】 已知:

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