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司法三等申論題 108年 [檢察事務官電子資訊組] 電子學與電路學

第 一 題

📖 題組:
二、試推導下圖 RLC 並聯電路:
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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觀察開關切換前後的電路狀態,先判斷電容電壓與電感電流的初始儲能條件。確認初始儲能為零後,利用拉普拉斯轉換將階躍電流源與被動元件轉換為 s-domain 的阻抗形式,即可建構等效電路。

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【解題思路】判斷開關切換前後的電路狀態以求得初始條件,並利用拉普拉斯轉換(Laplace Transform)將時域電源與元件轉換為 s-domain 阻抗模型。 【詳解】 已知:

小題 (二)

s-domain 之電感電流 IL(s)?(5 分)

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觀察開關圖示,箭頭向外代表 $t=0$ 時開關打開,推知 $t<0$ 時開關閉合將電流源短路,故 RLC 儲能元件初始狀態為零。進入 $t \ge 0$ 的 s-domain 後,可將輸入視為步階電流 $I(s)=I_{dc}/s$,再利用分流定律求得電感電流的表示式,最後代入題目給定的元件數值化簡。

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【解題思路】利用拉普拉斯變換建立 s-domain 電路模型,確定初始條件為零後,運用電流分流定理推導出電感電流 $I_L(s)$,再代入數值化簡。 【詳解】 已知:

小題 (三)

時域(t-domain)之電感電流 iL(t)?(15 分)

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面對 RLC 電路題,首先觀察開關動作決定 t=0 前後的初始狀態與最終穩態。接著根據電路架構(並聯)計算阻尼係數 (α) 與無阻尼自然頻率 (ω₀),以判斷其為過阻尼、臨界阻尼或欠阻尼響應。最後列出微分方程式的通解,並代入初始條件求解未知的常數係數。

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【解題思路】利用 RLC 並聯電路的階躍響應分析方法,先求出阻尼係數與諧振頻率判斷響應型態,再代入初始條件求得特解。 【詳解】 已知:電流源 $I_{\text{dc}} = 24 \text{ mA}$,$R = 625 \Omega$,$L = 25 \text{ mH} = 25 \times 10^{-3} \text{ H}$,$C = 25 \text{ nF} = 25 \times 10^{-9} \text{ F}$。

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