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高考申論題 111年 [電力工程] 電子學

第 四 題

圖四電路使用理想運算放大器,R = 1 kΩ,C = 0.1 μF,R2 = aR1 = 3 kΩ,其 3-dB 頻寬為 10^4 rad/sec,利用所標示之 v1 與 v2 推導其轉移函數 H(s) = vo(s) /vi(s),s = jω,並求算|H( jω)|之極大值與 a 之值。(20 分)
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📝 此題為申論題

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看到主動濾波器電路,首先應利用理想運算放大器的「虛短路」與「虛斷路」特性,找出各節點電壓的關係。接著對節點 v1 與 v2 應用克希荷夫電流定律 (KCL) 建立方程式,即可聯立推導出以 s 表示的轉移函數。最後將得到的轉移函數與二階帶通濾波器的標準式比對,利用頻寬公式解出未知數 a,並代入中心頻率求得最大增益。

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【解題思路】本題利用節點電壓法 (KCL) 分析包含理想運算放大器之主動濾波器電路,推導其轉移函數後,對照標準二階帶通濾波器之形式,以頻寬定義解出未知參數 a,並求得頻率響應之極大值。 【詳解】 已知:

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📝 主動濾波器分析
💡 利用運算放大器虛短路與 KCL 推導二階帶通濾波器參數

🔗 主動濾波器申論題解題邏輯

  1. 1 特性設定 — 套用理想 Op-Amp 虛短路與輸入電流為零之特性
  2. ↓
  3. 2 節點列式 — 對內部節點 v1, v2 進行 KCL 分析,納入複數阻抗 sC
  4. ↓
  5. 3 函數整理 — 消除中間變數,導出輸出對輸入之轉移函數 H(s)
  6. ↓
  7. 4 參數對照 — 將 H(s) 與標準二階帶通式對比,帶入 BW 已知值解 a
🔄 延伸學習:延伸學習:掌握多重回授 (MFB) 與 Sallen-Key 電路結構之差異
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