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普考申論題 112年 [電力工程] 電子學概要

第 一 題

📖 題組:
圖 4 所示為一階濾波器,使用被動元件進行實現。其中 R1 = 1 Ω、R2 = 1 kΩ、C1 = 1 nF,以及 C2 = 1 μF。(每小題 10 分,共 20 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

計算轉移函數 H(s) = Vout/Vin,以及極點(pole)與零點(zero)位置。

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這是一道典型的被動濾波器電路分析題。解題時應首先將時域的電阻、電容轉換為 s 域的阻抗模型(R → R,C → 1/sC),並利用「電壓分壓定理」列出轉移函數 H(s)。接著,將轉移函數整理成分式多項式的標準形式,令分子為零求得零點(Zero),令分母為零求得極點(Pole),最後代入元件數值即可獲得精確解。

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【解題思路】利用 s 域阻抗模型與電壓分流定理求出轉移函數 H(s),再藉由解分子與分母多項式之根,求得系統的零點與極點。 【詳解】 已知:

小題 (二)

使用波德規則(Bode’s rules)繪製轉移函數大小|H()|響應圖,必須標明數值。並且說明此濾波器類型為高通(High-Pass)或低通(Low-Pass)。

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本題測驗被動濾波器的交流分析與波德圖繪製。解題步驟為:首先利用阻抗分壓定理求出轉移函數 H(s),接著整理成標準的零、極點形式,計算轉折頻率與直流/高頻增益;最後依據低頻與高頻的衰減特性判定濾波器種類,並畫出轉折點與斜率明確的波德大小響應圖。

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【解題思路】利用阻抗分壓定理求出 $H(s) = \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}$,整理成標準波德響應形式,並依據低頻與高頻的增益極限判定濾波器類型。 【詳解】 已知:

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