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高考申論題 112年 [醫學工程] 醫用電子學

第 一 題

📖 題組:
三、圖三係一應變(strain)感測電路,其中,AD620為儀表放大器(instrumentation amplifier);OP177為精密運算放大器(precision operational amplifier);AD589為電壓參考IC(voltage reference)。
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

(一)試說明應變規(strain gage)工作原理。(5分)

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看到應變規工作原理,首先聯想「壓阻效應」與電阻物理公式 R=ρ(L/A)。接著說明受力形變(拉伸或壓縮導致長度與截面積改變)如何造成電阻改變,並點出實務上須透過惠司通電橋將電阻變化轉為電壓訊號。

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【破題】 應變規(Strain Gage)主要基於「壓阻效應」(Piezoresistive effect)及材料幾何形變原理運作,可將力學上的機械形變轉換為電氣訊號(電阻變化)。 【論述】

小題 (二)

(二)試說明整個電路的工作原理。(15分)

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看到這類綜合型感測電路題,應採用「模組化拆解法」。先辨識核心感測器(惠斯同電橋),接著找出負責提供能量的「激發電路」(OP177 恆流源),最後分析負責訊號處理的「放大電路」(AD620 儀表放大器)。作答時依序寫出各區塊的運作機制與實務考量(如恆流抗線阻、高 CMRR 抑制雜訊),並點出增益校正的細節。

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【破題】 本電路為一完整的應變感測信號擷取系統,主要由「恆流激發電路」、「惠斯同全橋感測器」及「儀表放大與濾波電路」三大部分組成,旨在將微小的應變物理量轉換為成比例的高位準線性電壓輸出。 【論述】

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