高考申論題
112年
[醫學工程] 醫用電子學
第 一 題
📖 題組：
五、簡易脈動血氧濃度計（pulse oximeter）的工作原理係藉由分別量測指端組織內兩個不同波長（例如660 nm與940 nm）光波的吸收（或穿透）程度，經由此兩輸出訊號的再運算而得。
五、簡易脈動血氧濃度計（pulse oximeter）的工作原理係藉由分別量測指端組織內兩個不同波長（例如660 nm與940 nm）光波的吸收（或穿透）程度，經由此兩輸出訊號的再運算而得。
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
(一)試繪製一電路系統方塊圖並說明之。（6分）
思路引導 VIP
看到脈動血氧濃度計，首先聯想光學感測的信號傳遞路徑：「發光(LED) → 組織吸收(指端) → 檢光(光電二極體) → 類比前端處理(I-V轉換、濾波放大) → 數位運算」。解題時應依序以文字或方塊描述各功能階層，並針對雙波長(660nm/940nm)的交替驅動與交流/直流(AC/DC)信號分離機制進行重點說明。
小題 (二)
(二)設計一光源模組（含發光元件與該驅動電路），以確保兩光源具有穩定的光輸出強度。（7分）
思路引導 VIP
看到血氧計光源設計題，首先應聯想到LED的發光強度與其『順向電流』成正比。因此，確保穩定光輸出的核心是設計一個『恆流源（Constant Current Source）驅動電路』，並結合『分時多工』技術讓雙波長LED交替發光。解題時需具體描述利用運算放大器與電晶體構成的電壓控制電流源（VCCS），並列出電流推導公式以展現工程分析能力。
小題 (三)
(三)設計一光感測模組（含感測器與感測電路）。（7分）
思路引導 VIP
血氧計的接收端核心任務是將『光訊號』精準轉換為『電訊號』，首選線性度佳的光二極體（Photodiode）。由於光二極體輸出為極微弱的光電流，感測電路必須設計為『轉阻放大器（Transimpedance Amplifier, TIA）』來進行電流-電壓（I-V）轉換，並需考慮回饋電容以穩定電路。