普考申論題
114年
[電子工程] 電子儀表概要
第 三 題
三、圖三有多個電路方塊：輸入電壓 v(t)與電流 i(t)、數位顯示電路、低通濾
波器、低雜訊放大器、負載 ZL、電流感測器、數位加法器、數位乘法器、
類比－數位轉換 A/D、數位－類比轉換 D/A 等。負載端電壓與流入負載
電流分別為 vL(t)與 iL(t)。組合上述必要方塊成為數位顯示的直流功率量
測系統，可數位顯示負載 ZL所消耗的直流功率 P(t)，試繪圖說明之。圖
三中各方塊可以重複使用，亦可不用。（20 分）
圖三
波器、低雜訊放大器、負載 ZL、電流感測器、數位加法器、數位乘法器、
類比－數位轉換 A/D、數位－類比轉換 D/A 等。負載端電壓與流入負載
電流分別為 vL(t)與 iL(t)。組合上述必要方塊成為數位顯示的直流功率量
測系統，可數位顯示負載 ZL所消耗的直流功率 P(t)，試繪圖說明之。圖
三中各方塊可以重複使用，亦可不用。（20 分）
圖三
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到此題，首先應聯想到直流功率的基本定義公式 P = V_DC × I_DC。解題的關鍵在於建立『電壓』與『電流』兩條訊號處理路徑：先在類比域使用低通濾波器(LPF)萃取出直流成分，電流感測微弱訊號需加上低雜訊放大器(LNA)放大，接著分別進入A/D轉換器數位化，最後利用數位乘法器將兩者相乘並送至數位顯示器。畫圖時以『訊號流向』為主軸，邏輯就會非常清晰。
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【破題】 直流功率的量測核心在於分別取得負載兩端的「直流電壓」與流經負載的「直流電流」，其公式為 $P = V_{DC} \times I_{DC}$。本系統利用雙通道（電壓路徑與電流路徑）進行訊號調理，經數位化後相乘並顯示。 【論述】
▼ 還有更多解析內容
數位直流功率量測系統
💡 利用並聯電壓與串聯電流感測，經濾波萃取直流成分後數位化相乘。
🔗 數位功率量測訊號處理鏈
- 1 訊號擷取 — 並聯取得電壓 $v_L(t)$，串聯感測電流 $i_L(t)$
- 2 類比調理 — LNA 放大電流訊號，LPF 濾除雜訊萃取直流成分
- 3 數位轉換 — 使用兩組 A/D 轉換器將類比直流訊號數位化
- 4 數位運算 — 數位乘法器執行 $P = V_{DC} \times I_{DC}$ 運算
- 5 結果輸出 — 將計算結果傳送至數位顯示電路呈現功率值
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🔄 延伸學習：延伸學習：了解為何此系統中加法器與 D/A 轉換器為非必要方塊。
