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高考申論題 114年 [電力工程] 電路學

第 一 題

一、計算圖中惠斯登電橋與運算放大器電路的 v1、v2、v3電壓值以及 i1、i2的電流值。(25 分)
題目圖片
📝 此題為申論題

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本題考查包含惠斯登電橋與多級運算放大器的直流電路分析。解題時應先假設運算放大器為理想特性(輸入阻抗無限大、存在虛短路),將電路劃分為電橋分壓、電壓隨耦器(緩衝級)及差動放大器三個部分,逐級利用克希荷夫電流定律(KCL)與歐姆定律設立方程式,即可嚴謹求得各節點電壓與支路電流。

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【解題思路】假設所有運算放大器皆為理想特性(輸入電流為零、輸入端具有虛短路特性),依序利用節點電壓法(KCL)分析電橋電路、緩衝器以及末級的差動放大器。 【詳解】 推導:

▼ 還有更多解析內容
📝 電橋與運算放大器分析
💡 利用運算放大器之虛短路與虛斷路特性,分階層化簡電路分析。

🔗 複合放大電路解題因果鏈

  1. 1 前端電橋分析 — 利用虛斷路特性,將電橋左右臂視為獨立分壓算出 v1、v2。
  2. 2 中端緩衝隔離 — 電壓隨耦器將 v1、v2 完整傳遞至後級,並隔離前後級負載影響。
  3. 3 末端差動運算 — 先算非反相端電位 v+,再令 v-=v+,以 KCL 求出 v3。
🔄 延伸學習:延伸學習:若電橋電阻發生微小變化,此架構即為電子秤或壓力計的核心電路。
🧠 記憶技巧:一斷、二短、三 KCL:先用虛斷路分壓,再用虛短路抓電位,最後 KCL 結案。
⚠️ 常見陷阱:最常在計算電橋時誤認為電流會分流進入放大器,忽略了理想放大器輸入阻抗無限大的特性;此外,差動放大器的正負輸入端電位必須相等的特性常被遺忘。
儀表放大器 (Instrumentation Amplifier) 電阻電橋感測器應用 疊加定理於放大電路之應用

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