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高考申論題 114年 [電力工程] 電路學

第 一 題

📖 題組:
五、下圖中的放大器以戴維寧等效電路表示,負載則等效為電感串聯電阻。若放大器輸入頻率為10^6 rad/s,請回答以下問題: (每小題5分,共15分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

在此輸入頻率下,負載阻抗 Zload實部與虛部分別為多少?

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考生看到這題應先識別題目所指的「負載」區域,並讀取其包含的元件(電阻與電感串聯)。接著,利用給定的角頻率 ω 計算電感的感抗 XL = ωL,最後將阻抗寫成複數形式 R + jXL,即可直接得出阻抗的實部與虛部。

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【解題關鍵】識別負載區塊元件,並利用交流阻抗公式 Z = R + jωL 進行計算。 【解答】 計算:

小題 (二)

放大器若希望傳輸最大平均功率給負載,圖中電容並聯負載的等效阻抗Z需為多少?

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看到「傳輸最大平均功率」,立刻聯想「最大功率傳輸定理」。在交流電路中,負載端等效阻抗必須與電源端戴維寧等效阻抗達成「共軛匹配」(Z = Z_th*)。本題將電容與原有負載視為一整體等效阻抗 Z,直接找出放大器內阻並取其共軛複數即可得解。

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【解題關鍵】交流最大功率傳輸定理:當負載阻抗等於電源端戴維寧等效阻抗的共軛複數時($Z = Z_{th}^*$),可獲得最大平均功率。 【解答】 計算:

小題 (三)

計算電容值C,使放大器傳輸最大平均功率給負載。

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  1. 觀察電路架構,負載阻抗為定值,電容 C 與負載並聯。要使負載獲得最大平均功率,等同於使並聯區段(即負載兩端)的電壓大小達到最大。
  2. 為了便於計算並聯電路,將負載阻抗轉換為導納,並加上電容導納求出總等效導納。
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【解題思路】將負載阻抗轉換為導納並與電容導納合併,利用分壓定理列出負載端電壓之關係式,藉由令電壓分母的虛部為零來求取最大負載功率之條件。 【詳解】 已知:

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