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司法三等申論題 114年 [檢察事務官電子資訊組] 電子學與電路學

第 一 題

📖 題組:
一、如下為理想運算放大器電路圖,試求:(每小題 10 分,共 20 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

輸出電壓Vo =?

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看到理想運算放大器,首先想到「虛短路 (Virtual Short)」與「虛斷路 (Virtual Open)」兩大特性。利用虛斷路特性(輸入電流為零)分別寫出正負輸入端的節點電壓分壓式,再透過虛短路假設令兩端電壓相等,即可解出輸出電壓。

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【解題思路】利用理想運算放大器的「虛斷路」特性分析輸入端節點電壓,再藉由「虛短路」條件建立方程式以求解輸出電壓。 【詳解】 已知:運算放大器為理想特性,輸入電流 $I_+ = I_- = 0$,且假設其工作於線性區,滿足虛短路條件 $V_+ = V_-$。

小題 (二)

電流I =?

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面對理想運算放大器電路,解題核心在於利用『虛斷路(輸入端電流為零)』與『虛短路(兩輸入端電壓相等)』兩大特性。先求出無回授端的節點電壓,再透過虛短路推得另一端電壓,最後利用 KCL 即可輕鬆求出目標電流。

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【解題關鍵】利用理想運算放大器的「虛短路($V_+ = V_-$)」與「虛斷路($I_+ = I_- = 0$)」特性進行節點電壓分析。 【解答】 計算:

📝 理想運算放大器分析
💡 利用虛短路與虛斷路性質,結合節點電壓法求解電路。

🔗 理想 OPA 申論題解題步驟

  1. 1 判定理想特性 — 設定 $I_+ = I_- = 0$ 且 $V_+ = V_-$。
  2. 2 建立節點電位 — 依分壓或 KCL 寫出 $V_+$ 與 $V_-$ 關於 $V_o$ 的式子。
  3. 3 聯立求出 Vo — 令 $V_+ = V_-$ 解出輸出電壓值。
  4. 4 計算支路電流 — 依 $I = \Delta V / R$ 及指定箭頭方向求出電流。
🔄 延伸學習:延伸學習:若 $V_+ \neq V_-$ 則可能進入飽和區(比較器模式)。
🧠 記憶技巧:虛短虛斷好計算,端點電流入為零,正負壓差看作等,代入歐姆答案明。
⚠️ 常見陷阱:最常在計算電流 $I$ 時忽略題目定義的方向,或是在求端點電壓時忘記 $I_{in}=0$ 的前提而帶入錯誤的分壓比例。
負回授放大器 節點電壓法 非反相放大器 虛地 (Virtual Ground)

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