調查局三等申論題
115年
[電子科學組] 電子學與電路學
第 五 題
五、圖五電路中 R = 40 Ω,L = 5 mH,C = 2μF,開關 S 置於直流電壓源 vDC = 1V很久後,於 t = 0 切換至交流電壓源 vAC = sin(ωt) V,ω = 10^4 rad / sec,求出t ≥ 0 之 vC (t),須列出必要的分析數學式。(20 分)
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到本題,首先要辨識出這是一個包含暫態與穩態的「RLC 完全響應(Complete Response)」問題。接著應該分成兩個時間段處理:首先是 $t < 0$ 時,電路處於直流穩態,電感視為短路、電容視為開路,藉此求出電感的初始電流 $i_L(0)$ 與電容的初始電壓 $v_C(0)$。接著是 $t \geq 0$ 時,開關切換至交流源,此時最有效率的方法是使用「拉普拉斯轉換(Laplace Transform)」,將電路轉入 $s$-domain 進行節點分析。利用初始條件建立等效電流源/電壓源,求出 $V_C(s)$ 的轉移函數後,透過部分分式展開(Partial Fraction Expansion)求得反轉換即可得到時域響應 $v_C(t)$。
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【考點分析】 本題考查二階 RLC 電路之完全響應分析。難點在於初始條件的提取,以及在拉普拉斯 $s$ 域中正確建立包含初始狀態之節點方程式,並進行繁雜的部分分式展開反轉換。 【大前提:原理與公式】
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