112年 - 112 高等考試_三級_農業機械：農業機電與控制#115668

一、農業自動化系統的工作環境較一般工業界的工廠環境差，控制器外接設備有干擾，或外部負載變動大，可能影響控制器的運作，甚至造成毀損，因此在設計介面電路時需要加入保護功能。假設透過控制器的通用輸入/輸出GPIO（General-purpose input/output）的引腳（PIN），輸出訊號以驅動LED燈亮或滅時，如圖一電路所示，此電路不具保護功能，若外部有突波干擾，可能傷及控制器。試加入一顆NPN電晶體元件於該電路中，重新設計完成一具有保護作用的電路，並繪圖說明何以所設計的電路具有保護功能。（20分）

(一)計算該系統穩定的 K 值範圍。

(二)試繪製相對應的根軌跡圖（Root locus），並由根軌跡圖中指出此閉迴路系統只要 K 值落在上述範圍內即穩定，範圍之外則不穩定。

(一)應變計量測應力或應變之原理。

(二)橋接電路之平衡原理。

(三)儀表放大器之原理，其與一般放大器有何不同。

(四)說明此整合電路之整體運作方式。

(一)導出 V_out 與 V_in 之關係方程式（時域）。並判斷此為積分電路或微分電路？另，要成為積分電路或微分電路有什麼構成條件？（6 分）

(二)請從頻域的轉移函數判斷此為低通或高通濾波器？其截止頻率為何？（6 分）

(三)如果改變此電路，將電阻器與電容器互換，請回答上述(一)與(二)兩子題，即⑴導出 V_out 與 V_in 之關係方程式（時域）。並判斷此為積分電路或微分電路？另，要成為積分電路或微分電路有什麼構成條件？⑵從頻域的轉移函數判斷此為低通或高通濾波器？其截止頻率為何？（8 分）

(一)請填入並完成表一①～⑧每個 D 型觸發器之輸出代碼 Gi 和相應的編碼轉換器（Code converter）之二進制輸出狀態 B_i。假設輸入電壓 V_in 之範圍介於 0 至 4V。本題之 V_min和 V_max之電源電壓分別設為 0 V 和 4 V。D 型觸發器的輸出 Gi 經過編碼轉換器轉換為二進制兩位輸出B_i。（14 分）

(二)以布林代數式表示代碼位 G_i 和二進制位 B_i 之間的關係。（6 分）

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