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112年公務人員高等考試三級考試試題
類 科
：
農業機械
科 目
：
農業機電與控制
考試時間
：
2
小
時
座號
：
※注意：可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
代號：
34580
頁次：
4
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1
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）
圖一
二、考慮一個基本反饋系統（Basic feedback system, BFS），其前向和反饋傳遞
函數分別為 以及 。（每小題10分，共20分）
計算該系統穩定的 K值範圍。
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。
代號：
34580
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2
三、圖二為將一應變計（Strain gauge）設計成自動量測應力或應變之量測系
統。首先將應變計（假設此為電阻式應變計）連接至橋接電路上；之後接
上儀表放大器（Instrumentation amplifier），儀表放大器內含三顆一般放大
器（Operational amplifier, OPA）；最後再透過數據擷取系統（Data acquisition
systems）內之類比轉數位轉換器（A/D converter）轉換成數位訊號，並由
數據採集系統內之程式，將應變計上量測的應力或應變值顯示出來。試說
明：（每小題5分，共20分）
應變計量測應力或應變之原理。
橋接電路之平衡原理。
儀表放大器之原理，其與一般放大器有何不同。
說明此整合電路之整體運作方式。
圖二
儀表放大器
橋接電路 (Bridge circuit)
連接至
ADC
應變計
OPA1
OPA3
OPA2
A
B
(Strain gauge)
代號：
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3
四、給予圖三電路一步階輸入（Stepinput），而當時間 t=0 時，輸出電壓為 0，
即Vout（t = 0）= 0 V。
導出 Vout 與Vin 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）
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）
如果改變此電路，將電阻器與電容器互換，請回答上述與兩子題，
即⑴導出 Vout 與Vin 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）
圖三
代號：
34580
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4
五、圖四電路號稱最快速的 A/D 轉換器（AD converter），又稱之為閃存轉換
器（Flash converter）。它由一組輸入比較器與 D型觸發器（D type flip-flop）
並列操作。
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 Bi。假設輸入電壓 Vin 之範
圍介於 0至4 V。本題之 Vmin 和Vmax 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 Bi
。（14 分）
以布林代數式表示代碼位 Gi和二進制位 Bi之間的關係。（6分）
圖四
表一 2位元閃存轉換器之輸出
電壓範圍 D型觸發器之編碼輸出
（G2G1G0）編碼轉換器之二進制輸出
（B1B0）
Vin=[0 , 1) ① ②
Vin=[1 , 2) ③ ④
Vin=[2 , 3) ⑤ ⑥
Vin=[3 , 4] ⑦ ⑧
Vmax Vin trigger
Vmin comparators latches
code
converter
B
1
B
0
G2
G1
G0
D
Q
C
D
Q
C
D
Q
C
R
R
R
R
－
＋
－
＋
－
＋