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年公務人員高等考試三級考試試題
類 科：醫學工程
科 目：醫學儀表及測量
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。
代號：38440
頁次：4
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1
一、下圖為由理想運算放大器所組成的生醫信號量測電路，假設所有電阻和電容的數值
均如電路圖所標示，且元件的誤差均可忽略。
請分別畫出差動增益（Differential-mode gain）和共模增益（Common-mode gain）
的頻率響應（Frequency response）。答案中增益的數值以及−3dB 的頻率值應明
確標示。（15 分）
如果此電路是用來量測第二導程（Lead II）的心電信號（Electrocardiogram），
則vA和vB應分別與受測者身體那個部位的電極導線連接？（5分）
vA
vB
vO
4.7 kΩ150 kΩ
10 kΩ
10 kΩ
10 kΩ
22 kΩ
22 kΩ
47 kΩ
47 kΩ3.3 MΩ
3.3 MΩ
0.01
μ
F
+
-
OP1
-
+
OP2
-
+
OP3
-
+
OP4
1
μ
F
代號：38440
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2
二、下圖為一直流電橋量測電路。其中 R1=R2=R3=100 Ω，Rx 為一個應變規（Strain
gage），Rx 具有以下的特性：其原始長度為 10 mm，此時的電阻值為 100 Ω，長度
每增減 0.1 mm，其電阻值也會跟著增減 2 Ω。假設利用此電路來量測會產生最多達
正負 0.2 mm 長度的變化、頻率範圍為 0~15 Hz 的某生理信號，若欲使此生理信號
可以輸入到範圍為正負 5伏特的類比/數位轉換器（Analog-to-digital converter），
則後續所接的信號處理電路（Signal conditioner），其規格應如何訂定？答案中應
明確說明訂定該規格的理由。（15 分）
三、假設一個除顫器（Defibrillator）的設計是透過一個充電電容，直接將電力加注在病
人胸腔的兩個特定部位，假設這兩個部位之間的等效電阻值是 100 Ω，且與該充電
電容並聯。
如果此除顫器可以 5 ms 的時間將 90%的能量加注給病人，則該充電電容的電容
值為何？（5分）
如果該充電電容可以儲存能量最多達 200 焦耳，則該充電電容兩端的電壓值為何？
（5分）
注入病人的電流峰值是多少？（5分）
Vo
10 V
R1
Rx
R2
R3
+
-
Signal
Conditioner
+
-
代號：38440
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3
四、下圖為由三顆理想運算放大器所組成的儀表放大器（Instrumentation amplifier）。
其中，R1=R3=10 KΩ，R2=20 KΩ，R4=50 KΩ。
此電路的差動增益 Ad（Differential-mode gain）=？（5分）
此電路的共模增益 Ac（Common-mode gain）=？（5分）
此電路的共模拒斥比 CMRR（Common-mode rejection ratio）=？（5分）
五、下圖為一實現光電式血管容積變化描記法（Photoplethysmography）的電路。假設
該發光二極體（Light emitting diode）的順向電壓（Forward voltage）為 2伏特，順
向電流（Forward current）為 13 mA。並假設該光電晶體（Phototransistor）的工作
點（Operating point）為 VCE = 1 V，IC = 140 μA。請問：
電路中的 R1和R2應分別採用多大的電阻值才符合需求？（10 分）
假設發光二極體（Light emitting diode）所發出的光線波長可穿透手指，但是會被動
脈內的血液部分吸收。假設動脈的搏動會造成光電晶體（Phototransistor）的電流 IC
有加減 1 μA的變化。若欲將此動脈的搏動信號放大至正負 1伏特的範圍，則 vo之後
應有那些電路？其規格為何？（以方塊圖呈現即可，但是要說明原因。）（10 分）
vA
vB
vO
+
-
+
- +
-
R
1
R
2
R
2
R
3
R
3
R
4
R
4
vo
+
-
R
2
R
1
15 V
手指
V
CE
I
C
發光
二極體 光電晶體
代號：38440
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六、下圖為某一壓電感測器（Piezoelectric sensor）連接電荷放大器（Charge amplifier）
的等效電路。假設該壓電感測器（Piezoelectric sensor）的靈敏度（Sensitivity）K=10-3
庫倫/公尺（C/m）。若是利用此感測器量測最低頻率為 1 Hz、最多僅 1 mm 的位移
信號，若欲使電荷放大器（Charge amplifier）的輸出 vo最多達 -10 伏特，則此電荷
放大器（Charge amplifier）的電阻 R和電容 C應各為多少？（15 分）
vo
+
-
R
C
C
S
R
S
iS
q=Kx
Piezoelectric Senso
r
Charge Amplifie
r