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電磁學與電磁波
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113年 - 113 專技高考_電子工程技師:電磁學與電磁波#123977
> 申論題
題組內容
二、本題探討利用馬克斯威爾方程組推導自由空間中的電場波動方程式,以及其求解的過程,最後計算出其傳播波速。
(二)在一維平面波的假設,亦即
E
x
( z, t ) ,請化簡(一)中的波動方程式。(5 分)
相關申論題
(三)驗證函數 Ex ( pt-qz ) 是(二)中波動方程式的解,只要兩個參數的比值滿足某一特定關係式(亦即波速),並求出波速的數學表示式。(10 分)〔提示〕:・馬克斯威爾方程組:・向量恆等式:
#527029
(一)一段長度 L 且載有穩定電流 I 的導線,假設該導線置於均勻磁場中,已知導線上微量長度 dl 所受的微量磁力可表示如下:請推導出導線所受的總磁力數學式。(3 分)
#527030
(二)如圖一所示,一個邊長為 L 的正方形電流迴路(電流為 I)置於均勻磁場中。請計算左、右兩段導線()所受的磁力,並證明其大小相等且方向相反。(8 分)
#527031
(三)繼續子題(二),請計算上、下兩段導線()所受的磁力,再計算這四段導線所受磁力的合力與合力矩。(14 分)〔提示〕:力矩的公式
#527032
四、考慮純量場 G=∇• (Φ ) ,其中Φ是任意可微分之純量場,且∇2Φ=0(稱Φ為調和函數);又是靜電場,滿足 ∇✖=0 。假設某一區域 V 是邊長為 a 的立方體,該立方體的邊界外表面為 S,且假設邊界S上電位φ為零,請計算純量場 G 在區域 V 的體積分值Gdv。(25 分)〔說明〕:必須利用以下散度定理和電磁學基本定律等進行推導與計算,否則不予計分。・散度定理:・電場與電位的關係: = -∇φ・靜電場滿足高斯定律: ∇ • = =0 (設區域 V 內無電荷)・向量恆等式:
#527033
一、圖一放大器 VCC = +5.5 V,電晶體β = 24,ro → ∞,電晶體熱電壓(thermal voltage)VT = 24 mV,Rs = 2 kΩ,RB = 25 kΩ,RC = 1.2 kΩ,RE = 1 kΩ,RL = 6 kΩ。求算偏壓電流 ICQ 以及小訊號電壓增益 Av = vo/vs。(20 分)
#527034
二、積體電路(IC)放大器含三級放大器如圖二,圓圈內數字為接腳編號。電壓增益 A1 = –10 V/V,A2 = –999 V/V,A3 = +1 V/V,Rin = 1 MΩ,Zo1 = Ro1//Co1,Zo2 = Ro2//Co2,Ri2 = 4Ro1 = 100 kΩ,Ri3 = 4Ro2 = 10 kΩ,Ro3 = RL= 1kΩ,Co1= 5Co2= 5 pF。以最小值之外接電容 C,設計Av = vo/vin 頻率響應之高頻 3dB 極點落於 ωp = 105rad/sec。求算低頻之電壓增益 Av = vo/vin。電容 C 應接於何處?說明其理由,並求算該電容之值。(20 分)
#527035
三、圖三(a) MOSFET kn' = 2.5kp' = 250 μA/V2,Vtn = –Vtp = 0.5 V,各晶體之(W/L)值以及 NMOS 電流 iD 公式如圖三(b)。VDD = VSS = 2.5 V,vS 為小訊號輸入。當 vS = 0,求算 iD1、iD5,與 Q5、Q6 閘極之電位差 VGG = VG5 – VG6。當 vS> 0且 iL = 9 mA,此電流全由 Q5供應,所對應 vO 之上限值為何?(20 分)
#527036
四、運算放大器(OPAmp)之輸出電阻 Ro= 0,開路增益 A,輸入電阻 Ri,並以此 OPAmp 設計回授放大器如圖四(a),其閉迴路增益 Av 與輸入電阻Zs(不含 R1)之定義如圖四(b)。此放大器之回授為正或負?推導圖四(b)中 Ax 與 Rx 之數學式,兩者均為A 與 Ri 的函數。(20 分)
#527037
五、圖五(a)與圖五(b)之數位輸入分別為 A 、 B 與 X 、 Y,兩電路之輸出Q 與。請建立 A、B 與 Q 關係之真值表。請建立 X、Y 與 Q 關係之真值表。兩電路的操作功能類似 SR 閂鎖(SR latch),S = set(設定),R = reset(重置)。選定圖五(a)、(b)兩電路的輸出 Q 與 SR latch 的輸出 Q 完全相同,則 A、B、X、Y 各與 S、R 的關係為何?(20 分)
#527038
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