申論 1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
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弱點分析
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申論 2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）㈠計算該系統穩定的K 值範圍。㈡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。
申論 3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 acquisitionsystems）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）㈠應變計量測應力或應變之原理。㈡橋接電路之平衡原理。㈢儀表放大器之原理，其與一般放大器有何不同。㈣說明此整合電路之整體運作方式。儀表放大器OPA1連接至OPA3ADCOPA2應變計(Strain gauge)AB橋接電路(Bridge circuit)圖二
申論 4給予圖三電路一步階輸入（Step input），而當時間t = 0 時，輸出電壓為0，即V（t = 0）= 0 V。out㈠導出V 與V 之關係方程式（時域）。並判斷此為積分電路或微分電outin路？另，要成為積分電路或微分電路有什麼構成條件？（6 分）㈡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）㈢如果改變此電路，將電阻器與電容器互換，請回答上述㈠與㈡兩子題，即⑴導出V 與V 之關係方程式（時域）。並判斷此為積分電路或微outin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
申論 5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。㈠請填入並完成表一①～⑧每個D 型觸發器之輸出代碼G和相應的編碼i轉換器（Code converter）之二進制輸出狀態B。假設輸入電壓V 之範iin圍介於0 至4 V。本題之V 和V 之電源電壓分別設為0 V 和4 V。minmaxD 型觸發器的輸出G經過編碼轉換器轉換為二進制兩位輸出B。（14 分）ii㈡以布林代數式表示代碼位G 和二進制位B 之間的關係。（6 分）iiVmaxVintriggerR－G2DQ＋RCB1－G1DQ＋RCB0－G0DQ＋codeRCconverterlatchesVmincomparators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編碼轉換器之二進制輸出（G G G）（B B）V=[0 , 1)①②inV=[1 , 2)③④inV=[2 , 3)⑤⑥inV=[3 , 4]⑦⑧in