民國112年 高考三級 農業機械 農業機電與控制收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
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
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。
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)
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
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 （G2 G1 G0） 編碼轉換器之二進制輸出 （B1 B0） 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 B1 B0 G2 G1 G0 D Q C D Q C D Q C R R R R － ＋ － ＋ － ＋