初考-電子工程基本電學大意113 年第 30 題單選題
如圖所示之 RL 電路,在時間 t=0 時 SW 閉合,當 t=0.2 秒時,求跨於電阻兩端之電壓約為多少伏特(V)?(常用近似值:e−1=0.369,e−2=0.135,e−3=0.05,e−4=0.02,e−5=0.01)
B正確答案
RL串聯電路SW閉合後,VR(t)=V(1-e^(-t/τ)),τ=L/R=0.1s,t=0.2s時代入e^(-2)=0.135得VR≈86.5V
為什麼答案是 B
圖示電路:V=100V、R=10Ω、L=1H串聯。τ=L/R=1/10=0.1s。VR(t)=100×(1-e^(-t/0.1)),t=0.2s時VR=100×(1-e^(-2))=100×(1-0.135)=86.5V,正確
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完整詳解
Pro · 無限重點 RL串聯電路SW閉合後,VR(t)=V(1-e^(-t/τ)),τ=L/R=0.1s,t=0.2s時代入e^(-2)=0.135得VR≈86.5V
τ=L/R=1/10=0.1s;t/τ=0.2/0.1=2;VR=100×(1-e^(-2))=100×(1-0.135)=100×0.865=86.5V,選B
逐選項分析
A✕
98V對應e^(-0.2)≈0.02,即t/τ≈0.2,但本題τ=0.1s,t=0.2s時t/τ=2,代入後結果應為86.5V,非98V
B✓ 正確
圖示電路:V=100V、R=10Ω、L=1H串聯。τ=L/R=1/10=0.1s。VR(t)=100×(1-e^(-t/0.1)),t=0.2s時VR=100×(1-e^(-2))=100×(1-0.135)=86.5V,正確
C✕ 陷阱
75V可能誤用VL(t)=100×e^(-2)錯算為VR,或誤判τ值。VL=100×e^(-2)=13.5V;VR=86.5V,兩者不可混淆
D✕ 陷阱
52.5V接近100×(1-e^(-1))×0.865等錯誤組合,或誤以τ=0.2s代入e^(-1)=0.369得100×(1-0.369)=63.1,均不符合本題正確計算
RL串聯電路暫態公式對照
| 物理量 | 公式 | t=0時 | t=∞時 | 本題t=0.2s |
|---|
| 電流i(t) | V/R×(1-e^(-t/τ)) | 0 A | 10 A | 8.65 A |
| 電阻電壓VR(t) | V×(1-e^(-t/τ)) | 0 V | 100 V | 86.5 V |
| 電感電壓VL(t) | V×e^(-t/τ) | 100 V | 0 V | 13.5 V |
| 時間常數τ | L/R | — | — | 0.1 s |
考生最常犯錯:將VR與VL公式對調。VR用(1-e^(-t/τ))從0爬升,VL用e^(-t/τ)從最大值衰減。另一陷阱是誤算τ:τ=L/R=1H÷10Ω=0.1s,而非L×R或其他組合,導致t/τ計算錯誤,選到錯誤的e次方值。