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MC1-1160-下列电路具备的功能是

MC1-1160 考电感电容单级低通滤波器:电容跨接在输入节点与地之间,线圈串在信号通路上,两条臂都削弱高频,故为低通滤波。文章讲清感抗与容抗随频率的反向变化、并联臂摆在信号源一侧的讲究、转折频率的量级,并逐项排除带通、高通与过流保护三种说法。

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【题目编号】MC1-1160

【题目】下列电路具备的功能是:

MC1-1160 题图:低通滤波电路

【答案】A

[A]低通滤波

[B]带通滤波

[C]高通滤波

[D]过流保护

考点速览

本题图是电感电容组成的单级低通滤波器:一只电容在输入节点跨接到地,一只线圈串在信号通路上。答案判为低通滤波。与那些只换一个元件的图形相比,这道题的看点在于两条臂都是电抗元件——电容与电感的阻抗随频率变化的走向正好相反,认准这一点,低通与高通就不会看反。

感抗与容抗是一对反向的频率阀门

电感(inductor)的感抗(inductive reactance)写作 XL = 2πfL,与频率成正比:频率越高感抗越大,直流下感抗为零,线圈等于一根导线。电容的容抗则与频率成反比,高频下趋近短路,直流下等于断路。把这两个式子并排放在一起,就得到识图的全部依据——电感在高频上像一堵墙,电容在高频上像一扇门。

本题的串联臂是线圈。信号从输入端流向输出端必须穿过它,而它对高频呈现大阻抗,高频分量在它上面被拦下一部分,低频分量则轻松通过。并联臂是电容,接在输入节点与地线之间,它把高频电流就近引向地线,让高频绕开后面的电路。两条臂分工不同,指向却一致:都在削弱高频、放行低频。

输入端先并电容再串线圈的安排

看这张图要留意并联臂的位置在信号走向的上游。信号先遇到跨接在输入节点上的电容,再穿过串联线圈。元件数值相同时,这一顺序与「先串线圈、后并电容」的镜像排布在频响上几乎等价,差别落实在阻抗匹配上:并联电容靠近信号源一侧,相当于给源端一只对高频短路的分流支路,适合源阻抗较高的场合;并联臂挪到负载侧,则更适合负载阻抗较高的场合。工程上把并联臂朝向阻抗较高的一侧,旁路效果更明显。

元件取值决定转折频率落在哪里。电感与电容的乘积越大,转折频率越低。取十微亨配一百皮法,按对称网络的常用算式 1/(π√(LC)) 估算,转折频率约十兆赫,正是业余短波波段关心的量级;换成一百微亨配一百皮法,转折频率降到约三点二兆赫。这类低通电感电容网络在发射机输出端很常见,用来压低二次、三次谐波,把发射频谱约束在允许的范围内。

逐项辨析

选项 A 正确。串联线圈在高频呈现大感抗、阻挡高频通过,输入节点的并联电容又把高频就近旁路入地,两条臂共同抑制高频、放行低频,判定为低通滤波。

选项 B 错误。带通滤波要同时挡住更低的频率与更高的频率,只放中间一段通过,等效于一节高通与一节低通串接,或者由谐振回路实现。本题的两只元件指向同一个方向,通带落在低频一侧,属于只挡高频的低通,看不出两个转折点。

选项 C 错误。高通滤波要求串联臂是电容、并联臂是电感,也就是靠串联臂挡低频、靠并联臂把低频引走。本题把两者对调了:串联的是线圈,并联的是电容。检查方向时只看高频那条线索就够——高通要让高频顺利通过,而本题串联线圈对高频正是一堵墙,所以绝不可能是高通。

选项 D 错误。过流保护电路要靠采样元件测电流、靠熔断器或开关器件切断回路,属于保护功能,与频率选择无关。本题只有电感和电容这两只无功元件,它们不消耗能量、不检测电流,也不可能开断电路。把这张图理解成保护电路,等于把它归进了完全不同的电路门类。

易混淆点:L 形网络把并联臂摆在哪一头

把并联臂从输入节点挪到输出节点,拓扑就变成镜像的另一种排布,频响类型不变,仍然都是低通。真正要分清的不是这对镜像,而是「串联臂换电容」这一变体:一旦串联臂变成电容、并联臂变成电感,整张图的频响立刻从低通翻成高通。做题时如果只记元件数量与位置形状,很容易在这种只差一只元件的题目上掉头。

还有一层容易混的是 L 形网络与 T 形、π 形网络的阶数差别。本题只有两只电抗元件,是一节 L 形网络,阻带衰减斜率约每十倍频程四十分贝;对称 T 形与 π 形网络多一只元件,靠更多的电抗元件把斜率做得更陡,代价是元件数量、损耗与体积都增加。见到三只电抗元件、呈现出两个串联臂或两个并联臂的图形,就该往 T 形或 π 形的思路上想。

应试要点

记住两条:电感在高频像墙、在低频像导线;电容在高频像门、在低频像断路。串联电感加并联电容就是低通,串联电容加并联电感就是高通,与并联臂摆在输入侧还是输出侧无关。转折频率随电感与电容乘积的平方根反比移动,十微亨配一百皮法约在十兆赫量级,元件取值越大转折频率越低。选项里凡是谈过流保护、限幅、整流的,先排除。

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