【题目编号】MC1-1161
【题目】下列电路具备的功能是:
【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
本题图仍是一节电感电容低通滤波器,但并联臂的位置换到了输出端:线圈先串在信号通路上,电容接在输出节点与地之间。答案同样是低通滤波。识图时只要确认串联臂是电感、并联臂是电容,方向就定了;这道题值得多花笔墨的是并联臂所面对的阻抗,以及它与上游并联那种摆法的差别。
线圈先挡、电容后引
信号从输入端进来先穿过串联线圈。线圈的感抗 XL = 2πfL 随频率升高而增大,高频分量在它上面遇到大阻抗,被挡在通路上的多;低频分量感抗很小,几乎无阻碍地通过。经过线圈之后,输出节点上还跨接着一只电容,容抗 Xc = 1/(2πfC) 随频率升高而减小,把漏过来的高频残余成分从输出节点引向地线。两级动作一先一后:串联臂负责削减高频,并联臂负责清尾,输出端的高频分量被压低,低频照常通过。
两只元件的分工可以套用一句话:电感的阻抗与频率同向增长,电容的阻抗与频率反向下降。凡是串联电感加并联电容的组合,两条臂都在削弱高频,因此必是低通;反过来,串联电容加并联电感必是高通。识图时不必算数值,先认这两处元件的种类,结论就已经出来了。
并联臂靠负载侧意味着什么
并联电容站在输出节点这一侧,它看到的阻抗是负载阻抗与后级输入阻抗的并联值。负载阻抗越高,这只电容的分流效果越明显——同样大小的容抗,对高阻抗负载能分走更大比例的电流。反过来,若负载阻抗很低,并联电容的作用被压低,滤波效果变差,这也是设计时要按实际负载阻抗选元件的原因。上游并联与下游并联这两张镜像图在理论频响上一致,落到具体电路里选哪一张,取决于信号源阻抗与负载阻抗哪个更高,把并联臂朝向高阻抗那一侧更有利。
通带内的损耗是另一个值得一提的地方。构成滤波器的电感与电容都是电抗元件,理想情况下不消耗能量,所以电感电容低通在通带里几乎不引入插入损耗(insertion loss),只有线圈的绕线电阻带来一点实际损耗。这一点与电阻电容低通不同,后者靠电阻分压实现,通带里天然存在固定损耗。发射机输出端之所以偏爱电感电容低通,正是因为它既压谐波又不白耗功率。转折频率与元件乘积的平方根成反比:取十微亨配一百皮法,按对称网络常用的 1/(π√(LC)) 估算约十兆赫;元件取大,转折频率降低。
逐项辨析
选项 A 正确。串联线圈阻碍高频通过,输出节点的并联电容把高频残余引向地线,两条臂一致抑制高频、放行低频,属于低通滤波。
选项 B 错误。带通滤波器需要两个转折频率,把低频与高频同时挡掉,只留中间一段。它通常由一节高通与一节低通级联而成,或者由谐振回路构造。本题的两只元件只形成一个转折点,通带贴着低频一侧,不存在第二个转折频率,无从构成带通。
选项 C 错误。高通的标志是串联臂用电容、并联臂用电感。本题串联臂是线圈、并联臂是电容,恰好把两者调换。有人一看到图里出现电容就联想到高通,其实电容摆在并联臂上时它引走的是高频电流,作用方向与高通相反。
选项 D 错误。过流保护要靠检测电流的元件(采样电阻、电流互感器)与执行断开动作的器件(熔断器、继电器、开关管)配合完成,判断依据是电流的大小,与频率没有关系。图里只有一只线圈和一只电容,既不测电流也不断电路。
易混淆点:低通滤波器与谐振陷波电路
同样是电感加电容,摆法不同,结果完全不同。本题两只元件分处两条臂,串联臂是电感、并联臂是电容,形成的是低通。如果把电感与电容串成一条支路并跨接在通路上,就构成串联谐振陷波器:谐振频率上这条支路的阻抗极低,把该频率的信号短路掉,形成一个窄陷波。把电感与电容并成一条支路再串进通路,则是并联谐振,谐振频率上呈现极高阻抗,把该频率挡住。低通滤波器的抑制范围是从转折频率往上一整片,陷波器只针对一个窄频段;前者靠电抗随频率的连续变化,后者靠谐振。做题时看清元件是在两条臂上分工、还是组成谐振回路,就不会混淆。
应试要点
串联电感加并联电容就是低通,与并联臂摆在输入侧还是输出侧无关;并联臂朝向阻抗高的一侧效果更好。电感电容网络通带内几乎不引入插入损耗,适合放在发射机输出端压谐波。转折频率随电感与电容乘积的平方根反比移动。选项里凡提到带通、高通、过流保护的,按元件种类与是否具备检测、执行环节这两条逐一排除。