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MC1-1164-下列电路具备的功能是

MC1-1164 考串联电容加并联电阻组成的高通滤波电路:电容对低频呈大容抗、把低频挡住,对高频近乎短路,故为高通滤波。文章讲清两个臂在频率选择上的分工、转折频率的算法与低频衰减斜率、高通滤波的实际用途,并辨析低通、带通与过流保护三个选项。

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【题目编号】MC1-1164

【题目】下列电路具备的功能是:

MC1-1164 题图:高通滤波电路

【答案】A

[A]高通滤波

[B]低通滤波

[C]带通滤波

[D]过流保护

考点速览

本题图是一只电容串在信号通路上,一只电阻从电容之后的节点跨接到地。串联臂是电容、并联臂是电阻,答案判为高通滤波。看到电容又看到电阻,容易想起那种电容并联对地的低通网络,但本题把电容挪到了串联臂上,作用方向随之整个调转。识图的关键不在元件种类本身,而在元件挂在哪条臂上。

串联电容挡低频、并联电阻是负载

电容的容抗写作 Xc = 1/(2πfC),与频率成反比。直流与低频下容抗极其可观,对信号近似断路,低频分量根本过不去;频率升高后容抗迅速下降,高频分量几乎无阻碍地通过。串联臂上摆一只电容,等于在通路上设了一道只放高频的闸门,这是高通滤波最核心的一环。

并联臂上的电阻是另一回事。电阻的阻值与频率无关,它对各个频率一视同仁,本身不做频率选择,在这里承担的是负载的角色:为电容提供一个确定的充放电回路,与电容一起决定转折频率落在哪里。若把这只电阻换成线圈,就得到电感电容配合的一节高通,效果更强,但元件更贵、体积更大。电阻充当负载的版本结构最简,常见于级间耦合与干扰抑制。

转折频率与低频衰减

这一节电路的转折频率由串联电容与并联电阻的乘积决定,写成 f_c = 1/(2πRC)。电阻取十千欧、电容取一纳法,算得约十六千赫;低于这个频率的信号每降低十倍,输出就衰减到十分之一,也就是每十倍频程二十个分贝。高于转折频率的信号基本原样通过,通带内的损耗只来自负载分压,量级不大。想让转折频率更低,把电容或电阻取大即可:同样的十千欧配上十微法,转折频率降到约一点六赫兹的量级,几乎整个音频范围都能通过。

高通滤波在业余无线电里的用处很具体。音频链路上用它压掉低频的交流声与机械振动引起的杂音;接收机在低波段工作时,用它削弱中波广播那种频率低、场强又高的强信号,减轻前端被压制;级间耦合处用它隔离前后两级的直流电位,只把交流信号送过去。这些用途的共同点是让有用信号的高频部分顺利通过,把低频的干扰与直流挡在外面。

逐项辨析

选项 A 正确。串联电容对低频呈现大容抗、近似阻断,对高频呈现小容抗、近似短路;并联电阻对频率不敏感,只当作负载与放电回路。整节网络通高频、阻低频,判定为高通滤波。

选项 B 错误。低通的标志是串联臂用电感、并联臂用电容:串联电感挡高频、并联电容引走高频。本题把两者的位置与种类都换了,电容在串联臂上挡的是低频,电阻在并联臂上也不起旁路高频的作用,两条臂的方向都指向高通,与低通正好相反。

选项 C 错误。带通滤波器要同时挡住更低的频率与更高的频率,需要两个转折频率,通常由一节高通与一节低通级联而成。本题只有一只电容与一只电阻,只形成一个转折点,高频一侧没有任何衰减机制,形不成两个边界的通带。

选项 D 错误。过流保护是保护功能,要靠采样电阻或电流互感器检测电流、靠熔断器或开关器件切断回路,判据是电流大小,与频率无关。本题的电阻是信号通路上的负载,不是电流采样元件,电路里也没有任何执行切断的器件。

易混淆点:高通滤波器不放大信号

名字里的高字容易让人误会,以为高通就是把高频信号抬上去。滤波器的本质是选择性衰减:它只能把某些频率压下去,不会凭空把另一些频率放大。高通滤波在通带里的增益最大也就是接近一,实际还要扣掉元件与负载带来的插入损耗;它的效果体现在低频段被压得比高频段低多少,也就是两者的相对差距。信号强度不够要靠放大器解决,滤波器解决的是频率成分的比例问题。

另一处值得点出来的是单只串联电容与后级阻抗的关系。一个串联电容加上它后面电路的输入阻抗,本身就已经构成一节高通,这正是耦合电容会把低音削弱、电容选小了低频就显得单薄的道理。把耦合电容的容量按最低工作频率的容抗来核算,与按高通滤波器的转折频率来设计,说的是同一件事的两种说法。

应试要点

串联电容加并联电阻是高通,串联电容加并联电感也是高通;低通则是串联电感加并联电容。转折频率按 f_c = 1/(2πRC) 估算,十千欧配一纳法约十六千赫,一阶网络在阻带的斜率约每十倍频程二十分贝。高通滤波只压低低频、不放大高频,通带增益接近一。选项里涉及保护、整流、限幅的,先按功能门类排除。

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