鐵路人員考試高員三級-電子工程電子學大意104 年第 36 題單選題
下列為一被動式濾波器(Passive filter),試研判此電路是何種濾波器?
A低通濾波器
B高通濾波器
C帶通濾波器
D全通濾波器正確答案
D正確答案
此電路為橋式結構,經推導其電壓轉移函數大小與頻率無關(恆為0.5),僅改變信號相位,故為全通濾波器。
為什麼答案是 D
計算轉移函數 Vo/Vi = 0.5 * (1 - jωR2C) / (1 + jωR2C),其大小(Magnitude)恆為 0.5,代表所有頻率的信號通過時振幅衰減皆相同,僅相位發生改變,此為全通濾波器的標準特徵。
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完整詳解
Pro · 無限重點 此電路為橋式結構,經推導其電壓轉移函數大小與頻率無關(恆為0.5),僅改變信號相位,故為全通濾波器。
代入極端頻率測試:直流(ω=0)時電容開路,Vo=0.5Vi;高頻(ω=∞)時電容短路,Vo=-0.5Vi。兩者增益大小皆為0.5,振幅不隨頻率衰減,即為全通濾波器。
逐選項分析
A✕ 陷阱
若只看右半邊的 RC 電路並取電容兩端電壓,確實是低通濾波器。但本題 Vo 是取左右兩支路的電位差,高頻時增益大小仍為0.5,並未衰減至零,故非低通。
B✕
高通濾波器在直流(低頻)時的增益應趨近於零,但此電路在直流時增益為0.5,故非高通濾波器。
C✕
帶通濾波器在極低頻與極高頻的增益皆應趨近於零,僅允許特定中頻段通過。此電路全頻段增益皆為0.5,不符合帶通特性。
D✓ 正確
計算轉移函數 Vo/Vi = 0.5 * (1 - jωR2C) / (1 + jωR2C),其大小(Magnitude)恆為 0.5,代表所有頻率的信號通過時振幅衰減皆相同,僅相位發生改變,此為全通濾波器的標準特徵。
常見理想濾波器特性比較
| 濾波器類型 | 低頻 (ω→0) 增益 | 高頻 (ω→∞) 增益 | 主要功能 |
|---|
| 低通 (LPF) | 最大 (通常為1) | 趨近於 0 | 濾除高頻雜訊,保留低頻信號 |
| 高通 (HPF) | 趨近於 0 | 最大 (通常為1) | 阻擋直流,保留高頻信號 |
| 帶通 (BPF) | 趨近於 0 | 趨近於 0 | 僅讓特定頻率範圍的信號通過 |
| 全通 (APF) | 常數 K | 常數 K | 不改變振幅,僅用於調整信號相位 (相移) |
考生極易犯的錯誤是「見樹不見林」,只看到右半邊的 R2 與 C 串聯,就直覺認定是低通濾波器。必須注意輸出電壓 Vo 的正負端標示,它是跨接在兩個分壓節點之間,必須列出完整的節點電壓方程式相減,才能看出全貌。