Tricky Circuit

电阻电容高通滤波器

让快速变化通过

RC 是 Resistor Capacitor,即电阻与电容,它们组成高通滤波器,减弱慢变化并通过快变化。增益是输出正弦波幅度除以输入幅度;赫兹(Hz)表示每秒周期数。纳法拉(nF)是十亿分之一法拉,毫秒(ms)是千分之一秒。

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实验台

改变电路设置,预测读数,再检查挑战结果。这些是教学模型,每课都会说明模型的假设。

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工作原理

无负载的理想稳态正弦模型,输出取自电阻两端。增益是幅度比,不是功率比;不模拟启动或恒定电压的瞬态。

R 是电阻值,C 是电容值,f 是信号频率,fc 是截止频率。fc = 1/(2πRC);增益 = f/√(f² + fc²);时间常数 τ = RC。截止处增益约 70.7%,不是零。

难度
  1. 搭建 · 搭建电路

    开启 10 kΩ、100 nF、100 Hz。读出约 53.2% 增益。

    需要提示?

    R = 10 kΩ; C = 100 nF; f = 100 Hz → 53.2%

  2. 探索 · 改变一个参数

    在 10 Hz 下调节 R 和 C,使增益不超过 10%。

    需要提示?

    R = 10 kΩ; C = 100 nF; f = 10 Hz → 6.27%

  3. 独立解题 · 完成挑战

    在 1000 Hz 下,使增益至少 98%,截止频率在 150–170 Hz。

    需要提示?

    R = 10 kΩ; C = 100 nF; f = 1000 Hz → 98.76%

延伸阅读与电路配方

让快速变化通过

有用的规律

低通电路是串联电阻、电容接 0 V。交换两者位置,仍在下方元件两端取输出,就得到这个高通电路:串联电容、电阻接 0 V。

模型之外

增大 R 或 C 会降低截止频率。同样输入频率下,这个高通滤波器通过的幅度更大。

值得避开的误区

串联电容并不会同样通过所有变化的信号:慢变化仍会被明显减弱。

C 和输入频率不变,R 加倍。高通增益会…

  1. 增大
  2. 减小
  3. 恰好变为 100%
延伸阅读

截止频率减半,同一信号更高于截止频率,因此衰减更少。

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