2025年电气工程分立元件滤波电路试题及答案.doc

2025年电气工程分立元件滤波电路试题及答案

一、选择题（每题3分，共30分）
1. 以下哪种滤波器能有效滤除低频信号，保留高频信号？（ ）
A. 低通滤波器
B. 高通滤波器
C. 带通滤波器
D. 带阻滤波器
答案：B
解析：高通滤波器的作用是让高频信号通过，抑制低频信号，所以能有效滤除低频信号，保留高频信号。

2. 对于一阶RC低通滤波器，其截止频率fc与R、C的关系是（ ）
A. fc = 1/(2πRC)
B. fc = 2πRC
C. fc = 1/(πRC)
D. fc = πRC
答案：A
解析：这是一阶RC低通滤波器截止频率的基本公式。

3. 若要设计一个中心频率为10kHz的带通滤波器，应选用（ ）
A. 低通滤波器和高通滤波器串联
B. 低通滤波器和高通滤波器并联
C. 带阻滤波器
D. 无法实现
答案：A
解析：低通滤波器和高通滤波器串联可以构成带通滤波器，通过合理选择参数可实现中心频率为10kHz的带通滤波。

4. 二阶RC低通滤波器相比一阶RC低通滤波器，其滤波效果（ ）
A. 更差
B. 一样
C. 更好
D. 不确定
答案：C
解析：二阶RC低通滤波器比一阶的滤波特性更好，对信号的衰减和相位失真控制更优。

5. 某滤波器的幅频特性曲线在低频段和高频段都接近0dB，中间频段接近常数dB值，该滤波器是（ ）
A. 低通滤波器
B. 高通滤波器
C. 带通滤波器
D. 带阻滤波器
答案：D
解析：带阻滤波器在通带内信号基本无衰减，在阻带内信号被强烈衰减，符合题目描述。

6. 在分立元件滤波电路中，电容的主要作用是（ ）
A. 通直流阻交流
B. 通交流阻直流
C. 储存电荷
D. 消耗电能
答案：B
解析：电容在滤波电路中主要起通交流阻直流的作用，对不同频率的信号进行筛选。

7. 一阶RC高通滤波器的传递函数为（ ）
A. H(s)=1/(1 + sRC)
B. H(s)=sRC/(1 + sRC)
C. H(s)=1/(1 - sRC)
D. H(s)=sRC/(1 - sRC)
答案：B
解析：这是一阶RC高通滤波器传递函数的标准形式。

8. 设计一个截止频率为5kHz的低通滤波器，R = 10kΩ，则C的值约为（ ）
A. 3.18nF
B. 31.8nF
C. 318nF
D. 3.18μF
答案：A
解析：根据fc = 1/(2πRC)，可算出C = 1/(2πfcR) = 1/(2π×5000×10000)≈3.18nF。

9. 带通滤波器的带宽与（ ）有关。
A. 中心频率
B. 截止频率
C. 品质因数
D. 以上都有关
答案：D
解析：带通滤波器的带宽与中心频率、截止频率以及品质因数都有关系。

10. 以下哪种电路结构可用于实现二阶有源低通滤波器？（ ）
A. 反相比例运算电路
B. 同相比例运算电路
C. 积分运算电路
D. 微分运算电路
答案：C
解析：积分运算电路可用于构成二阶有源低通滤波器。

二、填空题（每题3分，共15分）
1. 滤波器按其选频作用可分为低通滤波器、高通滤波器______和______。
答案：带通滤波器、带阻滤波器
解析：这是滤波器的基本分类。

2. 一阶RC低通滤波器的截止频率fc决定了信号______成分的衰减程度。
答案：高频
解析：截止频率处对高频信号开始有明显衰减。

3. 二阶有源滤波器相比无源滤波器主要优点是______高、______好。
答案：增益、滤波效果
解析：有源滤波器可提供增益，且滤波效果比无源的更好。

4. 带通滤波器的中心频率fc与上截止频率fH和下截止频率fL的关系是______。
答案：fc = √(fH×fL)
解析：这是带通滤波器中心频率与上下截止频率的关系公式。

5. 设计分立元件滤波电路时，选择电容要考虑其______和______。
答案：容量、耐压
解析：电容容量影响滤波特性，耐压要满足电路工作电压要求。

三、简答题（每题10分，共30分）
1. 简述一阶RC低通滤波器的工作原理。
答案：一阶RC低通滤波器由一个电阻R和一个电容C串联组成。当输入信号为交流信号时，电容对高频信号呈现的容抗较小，高频信号容易通过电容到地，而对低频信号容抗较大，低频信号主要通过电阻输出。所以输出信号中低频成分较多，高频成分被衰减，从而实现了低通滤波的功能。
解析：从电路组成和对不同频率信号的作用来阐述工作原理。

2. 如何提高二阶有源低通滤波器的品质因数？
答案：可以通过改变电路中的电阻和电容值来调整品质因数。减小反馈电阻值会使品质因数增大，但可能导致增益不稳定等问题。也可以采用多级二阶有源低通滤波器级联的方式来提高整体的品质因数，同时要注意各级之间的匹配和相互影响。还可以使用有源器件如运算放大器等，利用其增益特性来优化品质因数。
解析：从电路参数调整、级联方式以及有源器件利用等方面说明提高品质因数的方法。

3. 说明带阻滤波器的应用场景。
答案：带阻滤波器常用于抑制特定频率范围内的干扰信号。例如在通信系统中，当存在某一频率的干扰信号时，可使用带阻滤波器将其滤除，保证通信信号的正常传输。在电力系统中，可用于消除电力设备产生的特定频率的谐波干扰。在音频处理中，可去除音频信号中不需要的特定频率成分，如50Hz的工频干扰等。
解析：结合不同领域说明带阻滤波器的应用场景。

四、分析题（每题10分，共15分）
1. 有一个一阶RC低通滤波器，R = 5kΩ，C = 0.1μF，求其截止频率fc，并分析当输入信号频率f = 100Hz、1kHz、10kHz时输出信号与输入信号幅度的关系。
答案：截止频率fc = 1/(2πRC) = 1/(2π×5000×0.1×10^-6)≈318.3Hz。
当f = 100Hz时，信号频率低于截止频率，电容容抗较大，信号主要通过电阻，输出信号与输入信号幅度接近。
当f = 1kHz时，信号频率高于截止频率，电容容抗减小，信号部分通过电容到地，输出信号幅度小于输入信号幅度。
当f = 10kHz时，信号频率远高于截止频率，电容容抗很小，信号大部分通过电容到地，输出信号幅度远小于输入信号幅度。
解析：先求出截止频率，再根据不同频率与截止频率的关系分析输出输入幅度关系。

2. 分析一个二阶有源低通滤波器的电路结构，画出其电路图，并说明各元件的作用。
答案：电路图：由运算放大器、电阻R1、R2、Rf和电容C1、C2组成。运算放大器提供增益，R1和C1构成高通部分，R2、Rf和C2构成低通部分。输入信号先经过R1和C1组成的高通网络，然后进入由R2、Rf和C2组成的低通网络，经过运算放大器放大后输出。R1和C1决定高通部分的截止频率，R2、Rf和C2决定低通部分的截止频率和增益等参数。
解析：画出电路图并分别说明各元件在构成二阶有源低通滤波器中的作用。

五、设计题（20分）
设计一个中心频率为5kHz，带宽为1kHz的带通滤波器，要求使用分立元件。
答案：采用低通滤波器和高通滤波器串联的方式。
低通滤波器：选择R1 = 10kΩ，C1 = 3.18nF，根据fc = 1/(2πRC)，可算出截止频率约为5kHz。
高通滤波器：选择R2 = 10kΩ，C2 = 0.318nF，算出截止频率约为4kHz。
将低通滤波器和高通滤波器串联，输入信号先经过高通滤波器，再进入低通滤波器，从而实现中心频率为5kHz，带宽为1kHz的带通滤波功能。
解析：通过选择合适的电阻和电容值分别设计低通和高通滤波器，再串联实现带通滤波器的设计要求。