電路分析(交流電路、線性電路與暫態現象)

在圖(b)的RC高通濾波器輸入角頻率 ω = 1/(RC) 的正弦波。輸出相對於輸入的振幅與相位關係,下列哪一項正確?

RC低通濾波器與RC高通濾波器 (a) vin vout R C (b) vin vout C R H(s) = 1/(1 + sRC) H(s) = sRC/(1 + sRC)
RC低通濾波器與RC高通濾波器 · 在圖解集中查看
  1. A振幅約為0.71倍,輸出比輸入落後45°
  2. B振幅約為0.71倍,輸出比輸入超前45°
  3. C振幅為0.5倍,輸出與輸入同相
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正確答案:B. 振幅約為0.71倍,輸出比輸入超前45°

解法1(複數):轉移函數為 H(jω) = jωRC/(1 + jωRC),ωRC = 1 時 H = j/(1 + j) = (1 + j)/2。大小為 1/√2 ≈ 0.71(−3 dB),角度為 +45°,因此輸出比輸入超前45°。解法2(相量圖):RC串聯電路呈電容性,電流比輸入電壓超前,ω = 1/(RC) 時 R 與 1/(ωC) 相等,超前角正好是45°。輸出是R上的電壓,與電流同相,因此輸出也比輸入超前45°。在相同頻率下,圖(a)低通濾波器的輸出則落後45°。

  • A. 大小正確,但落後45°的是圖(a)的低通濾波器。
  • B. 正確。H = (1 + j)/2,約0.71倍、超前45°。
  • C. 這是不考慮相位、把電壓平分給 R 與 1/(ωC) 的錯誤。兩個電壓互成直角,各為輸入的 1/√2 倍。
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