LC谐振电路什么原理?

核心提示电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。即电路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等,则回路的感抗与容抗也相等,于是电磁能量就在电感、电容之间来回振荡,这就是LC回路的谐振现象。谐振时由于电路的感抗与容抗等值又反向,因此回路总电流的感抗

电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。即电路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等,则回路的感抗与容抗也相等,于是电磁能量就在电感、电容之间来回振荡,这就是LC回路的谐振现象。谐振时由于电路的感抗与容抗等值又反向,因此回路总电流的感抗最小,电流量最大(指 f="f0"的交流信号),所以LC谐振电路具有选择频率的作用,能将某一频率f的交流信号选择出来。

在RLC串联电路中,因为电感上的电压UL和电容上的电压UC是反相的,电感上的电压超前电阻上的电压UR 90度,电容上的电压滞后电阻上的电压90度,电感和电容上的电压相互抵消,抵消后的差额(UL-UC)与电阻上的电压方向差90度。求电路的总电压U时,就要把UR作为一条直角边,把(UL-UC)作为一条直角边,把U作为斜边来解直角三角形。于是有:

电路的总电压U=√UR^2+(UL-UC)^2 (都在根号里面) (1)

UR=电路里的总电流I * 电阻R;

UL=电路里的总电流I * 电感的感抗XL;

UC=电路里的总电流I * 电容的容抗XC;

U= 电路里的总电流I * 总阻抗Z;

把这些关系代入(1)式,得:

阻抗Z=√R^2+(XL-XC)^2 (都在根号里面) (2)

当电路发生谐振时,XL刚好等于XC,所以,电路里总阻抗达到了最小值

Z=R;

电流达到了最大值

I=U/R。

对于总电路来说,电感和电容相当于一点阻抗都没有了。但他们各自本身是有阻抗的,只不过对总电路来说互相抵消了而已。因为电感的感抗是随频率上升的,电容的容抗是随频率下降的,正好在谐振频率时他们两者相等。

这时,电感上的电压:

UL=I*XL

电容上的电压:

UC=I*XC

他们大小相等,方向相反。

设谐振频率为f0,则

XL=2*∏*f0*L

XC=1/(2*∏*f0*C)

即:

2*∏*f0*L=1/(2*∏*f0*C)

f0=1/(2*∏*√L*C) (3)

我们把谐振时电感或电容上的电压与电源电压的比值,定义为电路的品质因数Q。其物理意义就是看看电感或电容上的电压比电源电压大了多少倍。

因为谐振时电阻上的电压刚好等于电源电压,所以:

Q=UL/U=UC/U=XL/R=XC/R=2*∏*f0*L/R=1/(2*∏*f0*C*R)

那么为什么谐振时电感或电容上的电压会高于电路的总电压Q倍呢?就是因为电路里的电流达到了最大值,而电感的感抗又与电容的容抗相等。所以他们都达到了电源电压的Q倍。从上面的公式还可以看到,想增大Q值,必须尽量减少电路里的“等效”串联电阻。想减少Q值,就要增大R。

我为什么要在串联电阻前加“等效”二字呢?是因为分析串联谐振电路时,应把并联在电感或电容上的电阻“等效”为串联电阻来看待。

 
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