
今天我们来学习一下最基本的电感电容电路,——LC谐振电路。LC电路是各种电子设备中的基本电子元件,尤其是在调谐器、滤波器、混频器和振荡器等电路中使用的无线电设备中。
在学习之前,我们先来复习一下电感和电容的原理。电容器是储存电荷的容器。最基本的结构是一个扁平的电容器,如下图所示,其中储存了电场能量。
电感在哪里?它是由于电磁感应效应而储存在线圈中的感应磁场能量。
这很有意思。当我们把这两个分量放在一起,电场能量和磁场能量就会相遇。会有什么影响?
LC电路中的电场能量和磁场能量是不诚实的,它们开始相互转化。随着电荷的流动,电容器中的电场能量一会转化为线圈中的磁场能量,线圈中的磁场能量一会转化为电容器中的电场能量,这样我们就有了乐趣。当磁场能量和电场能量达到平衡时,场能量和磁场能量之和始终保持恒定,电源不需要用电容或电感来回转换能量。但是LC电路中不可能有完美无损的电感和电容,所以电磁能量会在LC谐振电路中做阻尼振荡,这个阻尼值就是电阻中消耗的电磁能量。因此,在LC谐振电路中,电源只需提供电阻消耗的能量。
这是不是超级简单易懂?总之,让我们回到LC谐振电路的本质。根据电感和电容的连接方式,LC电路可分为LC并联谐振电路和LC串联谐振电路。
串联谐振电路
我们先来看看LC串联谐振电路。电感和电容串联,如下图所示。电容和电感两端的电压之和等于开路端的总电压之和v=v l v c,LC电路Ve端的电流等于流经电感(L)和电容(C)的电流i=i L=i C。
电感器的电感与频率成正比,电容器的电容与频率成反比。因此,当频率f增加时,电感器的感抗XL增加,但是电容器的容抗XC减小。
当频率f达到一定值时,LC串联电路的感抗和容抗相等,发生谐振。
然后我们回到串联谐振电路的阻抗z。看看共振时的z。
当电路工作在谐振频率f0时,根据上面f0的公式引入阻抗Z可以得到Z=0。也就是说,感抗和容抗相互抵消的LC串联谐振电路,对外呈现短路特性,电路中的电流最大。因此,当与负载串联时,串联LC电路将充当在谐振频率下具有零阻抗的带通滤波器。
当频率低于谐振频率f0时,XC远大于x1,电路是容性的。当工作频率高于谐振频率f0时,XL远大于XC,并且电路是电感性的。当工作频率等于谐振频率f0时,电流最大,电路中只有电阻工作。
并联谐振电路
我们再来看看LC谐振电路的另一种形式,——并联谐振电路。在并联LC电路中,电感和电容并联,如图所示。
LC并联电路的电感和电容两端的电压是相同的。V=V L=V C。流经并联LC电路的总电流等于流经电感的电流和流经电容的电流之和。I=I,I,I,c .在谐振条件下,当感抗(XL)等于容抗(XC)时,无功支路电流大小相等,方向相反。因此,它们相互抵消,使电路中的电流最小,在这种状态下,总阻抗最大。LC并联谐振电路的谐振频率如下:
当谐振频率f0被带入上述阻抗公式时,I
当频率低于谐振频率f0时,XL远大于XC,电路是感性的。当工作频率高于谐振频率f0时,XC远大于x1,并且电路是容性的。当工作频率等于谐振频率f0时,电流最小,阻抗最大。不知道你是否在这一点上找到了学习LC共振的感觉。
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