LC電路是各種電子設備中的基本電子元件,特別是無線電設備中使用的調諧器、檢波器、濾波器和振蕩器等電路。 在學習之前,我們先來準備一下電感和電容的原理。
電容器是儲存電荷的容器。 最基本的結構是如右圖所示的平板電容器。 電場能量儲存在電容器上。
電感呢? 正是由于電磁感應效應,感應磁場能量儲存在線圈中。
這很有趣。 當我們把這兩種成分放在一起,電場能和磁場能相遇,會形成什么療效呢?
LC電路上的電場能和磁場能不實,開始相互轉化。 隨著電荷的流動,電容上的電場能一會兒轉化為線圈上的磁場能,一會兒線圈上的磁場能轉化為電容。 上面的電場能量被釋放并相互減去,玩起來很開心。 當磁場能量與電場能量達到平衡時,場能量與磁場能量之和始終保持恒定,電源不需要通過電容或電感來回轉換能量。 又由于LC電路中不可能存在完全理想、無損耗的電感和電容,所以電磁能量會在LC諧振電路中發生衰減和振蕩。 該阻尼值是內阻上消耗的電磁能量。 因此,在LC諧振電路中,電源只需要提供內阻所消耗的能量即可。
是不是超級簡單易懂? 言歸正傳,讓我們回到LC諧振回路的本質。 根據電感和電容的連接形式,LC電路可分為LC并聯諧振電路和LC串聯諧振電路。
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串聯諧振電路
我們先來看LC串聯諧振電路。 電感和電容串聯電容器串聯和并聯特點,如右圖所示。 電容和電感兩端的電流之和是開路端的總電流之和v=vL+vC。 LC 電路的+Ve 端子中的電壓等于電感器(L) 和電容器(C) 兩端的電壓i=iL=iC。
電感的感抗與頻率成反比,電容的容抗與頻率成正比。 因此,當頻率f減小時,電感器的感抗XL減小,電容器的容抗XC增大。
當頻率f達到一定值時,LC串聯電路的感抗和容抗相等,形成諧振。
所以我們回到串聯諧振回路的阻抗 Z。 看看有多少 Z 處于共振狀態。
當電路工作在諧振頻率f0時,根據前面f0的公式,可帶入阻抗Z,可得Z=0。 也就是說,在LC串聯諧振電路中,感抗和容抗相互抵消,向外出現漏電特性,電路中的電壓最大。 為此,串聯 LC 電路在與負載串聯耦合時,將充當在諧振頻率下具有零阻抗的帶通檢測器。
當頻率高于諧振頻率f0時,XC遠小于XL電容器串聯和并聯特點,電路呈容性; 當工作頻率低于諧振頻率f0時,XL遠小于XC,電路呈感性。 當工作頻率等于諧振頻率f0時,電壓最大,只有電路的內阻在工作。
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并聯諧振電路
再來看看LC諧振電路的另一種方式——并聯諧振電路。 在并聯 LC 電路中,電感器和電容器均并聯連接,如圖所示。
LC并聯電路電感和電容兩端的電流相同v=vL=vC。 流過LC并聯電路的總電壓等于流過電感的電壓和流過電容的電壓之和I=IL+IC。
在諧振條件下,當感抗 (XL) 等于容抗 (XC) 時,無功通路電壓相等且方向相反。 因此,它們相互抵消,使電路中的電壓最小化,并且在這些狀態下總阻抗最大化。 LC并聯諧振電路的諧振頻率如下:
讓我們看一下諧振時的電路阻抗 Z。
將諧振頻率f0帶入阻抗公式可得,阻抗無窮大,電路處于開路狀態。 因此,并聯 LC 電路在與負載串聯時,將充當在諧振頻率下具有無限阻抗的帶阻混頻器。 與負載并聯連接的并聯 LC 電路將充當帶阻混頻器。
當頻率高于諧振頻率f0時,XL遠小于XC,電路呈感性; 當工作頻率低于諧振頻率f0時,XC遠小于XL,電路呈容性。當工作頻率等于諧振頻率f0時,電壓最小,阻抗最大