最基本的電感電容電路——LC諧振電路

今天我們一起來學(xué)習(xí)一下,最基本的電感電容電路——LC諧振電路。LC電路是各種電子設(shè)備中的基本電子組件,尤其是在諸如調(diào)諧器,濾波器,混頻器和振蕩器之類的電路中使用的無線電設(shè)備中。

在學(xué)習(xí)之前,我們?cè)購(gòu)?fù)習(xí)一下電感和電容的原理。電容就是儲(chǔ)存電荷的容器,最基本構(gòu)成是如下圖所示的一個(gè)平板電容器,電容器里面存儲(chǔ)的是電場(chǎng)能。

電感呢?就是由于電磁感應(yīng)效應(yīng),在線圈中儲(chǔ)存的感應(yīng)磁場(chǎng)能。

這就有意思了,當(dāng)我們把這兩種元器件放到一起時(shí),電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能就碰面了,會(huì)產(chǎn)生什么效果呢?

電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能LC電路里面就不老實(shí)了,開始互相轉(zhuǎn)化起來,隨著電荷的流動(dòng),一會(huì)兒由電容里面的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱司€圈里面的磁場(chǎng)能,一會(huì)兒又由線圈里面的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為了電容里面的電場(chǎng)能,此贈(zèng)彼減,玩的不亦樂乎。當(dāng)磁場(chǎng)能和電場(chǎng)能達(dá)到一個(gè)平衡時(shí),場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的總和時(shí)刻保持不變,電源不必與電容或電感往返轉(zhuǎn)換能量。但是由于LC電路中不可能存在完全理想無耗的電感和電容,那么,電磁能量就會(huì)在LC諧振回路中做阻尼振蕩,這個(gè)阻尼值就是消耗在電阻上的電磁能量。所以在一個(gè)LC諧振回路中,電源只需要提供電阻所消耗的能量就可以了。

這樣理解起來是不是超級(jí)簡(jiǎn)單。言歸正傳,我們回到LC諧振回路的本質(zhì)。根據(jù)電感和電容的連接方式,LC電路可分為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振電路和LC串聯(lián)諧振電路。

串聯(lián)諧振電路

我們先來看一下LC串聯(lián)諧振電路。電感和電容串聯(lián)在一起,如下圖所示。電容器和電感器兩端的電壓之和就是開路端子兩端的總電壓之和v = v L + v C。LC電路+ Ve端子中的電流等于通過電感器(L)和電容器(C)的電流 i = i L = i C 。

電感的感抗和頻率成正比,電容的容抗與頻率成反比。因此當(dāng)頻率f增加時(shí),電感的感抗XL增加,但是電容的容抗XC減小。

當(dāng)頻率f達(dá)到某個(gè)特定值時(shí),LC串聯(lián)電路的感抗和容抗相等,諧振就產(chǎn)生了。

那么我們回到串聯(lián)諧振回路的阻抗Z。看一下諧振時(shí)候的Z是多少。

當(dāng)電路工作在諧振頻率f0時(shí),根據(jù)上面f0的公式,帶入阻抗Z,可以得到Z=0．也就是說,LC串聯(lián)諧振電路,感抗和容抗相互抵消,對(duì)外呈現(xiàn)短路特性,電路中的電流最大。因此,串聯(lián)LC電路在與負(fù)載串聯(lián)連接時(shí)將充當(dāng)在諧振頻率下具有零阻抗的帶通濾波器。

當(dāng)頻率低于諧振頻率f0時(shí),XC遠(yuǎn)大于XL,電路呈容性;當(dāng)工作頻率高于諧振頻率f0時(shí),XL遠(yuǎn)大于XC,電路呈感性。當(dāng)在工作頻率等于諧振頻率f0時(shí),電流最大,電路只有電阻在工作。

并聯(lián)諧振電路

我們接著再來看一下LC諧振電路的另一種形式——并聯(lián)諧振電路。在并聯(lián)LC電路中,電感器和電容器都并聯(lián)連接,如圖所示。

LC并聯(lián)電路電感和電容兩端的電壓相同 v = v L = v C。流經(jīng)并聯(lián)LC電路的總電流等于流經(jīng)電感器的電流與流經(jīng)電容器的電流之和I = I L + I C。在諧振條件下,當(dāng)感抗(XL)等于容抗(XC)時(shí),無功支路電流相等且相反。因此,它們彼此抵消,以使電路中的電流最小,在這種狀態(tài)下,總阻抗最大。LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率如下:

把諧振頻率f0帶入到上面阻抗公式可以得到,阻抗呈無窮大,電路呈開路狀態(tài)。因此,并聯(lián)LC電路在與負(fù)載串聯(lián)時(shí),將充當(dāng)在諧振頻率處具有無限阻抗的帶阻濾波器。與負(fù)載并聯(lián)的并聯(lián)LC電路將用作帶通濾波器。

當(dāng)頻率低于諧振頻率f0時(shí),XL遠(yuǎn)大于XC,電路呈感性;當(dāng)工作頻率高于諧振頻率f0時(shí),XC遠(yuǎn)大于XL,電路呈容性。當(dāng)在工作頻率等于諧振頻率f0時(shí),電流最小,阻抗最大。不知道講到這里,你找到當(dāng)初學(xué)LC諧振的感覺了沒。

編輯：hfy