LC电路是各种电子设备中的基本电子元件,特别是无线电设备中使用的调谐器、检波器、滤波器和振荡器等电路。 在学习之前,我们先来准备一下电感和电容的原理。
电容器是储存电荷的容器。 最基本的结构是如右图所示的平板电容器。 电场能量储存在电容器上。
电感呢? 正是由于电磁感应效应,感应磁场能量储存在线圈中。
这很有趣。 当我们把这两种成分放在一起,电场能和磁场能相遇,会形成什么疗效呢?
LC电路上的电场能和磁场能不实,开始相互转化。 随着电荷的流动,电容上的电场能一会儿转化为线圈上的磁场能,一会儿线圈上的磁场能转化为电容。 上面的电场能量被释放并相互减去,玩起来很开心。 当磁场能量与电场能量达到平衡时,场能量与磁场能量之和始终保持恒定,电源不需要通过电容或电感来回转换能量。 又由于LC电路中不可能存在完全理想、无损耗的电感和电容,所以电磁能量会在LC谐振电路中发生衰减和振荡。 该阻尼值是内阻上消耗的电磁能量。 因此,在LC谐振电路中,电源只需要提供内阻所消耗的能量即可。
是不是超级简单易懂? 言归正传,让我们回到LC谐振回路的本质。 根据电感和电容的连接形式,LC电路可分为LC并联谐振电路和LC串联谐振电路。
1个
串联谐振电路
我们先来看LC串联谐振电路。 电感和电容串联电容器串联和并联特点,如右图所示。 电容和电感两端的电流之和是开路端的总电流之和v=vL+vC。 LC 电路的+Ve 端子中的电压等于电感器(L) 和电容器(C) 两端的电压i=iL=iC。
电感的感抗与频率成反比,电容的容抗与频率成正比。 因此,当频率f减小时,电感器的感抗XL减小,电容器的容抗XC增大。
当频率f达到一定值时,LC串联电路的感抗和容抗相等,形成谐振。
所以我们回到串联谐振回路的阻抗 Z。 看看有多少 Z 处于共振状态。
当电路工作在谐振频率f0时,根据前面f0的公式,可带入阻抗Z,可得Z=0。 也就是说,在LC串联谐振电路中,感抗和容抗相互抵消,向外出现漏电特性,电路中的电压最大。 为此,串联 LC 电路在与负载串联耦合时,将充当在谐振频率下具有零阻抗的带通检测器。
当频率高于谐振频率f0时,XC远小于XL电容器串联和并联特点,电路呈容性; 当工作频率低于谐振频率f0时,XL远小于XC,电路呈感性。 当工作频率等于谐振频率f0时,电压最大,只有电路的内阻在工作。
2个
并联谐振电路
再来看看LC谐振电路的另一种方式——并联谐振电路。 在并联 LC 电路中,电感器和电容器均并联连接,如图所示。
LC并联电路电感和电容两端的电流相同v=vL=vC。 流过LC并联电路的总电压等于流过电感的电压和流过电容的电压之和I=IL+IC。
在谐振条件下,当感抗 (XL) 等于容抗 (XC) 时,无功通路电压相等且方向相反。 因此,它们相互抵消,使电路中的电压最小化,并且在这些状态下总阻抗最大化。 LC并联谐振电路的谐振频率如下:
让我们看一下谐振时的电路阻抗 Z。
将谐振频率f0带入阻抗公式可得,阻抗无穷大,电路处于开路状态。 因此,并联 LC 电路在与负载串联时,将充当在谐振频率下具有无限阻抗的带阻混频器。 与负载并联连接的并联 LC 电路将充当带阻混频器。
当频率高于谐振频率f0时,XL远小于XC,电路呈感性; 当工作频率低于谐振频率f0时,XC远小于XL,电路呈容性。当工作频率等于谐振频率f0时,电压最小,阻抗最大