按照在电路中电感器L和电容C的联接形式不同,可以有两种LC谐振电路,LC并联谐振电路和LC串联谐振电路。
LC并联、串联谐振电路在应用中的变化较多,是电路中剖析的一个难点,只有把握LC并联、串联电路的阻抗特点等基本概念,能够正确便捷地理解富含LC并联、串联谐振电路的各类不同电路的工作原理。
LC谐振的工作过程
LC振荡电路中,电路中的L1电感,C1是电容,这样L1和C1就构成了并联谐振电路。LC谐振的工作过程理解上去比较困难,我们可以借助钟摆的左右运动来说明。
当给钟摆一个初始运动能量后,都会左右摆动上去,假若不给钟摆电力或则机械力,钟摆都会在摆动的过程中,摆动幅度越来越小,最后渐渐停出来。这和LC谐振电路一样,当给一个初始能量,电路都会发生谐振,这一谐振的过程就跟钟摆一样在没有动力的支持下,振荡将逐步衰减至零。
LC谐振电路的基本谐振过程1(电--磁的转换过程)
假定一开始电容C1上早已充有电能,之后电容C1中的电能对线圈L1放电,这时电容C1中的电能转换成线圈L1中磁能的过程,电容C1放电结束时,能量全部以磁能的方式成存放在线圈L1中。
LC谐振电路的基本谐振过程2(磁--电的转换过程)
在电容C1放完电以后,线圈中的磁能又以线圈两端形成自感电动势以电压的方式,开始对电容C1进行充电,这一充电过程是线圈L1中磁能转换成电容C1中的能量。
电容C1充完电以后,电容C1两端的电流再次对线圈L1放电,又开始新一轮的振荡、能量转换过程。
假如电路中的电感L1和电容C1不存在能量耗损,则振荡回路的振荡电压将是等幅的,为正弦波。仍然振荡下去。
但线圈L1存在着直流内阻,存在电能的耗损,电容C1也存在耗损,这就造成谐振回路的电压不是等幅的,而是渐渐衰减的过程。
在LC谐振电路中,振荡过程中的谐振频度为f。,改变L1和C1的容量值,能够改变振荡的频度f。,无论LC是并联谐振电路还是LC串联谐振电路,其谐振频度的估算公式是相同的。
LC并联谐振电路的阻抗特点
LC并联谐振电路的阻抗可以等效成一个内阻,这是一个特殊内阻,它的电阻大小是随频度高低变化而变化的。这些等效可以便捷对电路的工作原理的理解。
从下边的LC并联谐振电路的阻抗特点曲线。X轴方向为LC并联电路的输入讯号频度,y轴方向为该电路的阻抗。从右图中可以看出,这一阻抗特点谐振频度f。为中心轴,左右对称。
对于LC并联谐振电路的阻抗剖析
1、输入讯号频度等于谐振频度f。时,LC并联电路发生谐振,此时谐振的电路的阻抗达到最大,并为纯阻性,即相当于一个电阻很大的内阻。
2、当输入讯号的频度低于谐振频度f。后,LC谐振电路处于失谐状态,电路的阻抗增长(比电路谐振时的阻抗有所减弱),但是讯号频度越是低于谐振频度,LC并联谐振电路的阻抗越小,此时电路阻抗呈现容性。当输入讯号频度低于谐振频度后,LC并联谐振电路可以等效成一只电容,可以如此去理解:在LC并联谐振电路中,当输入讯号频度下降后,电容C1的容抗在减少,而电感L1的感抗在减小,容抗和感抗是并联的,按照并联特点,并联电路起到主要作用的是阻抗小的一个,所以当输入讯号频度低于谐振频度以后,这一并联谐振电路中的电容C1的容抗小电感器串联和并联公式,起到主要作用,整个电路相当于一个电容。
3、输入讯号频度高于谐振频度f。后,LC并联谐振电路也处于失谐状态电感器串联和并联公式,谐振电路的阻抗也减少,并且是讯号频度越高于谐振频度,电路的阻抗越小。当讯号频度高于谐振频度时,LC并联谐振电路的阻抗呈现感性,电路等效成一只电感,可以这样理解:因为讯号频度低,电感L1的感抗减少,而电容C1的容抗减小,感抗和容抗是并联的,L1和C1并联后电路中起到主要作用的是电感而不是电容,所以这时LC并联谐振电路等效成一只电感。
LC并联谐振电路谐振时电路总电压最小
在输入讯号的频度等于电路的谐振频度f。时,电路发生并联谐振,此时电路的阻抗为最大,所以频度为f。的讯号流过LC并联谐振电路的电压最小。
在LC并联谐振电路发生谐振时,因为流过电容C1上的讯号电压与流过电感L1上的讯号电压相位相反,所以这两个讯号电压之和为零,电容C1中的电压和电感L1中的电压不流过讯号源电路。