根據在電路中電感器L和電容C的連接方式不同,可以有兩種LC諧振電路,LC並聯諧振電路和LC串聯諧振電路。
LC並聯、串聯諧振電路在應用中的變化較多,是電路中分析的一個難點,只有掌握LC並聯、串聯電路的阻抗特性等基本概念,才能正確方便地理解含有LC並聯、串聯諧振電路的各種不同電路的工作原理。
一:LC諧振的工作過程
LC振盪電路中,電路中的L1電感,C1是電容,這樣L1和C1就構成了並聯諧振電路。LC諧振的工作過程理解起來比較困難,我們可以利用鍾擺的左右運動來說明。
當給鍾擺一個初始運動能量后,就會左右擺動起來,如果不給鍾擺電力或者機械力,鍾擺就會在擺動的過程中,擺動幅度越來越小,最后逐漸停下來。這和LC諧振電路一樣,當給一個初始能量,電路就會發生諧振,這一諧振的過程就跟鍾擺一樣在沒有動力的支持下,振盪將逐漸衰減至零。
LC諧振電路的基本諧振過程1(電--磁的轉換過程)
假設一開始電容C1上已經充有電能,然后電容C1中的電能對線圈L1放電,這時電容C1中的電能轉換成線圈L1中磁能的過程,電容C1放電結束時,能量全部以磁能的形式成儲存在線圈L1中。
LC諧振電路的基本諧振過程2(磁--電的轉換過程)
在電容C1放完電之后,線圈中的磁能又以線圈兩端產生自感電動勢以電流的形式,開始對電容C1進行充電,這一充電過程是線圈L1中磁能轉換成電容C1中的能量。
電容C1充完電之后,電容C1兩端的電壓再度對線圈L1放電,又開始新一輪的振盪、能量轉換過程。
如果電路中的電感L1和電容C1不存在能量損耗,則振盪回路的振盪電流將是等幅的,為正弦波。一直振盪下去。
但線圈L1存在着直流電阻,存在電能的損耗,電容C1也存在損耗,這就導致諧振回路的電流不是等幅的,而是逐漸衰減的過程。
在LC諧振電路中,振盪過程中的諧振頻率為f。,改變L1和C1的容量值,就能改變振盪的頻率f。,無論LC是並聯諧振電路還是LC串聯諧振電路,其諧振頻率的計算公式是相同的。
二:LC並聯諧振電路的阻抗特性
LC並聯諧振電路的阻抗可以等效成一個電阻,這是一個特殊電阻,它的阻值大小是隨頻率高低變化而變化的。這種等效可以方便對電路的工作原理的理解。
從下面的LC並聯諧振電路的阻抗特性曲線。X軸方向為LC並聯電路的輸入信號頻率,y軸方向為該電路的阻抗。從下圖中可以看出,這一阻抗特性諧振頻率f。為中心軸,左右對稱。
三:對於LC並聯諧振電路的阻抗分析
1、 輸入信號頻率等於諧振頻率f。時,LC並聯電路發生諧振,此時諧振的電路的阻抗達到最大,並為純阻性,即相當於一個阻值很大的電阻。
2、 當輸入信號的頻率高於諧振頻率f。后,LC諧振電路處於失諧狀態,電路的阻抗下降(比電路諧振時的阻抗有所減小),而且信號頻率越是高於諧振頻率,LC並聯諧振電路的阻抗越小,此時電路阻抗呈現容性。當輸入信號頻率高於諧振頻率后,LC並聯諧振電路可以等效成一只電容,可以這么去理解:在LC並聯諧振電路中,當輸入信號頻率升高后,電容C1的容抗在減小,而電感L1的感抗在增大,容抗和感抗是並聯的,根據並聯特性,並聯電路起到主要作用的是阻抗小的一個,所以當輸入信號頻率高於諧振頻率之后,這一並聯諧振電路中的電容C1的容抗小,起到主要作用,整個電路相當於一個電容。
3、 輸入信號頻率低於諧振頻率f。后,LC並聯諧振電路也處於失諧狀態,諧振電路的阻抗也減小,而且是信號頻率越低於諧振頻率,電路的阻抗越小。當信號頻率低於諧振頻率時,LC並聯諧振電路的阻抗呈現感性,電路等效成一只電感,可以這樣理解:由於信號頻率低,電感L1的感抗減小,而電容C1的容抗增大,感抗和容抗是並聯的,L1和C1並聯后電路中起到主要作用的是電感而不是電容,所以這時LC並聯諧振電路等效成一只電感。
LC並聯諧振電路諧振時電路總電流最小
在輸入信號的頻率等於電路的諧振頻率f。時,電路發生並聯諧振,此時電路的阻抗為最大,所以頻率為f。的信號流過LC並聯諧振電路的電流最小。
在LC並聯諧振電路發生諧振時,由於流過電容C1上的信號電流與流過電感L1上的信號電流相位相反,所以這兩個信號電流之和為零,電容C1中的電流和電感L1中的電流不流過信號源電路。
四:LC串聯諧振電路的阻抗特性
LC串聯諧振電路阻抗特性曲線。
五:對於LC串聯諧振電路的阻抗分析
1.諧振時阻抗特性理解方法LC串聯諧振電路工作原理分析需要分成三個頻點、頻段進行,即諧振時、輸入信號頻率高於諧振頻率和輸入信號頻率低於諧振頻率。
當輸入信號頻率等於諧振頻率時,電路發生諧振,LC串聯諧振電路的阻抗處於最小狀態,且可等效一只純電阻,此時流過整個諧振電路的信號電流最大。電路中分析中,這一點最為重要。
2.電路失諧時阻抗特性理解方法當輸入信號頻率高於或低於諧振頻率時,LC串聯電路處於失諧狀態,電路阻抗都比諧振時大。
如上圖所示是LC串聯諧振電路工作在高於諧振頻率段時的等效電路示意圖。由於頻率高於諧振頻率,Cl的容抗較小,L1的感抗較大,根據串聯電路特性可知,感抗在串聯電路中起主要作用,所以整個LC串聯諧振電路等效成一個電感。
如上圖所示是LC串聯諧振電路工作在低於諧振頻率段時的等效電路示意圖。由於頻率低於諧振頻率,L1的感抗較小,C1的容抗較大,容抗在串聯電路中起主要作用,所以整個LC串聯諧振電路等效成一個電容。
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