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串联谐振解决方案/ Series Resonant System

串联谐振 / Series Resonant System

串联谐振电路

时间:2020-5-22   来源:华天电力  阅读:524

串联谐振电路是最简单的谐振(振荡)电路。由串联的电感器和电容器组成的串联谐振电路。当交流(谐波)电压被施加到这样的电路,交流电流将流过所述线圈和电容器,它的数值是根据欧姆定律计算:l=U/X,其中X是用于和的模数串联连接的(线圈和电容器的电抗的总和)


串联谐振


为了刷新存储器,我们回想一下电容器和电感的电抗如何取决于施加的交流电压的频率。对于电感器,这种依赖性如下所示:


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从公式可以看出,随着频率的增加,电感的电抗增加。对于电容器,其电抗对频率的依赖性如下所示:


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与电感不同,在电容器中,所有事情都是相反的-随着频率的增加,电抗减小。下图以图形方式显示的线圈的电抗的依赖性XL和电容器Xc在环状(圆形的)频率(0,以及频率的曲线图的o其代数和X。实际上,该图显示了串联谐振电路总电抗的频率依赖性。


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该图显示,在某些频率W=WP,当线圈和电容器的电抗在大小上相等(值相等,但符号相反)时,电路的总电阻消失。在电路中的该频率下,观察到最大电流,该电流仅受电感器中的欧姆损耗(即线圈绕组的有源电阻)和电流源(发电机)的内部电阻限制。观察到这种现象的频率,在物理学上称为共振,称为共振频率或电路振荡的固有频率。该图还显示,在低于谐振频率的频率下,串联谐振电路的电抗本质上是电容性的,而在较高频率下,它是感性的。至于共振频率本身,振荡电路的品质因数是一种特性,它确定谐振的频率响应的幅度和宽度,并显示出一个振荡周期内电路中的能量储备大于能量损失的次数。品质因数考虑了有源负载阻抗R的存在。


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对于RLC电路中所有三个元件均串联连接的顺序振荡电路,计算质量因数:


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其中R,L和C分别是谐振电路的电阻,电感和电容。


品质因数d=1/Q的倒数称为电路的衰减。要确定的Q因子,通常使用由式Q=p/R,其中[R是的欧姆损耗的电阻轮廓表征电阻(欧姆损耗)电路的功率P=I2-R。在分立的电感器和电容器上执行的实际振荡电路的品质因数范围从几个单位到数百个甚至更多。基于压电原理和其他效应的各种振荡系统(例如石英谐振器)的品质因数可以达到数千甚至更高。


通常,使用幅度-频率特性(AFC)评估技术中各种电路的频率特性,而电路本身被视为四端设备。下图显示了包含串联谐振电路的两个最简单的四端子电路,以及这些电路的频率响应,均以实线表示。频率响应曲线图的纵轴表示电压K表示的电路的传输系数的值,表示电路的输出电压与输入之比。


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对于无源电路(即不包含放大元件和能源),K的值永远不会超过1。图中所示电路的交流电的电阻在暴露频率等于电路谐振频率的情况下将最小。在这种情况下,电路的传输系数接近于单位(由电路中的欧姆损耗决定)。在与谐振截然不同的频率下,电路对交流电的电阻非常大,因此,电路的传输系数将几乎降至零。


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在此电路发生谐振的情况下,输入信号的源实际上是通过电路的小电阻而短路的,因此,这种电路在谐振频率下的传输系数几乎下降到零(再次由于存在有限的损耗电阻)。相反,在输入频率明显远离谐振频率的情况下,电路的传输系数接近于1。在实际中,当有必要将具有特定频率的信号与位于其他频率的许多不必要信号中隔离开来时,振荡电路会在接近谐振频率的频率上显着改变传输系数的特性得到广泛使用。因此,在任何具有振荡电路的无线电中,所需无线电台的频率都将被调谐。隔离多个频率之一的振荡电路的属性通常称为选择性或选择性。在这种情况下,通常使用称为通带的参数来估计电路的传输系数在谐振影响频率失谐期间的变化率。带宽是这样一个频率范围,在该频率范围内,传输系数相对于其在谐振频率处的值的减小(或增加,取决于电路的类型)不超过0.7(3dB)。


图中的虚线表示完全相同的电路的频率响应,其振荡电路具有与上述情况相同的谐振频率,但具有较低的品质因数(例如,电感器缠绕有具有高DC电阻的导线)。从图中可以看出,电路的带竞不断扩大,其选择性(选择性)特性也会下降。基于此,在振荡电路的计算和设计中,必须努力提高其品质因数。然而,在某些情况下,相反,电路的品质因数必须被低估(例如,通过包括与电感线圈串联的小电阻值的电阻器),这避免了竞带信号的失真。尽管在实践中,如果有必要隔离足够竞带的信号,通常,选择链不是建立在单个振荡电路上,而是建立在更复杂的耦合(多电路)振荡系统上,包括多链接过滤器。


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