首先,振盪電路(又稱諧振電路)根據發生機制不同,可以分為串聯諧振電路和並聯諧振電路兩種。在諧振電路中,產生諧振的關鍵元件是電感L和電容C,但是由於實際電路中線路上存在一定的電阻,同時實際電路中的電感和電容均為非理想元器件,也存在一定的寄生電阻,所以一般將實際電路中的串聯諧振和並聯諧振稱為RLC串聯諧振和RLC並聯諧振。
基本的RLC串聯諧振電路圖如圖1所示;基本的RLC並聯諧振電路圖如圖2所示;圖3是實際電路中常用的並聯諧振電路。
要理解串聯諧振和並聯諧振電路的區別,首先要了解串聯諧振和並聯諧振的原理,涉及的背景知識包括:電感和電容的基本物理特性;電感、電容阻抗表示式;電感、電容和電阻的複數域阻抗關係。
1)電感和電容的基本物理特性:電感兩端載入交流電時,電感兩端的交流電壓相位超前電感上流過的交流電流相位90度;電容兩端載入交流電時,電容兩端的交流電壓相位滯後電容上流過的交流電流相位90度。
2)電感和電容的阻抗表示式:電感的阻抗表示式wL,電容的阻抗表示式1/wC;其中w為載入在電感或電容兩端的交流電的角頻率(w=2*pi*f,其中f為交流電頻率,f的單位為Hz)。
3)電感和電容的複數域阻抗關係:為了能夠正確的表達電感、電容和電阻的相位關係,引入了數學上的複數域,即橫軸為實數軸,縱軸為虛數軸。考慮到電阻上的交流電壓和電流同相位,將電阻R=u/i的值在實數軸上表示出來,在複數域的表示式為R。以串聯諧振為例,在RLC串聯諧振電路中,由於串聯電路中各點電流均相同,因此串聯諧振電路中的電感、電容和電阻上的電流均大小相等、相位相同,因此以電阻上的電流為基準,電感上的電壓應該超前電阻上電流90度,因此電感上電壓除以電流得到的複數域阻抗wL應該位於虛數軸的正半軸,在複數域的表示式為jwL(j為複數域中的虛數符號),同理,電容的複數域阻抗應該位於虛數軸的負半軸,在複數域的表示式為-j*(1/wC)。因此,在RLC串聯諧振電路中,阻抗z = R+j(wL-1/wC)。同理,按上述背景知識可以分別推匯出圖2所示基本並聯諧振電路中導納表示式Y = G+jB = G+j(wC-1/wL),其中G為電導,B為電納(這裡需要特別注意,為了推導方便,在並聯諧振電路中一般採用電導和電納來表示電路引數,這裡不贅述)。如圖3所示實際應用中的並聯諧振電路電納表示式如圖4所示。
介紹完背景知識後,介紹一下串聯諧振和並聯諧振各自的特點,為了方便分析,並聯諧振以基本並聯諧振進行說明。
1、串聯諧振發生條件、特點及應用:在z = R+j(wL-1/wC)中,當wL=1/wC時,z = R,電路呈純阻性,電壓和電流同相位,這時電路發生串聯諧振。串聯諧振有以下特點:1)電路的阻抗為最小值R;2)在相同電壓下,此時電路中的電流達到最大值,該電流值稱為諧振電流。3)諧振電路呈電阻性,電源提供的能量全部內電阻吸收;4)電源電壓和電阻兩端的電壓相等、相位相同,電容和電感兩端的電壓是電源電壓的Q倍(Q稱為諧振電路的品質因數),故串聯諧振也稱電壓諧振。串聯諧振應用範圍:1)通訊電源,透過串聯諧振變換器提高提高通訊電源效率及穩定性;2)變頻諧振裝置,利用串聯諧振產生高電壓,用於裝置耐壓實驗;3)收音機電路,利用串聯諧振選擇特定頻率的訊號。
2、並聯諧振發生條件、特點及應用:在Y = G+j(wC-1/wL)中,wC = 1/wL時,電路發生並聯諧振。並聯諧振有以下特點:1)諧振時,電路阻抗為純電阻性,電路兩端電壓和電流相同;2)電路阻抗為最大值,換句話說,電路導納為最小值;3)電感支路電流和電容支路電流近似相等,併為電路總電流的Q倍,因此並聯諧振又稱電流諧振,這裡Q為並聯諧振電路的品質因數。並聯諧振電路的具體應用轉載以下在通訊電子中的應用內容,除此之外,目前電力電子領域常用的感應加熱裝置多采用並聯諧振實現,不再贅述,感興趣可以自行搜尋資料。
LC並聯諧振迴路在通訊電子電路中的應用由它的特點決定。具體來說,主要包括三大類,其一是工作於諧振狀態,作為選頻網路應用,此時呈現為大的電阻,在電流的激勵下輸出較大的電壓;其二是工作於失諧狀態,此時呈現為感性或容性,與電路中其他電感和電容一起,滿足三點式振盪電路的振盪條件,形成正弦波振盪器;其三是工作於失諧狀態,即工作於幅頻特性曲線或相頻特性曲線的一側,實現幅頻變換、頻幅變換以及頻相變換、相頻變換,構成角度調製與解調電路。
首先,振盪電路(又稱諧振電路)根據發生機制不同,可以分為串聯諧振電路和並聯諧振電路兩種。在諧振電路中,產生諧振的關鍵元件是電感L和電容C,但是由於實際電路中線路上存在一定的電阻,同時實際電路中的電感和電容均為非理想元器件,也存在一定的寄生電阻,所以一般將實際電路中的串聯諧振和並聯諧振稱為RLC串聯諧振和RLC並聯諧振。
基本的RLC串聯諧振電路圖如圖1所示;基本的RLC並聯諧振電路圖如圖2所示;圖3是實際電路中常用的並聯諧振電路。
要理解串聯諧振和並聯諧振電路的區別,首先要了解串聯諧振和並聯諧振的原理,涉及的背景知識包括:電感和電容的基本物理特性;電感、電容阻抗表示式;電感、電容和電阻的複數域阻抗關係。
1)電感和電容的基本物理特性:電感兩端載入交流電時,電感兩端的交流電壓相位超前電感上流過的交流電流相位90度;電容兩端載入交流電時,電容兩端的交流電壓相位滯後電容上流過的交流電流相位90度。
2)電感和電容的阻抗表示式:電感的阻抗表示式wL,電容的阻抗表示式1/wC;其中w為載入在電感或電容兩端的交流電的角頻率(w=2*pi*f,其中f為交流電頻率,f的單位為Hz)。
3)電感和電容的複數域阻抗關係:為了能夠正確的表達電感、電容和電阻的相位關係,引入了數學上的複數域,即橫軸為實數軸,縱軸為虛數軸。考慮到電阻上的交流電壓和電流同相位,將電阻R=u/i的值在實數軸上表示出來,在複數域的表示式為R。以串聯諧振為例,在RLC串聯諧振電路中,由於串聯電路中各點電流均相同,因此串聯諧振電路中的電感、電容和電阻上的電流均大小相等、相位相同,因此以電阻上的電流為基準,電感上的電壓應該超前電阻上電流90度,因此電感上電壓除以電流得到的複數域阻抗wL應該位於虛數軸的正半軸,在複數域的表示式為jwL(j為複數域中的虛數符號),同理,電容的複數域阻抗應該位於虛數軸的負半軸,在複數域的表示式為-j*(1/wC)。因此,在RLC串聯諧振電路中,阻抗z = R+j(wL-1/wC)。同理,按上述背景知識可以分別推匯出圖2所示基本並聯諧振電路中導納表示式Y = G+jB = G+j(wC-1/wL),其中G為電導,B為電納(這裡需要特別注意,為了推導方便,在並聯諧振電路中一般採用電導和電納來表示電路引數,這裡不贅述)。如圖3所示實際應用中的並聯諧振電路電納表示式如圖4所示。
介紹完背景知識後,介紹一下串聯諧振和並聯諧振各自的特點,為了方便分析,並聯諧振以基本並聯諧振進行說明。
1、串聯諧振發生條件、特點及應用:在z = R+j(wL-1/wC)中,當wL=1/wC時,z = R,電路呈純阻性,電壓和電流同相位,這時電路發生串聯諧振。串聯諧振有以下特點:1)電路的阻抗為最小值R;2)在相同電壓下,此時電路中的電流達到最大值,該電流值稱為諧振電流。3)諧振電路呈電阻性,電源提供的能量全部內電阻吸收;4)電源電壓和電阻兩端的電壓相等、相位相同,電容和電感兩端的電壓是電源電壓的Q倍(Q稱為諧振電路的品質因數),故串聯諧振也稱電壓諧振。串聯諧振應用範圍:1)通訊電源,透過串聯諧振變換器提高提高通訊電源效率及穩定性;2)變頻諧振裝置,利用串聯諧振產生高電壓,用於裝置耐壓實驗;3)收音機電路,利用串聯諧振選擇特定頻率的訊號。
2、並聯諧振發生條件、特點及應用:在Y = G+j(wC-1/wL)中,wC = 1/wL時,電路發生並聯諧振。並聯諧振有以下特點:1)諧振時,電路阻抗為純電阻性,電路兩端電壓和電流相同;2)電路阻抗為最大值,換句話說,電路導納為最小值;3)電感支路電流和電容支路電流近似相等,併為電路總電流的Q倍,因此並聯諧振又稱電流諧振,這裡Q為並聯諧振電路的品質因數。並聯諧振電路的具體應用轉載以下在通訊電子中的應用內容,除此之外,目前電力電子領域常用的感應加熱裝置多采用並聯諧振實現,不再贅述,感興趣可以自行搜尋資料。
LC並聯諧振迴路在通訊電子電路中的應用由它的特點決定。具體來說,主要包括三大類,其一是工作於諧振狀態,作為選頻網路應用,此時呈現為大的電阻,在電流的激勵下輸出較大的電壓;其二是工作於失諧狀態,此時呈現為感性或容性,與電路中其他電感和電容一起,滿足三點式振盪電路的振盪條件,形成正弦波振盪器;其三是工作於失諧狀態,即工作於幅頻特性曲線或相頻特性曲線的一側,實現幅頻變換、頻幅變換以及頻相變換、相頻變換,構成角度調製與解調電路。