在RLC串聯電路中,因為電感上的電壓UL和電容上的電壓UC是反相的,電感上的電壓超前電阻上的電壓UR 90度,電容上的電壓滯後電阻上的電壓90度,電感和電容上的電壓相互抵消,抵消後的差額(UL-UC)與電阻上的電壓方向差90度。求電路的總電壓U時,就要把UR作為一條直角邊,把(UL-UC)作為一條直角邊,把U作為斜邊來解直角三角形。於是有:
電路的總電壓U=√UR^2+(UL-UC)^2 (都在根號裡面) (1)
UR=電路里的總電流I * 電阻R;
UL=電路里的總電流I * 電感的感抗XL;
UC=電路里的總電流I * 電容的容抗XC;
U= 電路里的總電流I * 總阻抗Z;
把這些關係代入(1)式,得:
阻抗Z=√R^2+(XL-XC)^2 (都在根號裡面) (2)
當電路發生諧振時,XL剛好等於XC,所以,電路里總阻抗達到了最小值
Z=R;
電流達到了最大值
I=U/R。
對於總電路來說,電感和電容相當於一點阻抗都沒有了。但他們各自本身是有阻抗的,只不過對總電路來說互相抵消了而已。因為電感的感抗是隨頻率上升的,電容的容抗是隨頻率下降的,正好在諧振頻率時他們兩者相等。
這時,電感上的電壓:
UL=I*XL
電容上的電壓:
UC=I*XC
他們大小相等,方向相反。
設諧振頻率為f0,則
XL=2*∏*f0*L
XC=1/(2*∏*f0*C)
即:
2*∏*f0*L=1/(2*∏*f0*C)
f0=1/(2*∏*√L*C) (3)
我們把諧振時電感或電容上的電壓與電源電壓的比值,定義為電路的品質因數Q。其物理意義就是看看電感或電容上的電壓比電源電壓大了多少倍。
因為諧振時電阻上的電壓剛好等於電源電壓,所以:
Q=UL/U=UC/U=XL/R=XC/R=2*∏*f0*L/R=1/(2*∏*f0*C*R)
那麼為什麼諧振時電感或電容上的電壓會高於電路的總電壓Q倍呢?就是因為電路里的電流達到了最大值,而電感的感抗又與電容的容抗相等。所以他們都達到了電源電壓的Q倍。從上面的公式還可以看到,想增大Q值,必須儘量減少電路里的“等效”串聯電阻。想減少Q值,就要增大R。
我為什麼要在串聯電阻前加“等效”二字呢?是因為分析電路時,應把並聯在電感或電容上的電阻“等效”為串聯電阻來看待。
在RLC串聯電路中,因為電感上的電壓UL和電容上的電壓UC是反相的,電感上的電壓超前電阻上的電壓UR 90度,電容上的電壓滯後電阻上的電壓90度,電感和電容上的電壓相互抵消,抵消後的差額(UL-UC)與電阻上的電壓方向差90度。求電路的總電壓U時,就要把UR作為一條直角邊,把(UL-UC)作為一條直角邊,把U作為斜邊來解直角三角形。於是有:
電路的總電壓U=√UR^2+(UL-UC)^2 (都在根號裡面) (1)
UR=電路里的總電流I * 電阻R;
UL=電路里的總電流I * 電感的感抗XL;
UC=電路里的總電流I * 電容的容抗XC;
U= 電路里的總電流I * 總阻抗Z;
把這些關係代入(1)式,得:
阻抗Z=√R^2+(XL-XC)^2 (都在根號裡面) (2)
當電路發生諧振時,XL剛好等於XC,所以,電路里總阻抗達到了最小值
Z=R;
電流達到了最大值
I=U/R。
對於總電路來說,電感和電容相當於一點阻抗都沒有了。但他們各自本身是有阻抗的,只不過對總電路來說互相抵消了而已。因為電感的感抗是隨頻率上升的,電容的容抗是隨頻率下降的,正好在諧振頻率時他們兩者相等。
這時,電感上的電壓:
UL=I*XL
電容上的電壓:
UC=I*XC
他們大小相等,方向相反。
設諧振頻率為f0,則
XL=2*∏*f0*L
XC=1/(2*∏*f0*C)
即:
2*∏*f0*L=1/(2*∏*f0*C)
f0=1/(2*∏*√L*C) (3)
我們把諧振時電感或電容上的電壓與電源電壓的比值,定義為電路的品質因數Q。其物理意義就是看看電感或電容上的電壓比電源電壓大了多少倍。
因為諧振時電阻上的電壓剛好等於電源電壓,所以:
Q=UL/U=UC/U=XL/R=XC/R=2*∏*f0*L/R=1/(2*∏*f0*C*R)
那麼為什麼諧振時電感或電容上的電壓會高於電路的總電壓Q倍呢?就是因為電路里的電流達到了最大值,而電感的感抗又與電容的容抗相等。所以他們都達到了電源電壓的Q倍。從上面的公式還可以看到,想增大Q值,必須儘量減少電路里的“等效”串聯電阻。想減少Q值,就要增大R。
我為什麼要在串聯電阻前加“等效”二字呢?是因為分析電路時,應把並聯在電感或電容上的電阻“等效”為串聯電阻來看待。