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串联谐振LC电路
2021-08-09

最简单的带通滤波器是LC滤波器,它们使用电感和电容(尽管电路中总是有一些额外的电阻影响工作),这些部件可以串联或并联,得到的电路分别称为串联谐振电路和并联谐振电路,使用谐振这个词是因为这些电路响应特定的频率,就像小提琴或吉他上的弦一样,因此,它们通常也被称为调谐电路。


图显示了这些电路以不同方式连接的一些例子,串联电路和并联电路的谐振频率均为电阻效应是电感的Xi等于电容器的Xc的频率,我们可以通过解这个方程得到这个共振频率


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其中f为频率,L为电感,C为电容,表示频率:


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在并联调谐电路中,电容器和电感是并联的,因此它们具有相同的电压,在共振频率,我们也有,它们的反应物是相等的,根据交流电路的欧姆定律,如果电感器和电容器具有相同的电压和电抗,则它们也必须具有相同的电流,所以它们都有相同的电流,但是因为其中一个电流使电压超前90",而另一个电流使电压滞后90",所以它们相距180",因此,电流方向相反,一个上升,另一个下降,因此,导线中通向副调谐电路的电流必须为零,因为进入调谐电路的外部电流是零,所以电路表现得像开路(也有电压,但没有电流通过)。


串联谐振


相反的情况发生在串联调谐电路中,在这里,电容和电感是串联的,所以电流是一样的,这一次,其中一个电极上的电压引导电流,而另一个电极上的电压滞后于电流90”,因此,这两个电压相距180”,在共振时(这是“在共振频率”的另一种说法),它们的反应物相等,所以它们的电压相等,但相反,因此,整个串联电路的总电压为零,即使有电流通过,因此,电路的行为就像一个短路(也有电流,但没有电压通过)。


因此,我们形成以下经验法则:


在谐振时,并联调谐电路表现为开路


在谐振时,串联调谐电路表现为短路


在其他频率下,两个电路都有一定的阻抗,接近谐振频率,电路不是完全开放的(对于并联调优)或短(对于系列调优),但仍然非常接近,离谐振频率越远,电路越小有开路或短路。


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这两种电路都可以作为选择性滤波器,让某些频率通过,并阻止其他频率通过,他们可以连接两种基本方向之间的调谐电路可以连接信号和地面如 (a)和(b)(在这种情况下它会短一些信号,根据电路的阻抗),或者一个信号必须通过LC电路从输入到输出所示(c)和(d)(在这种情况下,或多或少会得到通过,根据电路的阻抗)。


以电路(a)为例,在谐振时,并联调谐电路表现为开路,大部分输入信号直接通过电阻器到达输出,根据输出负载的不同,串联电阻中可能会有电流,所以可能会有电压损耗,但我们可以忽略它,然而,除去共振,调谐电路不再打开,它使增加的电流通过串联电阻,因此电压下降增加,离共振越远,下降越大,输出电压越小。


如果我们保持输入电压恒定,但改变频率,然后绘制输出电压与频率的关系图,我们得到类似图(a)的关系图,我们看到输出的峰值出现在共振频率处,并且在两侧都有一个下降,在共振附近有一个频带的频率确实通过,而远离共振的频率被降低了(虽然没有完全停止),因为有这个频带可以通过,这叫做带通滤波器,图中的电路(c)也是一个带通滤波器,由于串联调谐电路在雷索处是短路的频率在(和附近)共振通过,而频率较远的减少,因为串联调谐电路现在有一些电抗。


电路(b)和(d)做相反的事——在共振时,它们停止信号,电路(b)通过缩短信号来实现,而电路(d)通过打开输入和输出之间的路径来实现,即使接近共振,它们也会使信号减弱,因此它们会使一个频带停止(或减弱)如图(b)所示,因此它们被称为带阻或带阻滤波器。


请注意这里与前一章的RC低通或高通滤波器的相似之处,虽然我们这里指的是截止频率,但实际的曲线显示“截止”实际上是一个非常缓慢的下降,在共振频率的两边也有一个逐渐的变化。

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