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LC并联谐振电路和LC串联谐振电路
2021-10-21

根据电路中电感器L和电容器C的连接方式不同,共有两种基本的LC谐振电路:LC并联谐振电路和LC串联谐振电路。


在放大器电路和其它形式的信号处理电路中,大量使用LC并联谐振电路和LC串联谐振电路,下图是LC谐振电路的应用说明:


串联谐振


LC并联、串联谐振电路在应用中的变化较多,是电路分析的一个难点。


串联谐振.png


01 LC自由谐振电路


下图所示是LC自由谐振电路,电路中的L1是电感器,C1是电容器,L1和C1构成一个并联电路。


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LC谐振的电-磁转换过程


如下图所示,LC谐振电路的基本谐振过程是:设一开始电容C1中已有电能,这时C1的电能对L1放电,这一过程是C1中的电能转换成线圈L1中磁能的过程,电容C1放电结束时,能量全部以磁能的形式储存在线圈L1中。


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如下图所示,C1放电完毕后,线圈L1中的磁能又以线圈两端自感电动势产生电流的方式,对C1充电,这一充电过程是线圈L1中磁能转换成电容C1中电能的过程。


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电容C1充电完毕后,电容两端的电压再度对线圈进行放电,开始又一轮的振荡、能量转换过程


02 LC并联谐振电路


下图所示是LC并联谐振电路,电路中的L1和C1构成LC并联谐振电路,R1是线圈L1的直流电阻,Is是交流信号源,这是一个恒流源,所谓恒流源就是输出电流不随负载大小的变化而变化的电源,为便于讨论LC并联电路,可忽略线圈电阻R1,简化后的电路如下图所示:


image.png

LC并联谐振电路的阻抗可以等效成一个电阻,这是一个特殊电阻,它的阻值大小是随频率高低变化而变化的,这种等效可以方便对电路工作原理的理解。


LC并联电路的一个重要特性:并联谐振时电路的阻抗达到最大。


输入信号频率高于谐振频率后,LC并联谐振电路等效成一只电容。


① 输入信号频率等于谐振频率时阻抗特性曲线:


image.png

② 输入信号频率高于谐振频率时阻抗特性曲线:


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③ 输入信号频率低于谐振频率时阻抗特性曲线:


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④ LC并联谐振网络电抗特性曲线:


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⑤ LC并联谐振电路电路的频率特性曲线:


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03 LC串联谐振电路


LC串联谐振电路是LC谐振电路中另一种谐振电路。


下图所示是LC串联谐振电路,电路中R1是线圈L1的直流电阻,也是这一LC串联谐振电路的阻尼电路,电阻器是一个耗能元件,它在这里要消耗谐振信号的能量,L1与C1串联后再与信号源相并联,这里的信号源是一个恒压源。


image.png

在LC串联谐振电路中,电阻R1的阻值越小,对谐振信号的能量消耗越小,谐振电路的品质也越好,电路的Q值也越高,当电路中的电感L1越大,存储的磁能也越多,在电路损耗一定时谐振电路的品质也越好,电路的Q值也越高。


电路中,信号源与LC串联谐振电路之间不存在能量相互转换,只是电容C1和电感L1之间存在电能和磁能之间的相互转换,外加的输入信号只是补充由于电阻R1消耗电能而损耗的信号能量。


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