Monday, June 5, 2023

认识一下LC的谐振电路

 

01 什么是LC的谐振电路
 
LC电路是指电感L和电容C构成的电路,主要有LC串联谐振电路和LC并联谐振电路。在放大器电路和其他形式的信号处理过程中,大量使用LC串联谐振电路和LC并联谐振电路。
 
02 LC谐振电路的作用
 
选频电路:构成选频电路,用来在众多频率信号中选择出需要的频率信号进行放大,这种电路在收音机、电视机及正弦波振荡器电路中经常用到。
 
吸收电路:构成吸收电路,用来在众多频率中将某一频率信号进行吸收,或者进行衰减,去掉。
 
阻波电路:构成阻波电路,将众多频率的信号中阻止某一频率信号通过放大器或其他电路。
 
移相电路:利用LC并联电路构成的移相电路,对信号进行移相。
 
03 LC谐振的等效理解方法
 
如下图所示是一个简单的LC自由谐振电路,电路中L1是电感器,C1是电容器。
 
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图3.1  LC的自由谐振电路
 
LC电路的谐振过程看不见、摸不着,理解起来也相当不便,为此我们可以采用钟摆的左右摆动来进行模拟。钟摆示意图可以参考如下图:
 
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图3.2 钟摆示意图
 
说明:在给钟摆一个初始能量之后,摆就会左右摆动起来。如果不给钟摆持续的力量,钟摆将由于外界摩擦,钟摆会在摆动过程中振幅越来越小,最后停止。就像LC电路一样,若给LC自由谐振电路一个初始能量,该电路便会发生自由谐振,这一自由谐振如果没有持续外界供给能量,振荡将逐渐衰减到0。
 
04 LC谐振电路的电-磁和磁-电转换过程
 
先看电-磁转换过程,假设一开始给电容C1充电,C1中存储了电能,然后C1的电能对线圈L1进行放电,在这一过程中,电容C1中的电能转换成线圈L1中的磁能,如果电容C1放电结束时,能量全部以磁能的形式存储在线圈L1中。
 
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图4.1 LC谐振电路的电-磁转换过程
 
再看磁-电转换过程,电容C1放电完毕之后,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,开始对电容C1进行充电,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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图4.2 LC谐振电路的磁-电转换过程
 
电容C1充完电之后呢,电容C1两端的电压再次对L1进行放电,开始新一轮的能量转换。
 
05 LC谐振的正弦振荡及衰减振荡
 
假设电容C1及电感L1中不存在能量损耗,则谐振回路中的振荡电流是等幅的,为正弦波。
 
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图5.1 正弦振荡示意图
 
如果电容和电感存在能量损耗,则谐振回路中的电流是不等幅的,而是逐渐衰减的。
 
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图5.2 衰减振荡示意图
 
06 LC谐振的振荡频率
 
LC谐振过程中,电容C1不断重复的充电、放电,有一个周期,称为振荡周期,也可以用振荡频率来描述。在L1和C1的大小确定之后,谐振频率就确定了,我们称该谐振频率为固有频率或自然频率。谐振频率f0为下面的公式。
 
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无论LC是并联谐振电路还是串联谐振电路,其谐振频率的计算公式是相同的。
 https://rf.eefocus.com/article/id-335970

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