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并联串联混合的电压和电流_困惑了很久的串联/并联谐振电路详解

在含有电阻、电感和电容的交流电路中,电路两端的电压通常与电流不同。如果调整电路参数或电源频率,使电流与电源电压相同,则电路为电阻,称电路工作状态为谐振。

谐振现象是正弦交流电路的一种特定现象,广泛应用于电子和通信工程中,但在电力系统中,谐振可能会破坏系统的正常运行。

谐振一般分为串联谐振和并联谐振。顾名思义,串联谐振是串联电路中的谐振。并联谐振是并联电路中的谐振。

当容抗XC与感抗XL相等时,即XC=XL,电路中的电压U与电流I相同,电路呈纯电阻,称为串联谐振。当电路串联谐振时,电路中的总阻抗最小,电流最大。

在串联电路中,为了产生谐振,需要满足一定的条件。

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,即:

时,

,此时,电压与电流相同,电路串联谐振。

,可得

,谐振频率为

● 总阻抗值最小

● 电源电压一定时,电流最大

● 电路是电阻的,电容或电感上的电压可能高于电源电压

电路吸收电源 Q=0 ,在电路内的电场和磁场之间进行电路能量交换。电源只向R提供能量。

高压可能会损坏设备。串联谐振应避免在电力系统中发生。串联谐振广泛应用于无线电工程中。

利用串联谐振产生工频高电压,应用在高电压技术中,为变压器等电力设备做耐压试验,可以有效的发现设备中危险的集中性缺陷,是检验电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法。应用在无线电工程中,常常利用串联谐振以获得较高的电压。

在收音机中,通常使用串联谐振电路来选择广播信号,称为调谐,下图是其典型的电路。

当不同频率信号的电波在天线上产生不同频率的电信号时,通过线圈1L感应到线圈2L。如果振荡电路共振某个信号频率,电路中信号的电流最大,则在电容器两端产生比信号电压Q倍高的电压CU。对于其他频率的信号,电路中的电流很小,因为没有谐振,所以被电路抑制。因此,可以更改电容器C,选择要玩的广播信号,以改变电路的谐振频率。

在电感和电容并联的电路中,当电容的大小使电路中的电压与电流相同,即所有的电源和电能都被电阻消耗,成为电阻电路时,称为并联谐振。

并联谐振是一种完全补偿。电源只提供电阻所需的有功功率,而不提供无功功率。谐振时,电路总电流最小,支路总电流往往大于电路总电流。因此,并联谐振也称为电流谐振。

并联谐振发生时,大电流流过电感和电容元件,导致电路熔断器熔断或烧毁电气设备;但在无线电工程中,通常用于选择信号和消除干扰。

在以下两种电路中

并联谐振发生时,

(a)

可得

谐振频率为

(b)

可得:

一般来说,线圈电阻R远小于XL,因此,忽略R得到

,即得到谐振频率

● 电压一定时,谐振时电流最小

● 总阻抗最大

● 电路电阻,支路电流可能大于总电流

LC并联谐振电路在通信电子电路中的应用取决于其特性。具体来说,主要包括三类,一类是在谐振状态下工作,作为频率选择网络应用,电阻大,在电流激励下输出大电压;二是在不和谐状态下工作,表现为感性或容性,与电路中的其他电感和电容一起满足三点振荡电路的振荡条件,形成正弦波振荡器;三是在不和谐状态下工作,即在频率特性曲线或相频特性曲线的一侧工作,实现幅频变换、频幅变换、频相变换、相频变换,形成角度调制和解调电路。

选频是从输入信号中选择有用的频率分量,抑制无用的频率分量或噪声。在通信电子电路中,LC并联谐振电路广泛应用于高频小信号放大器、C类高频功率放大器、混频器等电路中。这些电路的共同特点是:LC谐振电路不仅是一种选频网络,而且通过变压器连接起到阻抗变换的作用,减少放大管或负载对谐振电路的影响,可以获得更好的选择性。

高频小信号选频放大器用于从许多微弱信号中选择有用的频率信号进行放大,并抑制其他无用的频率信号,广泛应用于通信设备的接收器中。单调谐放大器电路和交流通路如下图所示。

上图中,LC并联谐振电路作为晶体管的集电极负载,调节放大器的中心频率。LC电路通过自耦变压器与本级集电极电路连接,与下一级连接采用变压器耦合。

在交变电压的作用下,除了基频的机械振动外,石英晶片产生的机械振动中还有许多奇怪频率的泛音。当需要高工作频率的晶体振荡器时,更多地使用泛音晶体振荡器。下图显示了泛音晶体振荡器。

石英晶体与上图CL支路具有石英晶体的电感特性,C2以及L1C根据三点式振荡器的组成原理(射同其异),一回路组成三点式振荡器,L1C谐振回路应呈容性。假设石英晶体在5次泛音频率上工作,标称频率为5次 MHz,为抑制基频和三次泛音的寄生振荡,L1C1回路应调整在3次和5次泛音频率之间,即3~5次 MHz之间。由图(b)所示的L1C1谐振电路电抗特性曲线可见5次泛音频率5次 MHz,L1C电路呈容性,电路满足三点振荡条件,可振荡。对于小于L1C1回路谐振频率的基波和3次谐波,电路具有电感特性,不符合射同其异的组成原则,不能产生振荡。对于7次以上的泛音,虽然L1C1回路也是容性的,但此时等效电容过大,振幅起振条件无法满足,振荡无法产生。

LC并联谐振电路阻抗的相频特性是负斜率的单调变化曲线。在曲线中,线性部分可以进行频率和相位的线性转换,主要用于相位识别电路;同样,LC并联谐振电路阻抗的振幅特性曲线中的线性部分也可以进行频率和振幅的线性转换,因此也应用于斜率识别电路中。

以斜率鉴频器为例,如图所示(a)是谐振电路的输入电流和输出电压。(b)是频率一振幅变换原理。(c)单失谐回路鉴频器原理图。

调频信号的电流等幅,频率随调制变化的电流。当此电流通过斜率鉴频器的频率一振幅变换网络时,由于LC并联谐振网络的中心频率为f0,输入的高频信号使LC网络一直处于失谐状态,即工作于谐振曲线上以A为中心的BC之间的区域。当输入信号频率增大时,工作点由A向C移动,对应的输出电压由Uma减小为Umc;反之,当输入信号频率减小时,工作点由A向B移动,对应的输出电压由Uma增大为Umb。当输入信号最大频偏△f变化不大时,线段BC很短,可近似看作直线,因此它所产生的频率-振幅变换作用是线性,输出电压振幅的变化与输入信号频率的变化呈线性关系。因此网络可以将等幅的调频信号变成调幅-调频信号,该信号再经过二极管包络检波器就能够解调出输出信号。

标签: 1交流电压流过串联的电容混联电路电阻的特点

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