分析電路中諧振的原理與應(yīng)用

任綠春

摘 要：隨著科技進(jìn)步與人類社會(huì)的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，電氣設(shè)備與我們的工作與生活聯(lián)系越來越緊密。通過分析諧振電路的原理，使諧振電路的作用在無線電和電工技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，在信號接收（如收音機(jī)調(diào)諧）、消除干擾及一些振蕩器、濾波器電路和測量電路中，其主要組成部分就是諧振。因此，我們要科學(xué)的利用諧振電路的諧振現(xiàn)象，運(yùn)用諧振電路的功能。

關(guān)鍵字：諧振；串聯(lián)；并聯(lián)；應(yīng)用

在日常電路中，我們經(jīng)常會(huì)見到諧振電路。所謂的諧振即物理的簡諧振動(dòng)，物體的加速度跟偏離平衡位置的位移成正比，且總是指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)，這種叫物理共振。

在電路中，當(dāng)電路的激勵(lì)的頻率等于電路的固有頻率時(shí)，電路的電磁振蕩的振幅也將達(dá)到峰值。實(shí)際上，共振和諧振表達(dá)的是同樣一種現(xiàn)象，只是運(yùn)用不同領(lǐng)域。

1 諧振電路的概念及其原理

在諧振電路中其主要的部件有電阻、電容、電感，這三者因聯(lián)接方式不同而產(chǎn)生不同的作用，分為串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路。利用諧振現(xiàn)象選擇信號接入線圈、電容器的電路稱為諧振電路，若加上特定頻率的信號，則在線圈和電容器中有非常大的電流流過，這一現(xiàn)象是諧振現(xiàn)象。

當(dāng)調(diào)節(jié)電路元件（L或C）的參數(shù)或電源頻率，可以使它們相位相同整個(gè)電路呈現(xiàn)為純電阻性，電路達(dá)到這種狀態(tài)稱之為諧振。在諧振狀態(tài)下，電路的總阻抗達(dá)到極值或近似達(dá)到極值。

1、串聯(lián)諧振電路

以上圖（1）是RLC串聯(lián)諧振電路，當(dāng)改變輸入信號源的頻率，使得電阻產(chǎn)生的功率最大，即產(chǎn)生了諧振現(xiàn)象，電源電壓和電流同相，電路呈電阻性，這種電路狀態(tài)稱為RLC串聯(lián)諧振。

（1）串聯(lián)諧振產(chǎn)生的條件

在RLC串聯(lián)諧振電路中，發(fā)生諧振時(shí)，總阻抗最小，電路的電抗為0，表現(xiàn)為純電阻性。其中C為電容值，L為電感值。

所以串聯(lián)諧振條件是電路的感抗等于容抗。

（2）串聯(lián)諧振的頻率

因?yàn)榇?lián)諧振時(shí)，感抗等于容抗，即

所以諧振頻率f0為：

諧振電路的頻率f0僅由電路中的電感與電容值有關(guān)，與電阻（用電器）的大小無關(guān)，它反映的是電路固有頻率，所以諧振頻率也稱諧振的固有頻率。

（3）串聯(lián)諧振的特性阻抗

由于產(chǎn)生諧振時(shí)，電抗為0，但感抗與容抗都不為0，此時(shí)感抗或容抗稱為電路的特性阻抗。

（ω0為角頻率）

（4）串聯(lián)諧振的品質(zhì)因數(shù)

在電子電路中，通常把諧振電路中的特性阻抗與電路中的電阻的比，稱為品質(zhì)因數(shù)。

該品質(zhì)因數(shù)總是大于1，因?yàn)殡娮柚狄话爿^小，其值一般為幾十到幾百。

（5）串聯(lián)諧振的特點(diǎn)

在RLC串聯(lián)諧振電路中，總阻抗最?。@示電路為電阻性），所以電流最大，電阻兩端的電壓就等于電源電壓，電感與電容兩端的電壓等于電源電壓的Q倍，即串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。

（6）串聯(lián)諧振的通頻帶及其選頻特性

在RLC串聯(lián)諧振電路中，品質(zhì)因數(shù)Q值越高，電路的選擇性就越好，電路的通頻帶就越窄；反之，品質(zhì)因數(shù)Q值越低，電路的選擇性就越差，電路的通頻帶就越寬。如果RLC串聯(lián)諧振電路應(yīng)用與通信電路中，既要考慮選擇性又要考慮通頻帶，所以對品質(zhì)因數(shù)就要求越合理。

2、并聯(lián)諧振電路

電感和電容組成的并聯(lián)諧振電路是一種常見的、用途十分廣泛的諧振電路。采用并聯(lián)諧振電路的原因是串聯(lián)諧振電路在使用中不好調(diào)整品質(zhì)因數(shù)，即電源內(nèi)阻影響其品質(zhì)因數(shù)。

并聯(lián)諧振電路如圖2：

（1）并聯(lián)諧振電路的頻率

在理論和實(shí)驗(yàn)的證明下： ，其中線圈的電阻很小。

（2）并聯(lián)諧振電路的特點(diǎn)

相比RLC串聯(lián)諧振電路，并聯(lián)諧振電路的總阻抗（ ）

最大，總電流最?。妷阂欢?，總阻抗大，并聯(lián)諧振電流就小 ），

同時(shí)支路電流等于總電流的倍（IL=IC=QI），所以并聯(lián)諧振稱為電流諧振。

2 諧振電路的應(yīng)用

諧振電路在無線電和電工技術(shù)中獲得了廣泛的應(yīng)用，尤其是在追求低碳環(huán)保的要求下，因此對電路中研究諧振現(xiàn)象是非常有意義的，對諧振電路以后的發(fā)展也意義重大。

1、信號的選擇

用調(diào)諧電路選擇信號，在接收無線電和電視廣播信號時(shí)，調(diào)整調(diào)諧旋鈕、選臺按鈕，以選擇所希望的廣播站的信號進(jìn)行接收。它使用由線圈和電容器構(gòu)成的諧振電路，在由天線獲取的眾多電波中只對所需頻率的信號進(jìn)行選擇并放大。

收音機(jī)的選擇信號越好其選合能力越強(qiáng)，選擇性的高低與收音機(jī)輸入調(diào)諧回路、中頻變壓器的品質(zhì)有很大聯(lián)系。衡量諧振電路性能的的一個(gè)重要指標(biāo)是選擇性，選擇性越好，選頻特性就越尖銳，信號通頻帶就越窄。

2、作為濾波電路使用

濾波電路常被用于濾去整流輸出電壓中的紋波， LC諧振濾波器是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置，裝置由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰?，其具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資少、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用很廣泛.

（4）同頻干擾消除作用

同頻干擾主要是由耦合電容和感生電動(dòng)勢組成，是一種兩端激勵(lì)（雙端檢測對稱結(jié)構(gòu)），諧振梁有4塊對稱的激振極板和2塊拾振極板，通過激振極板所加激勵(lì)信號的相位區(qū)別實(shí)現(xiàn)第一次差分運(yùn)算，通過雙端拾差分檢測振進(jìn)行第二次差分運(yùn)算，通過這種對稱性設(shè)計(jì)來有效消除同頻干擾。

（5）作為測量電路使用

根據(jù)諧振現(xiàn)象的特點(diǎn)，可以利用諧振電路對元件的參數(shù)進(jìn)行測量，測量電路簡單，準(zhǔn)確度高。利用串聯(lián)諧振的原理，不但可以測量電容、電感元件的參數(shù)，還可以生產(chǎn)出串聯(lián)諧振耐壓實(shí)驗(yàn)儀，可以對發(fā)電機(jī)組、電力變壓器、電力電容器、電力電纜等電氣設(shè)備進(jìn)行耐壓測試。其工作原理是，通過調(diào)節(jié)耐壓實(shí)驗(yàn)儀的變頻控制器的輸出頻率，使得回路中的電抗器的電感L和被測試品具有的電容C發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振電壓即為試驗(yàn)上所加電壓。

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