分析電路中諧振的原理與應用

任綠春

摘 要：隨著科技進步與人類社會的快速發展，電子產品的更新換代，電氣設備與我們的工作與生活聯系越來越緊密。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中得到廣泛應用，在信號接收（如收音機調諧）、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，我們要科學的利用諧振電路的諧振現象，運用諧振電路的功能。

關鍵字：諧振；串聯；并聯；應用

在日常電路中，我們經常會見到諧振電路。所謂的諧振即物理的簡諧振動，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力的作用下的振動，這種叫物理共振。

在電路中，當電路的激勵的頻率等于電路的固有頻率時，電路的電磁振蕩的振幅也將達到峰值。實際上，共振和諧振表達的是同樣一種現象，只是運用不同領域。

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，這三者因聯接方式不同而產生不同的作用，分為串聯諧振電路和并聯諧振電路。利用諧振現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，這一現象是諧振現象。

當調節電路元件（L或C）的參數或電源頻率，可以使它們相位相同整個電路呈現為純電阻性，電路達到這種狀態稱之為諧振。在諧振狀態下，電路的總阻抗達到極值或近似達到極值。

1、串聯諧振電路

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

（1）串聯諧振產生的條件

在RLC串聯諧振電路中，發生諧振時，總阻抗最小，電路的電抗為0，表現為純電阻性。其中C為電容值，L為電感值。

所以串聯諧振條件是電路的感抗等于容抗。

（2）串聯諧振的頻率

因為串聯諧振時，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，與電阻（用電器）的大小無關，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）串聯諧振的特性阻抗

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

（ω0為角頻率）

（4）串聯諧振的品質因數

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，稱為品質因數。

該品質因數總是大于1，因為電阻值一般較小，其值一般為幾十到幾百。

（5）串聯諧振的特點

在RLC串聯諧振電路中，總阻抗最小（顯示電路為電阻性），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，即串聯諧振又稱為電壓諧振。

（6）串聯諧振的通頻帶及其選頻特性

在RLC串聯諧振電路中，品質因數Q值越高，電路的選擇性就越好，電路的通頻帶就越窄；反之，品質因數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串聯諧振電路應用與通信電路中，既要考慮選擇性又要考慮通頻帶，所以對品質因數就要求越合理。

2、并聯諧振電路

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

并聯諧振電路如圖2：

（1）并聯諧振電路的頻率

在理論和實驗的證明下： ，其中線圈的電阻很小。

（2）并聯諧振電路的特點

相比RLC串聯諧振電路，并聯諧振電路的總阻抗（ ）

最大，總電流最小（電壓一定，總阻抗大，并聯諧振電流就小 ），

同時支路電流等于總電流的倍（IL=IC=QI），所以并聯諧振稱為電流諧振。

2 諧振電路的應用

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

1、信號的選擇

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

收音機的選擇信號越好其選合能力越強，選擇性的高低與收音機輸入調諧回路、中頻變壓器的品質有很大聯系。衡量諧振電路性能的的一個重要指標是選擇性，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諧振濾波器是傳統的諧波補償裝置，裝置由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成，與諧波源并聯，除起濾波作用外，還兼顧無功補償的需要，其具有結構簡單、設備投資少、運行可靠性較高、運行費用較低等優點，應用很廣泛.

（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勢組成，是一種兩端激勵（雙端檢測對稱結構），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信號的相位區別實現第一次差分運算，通過雙端拾差分檢測振進行第二次差分運算，通過這種對稱性設計來有效消除同頻干擾。

（5）作為測量電路使用

根據諧振現象的特點，可以利用諧振電路對元件的參數進行測量，測量電路簡單，準確度高。利用串聯諧振的原理，不但可以測量電容、電感元件的參數，還可以生產出串聯諧振耐壓實驗儀，可以對發電機組、電力變壓器、電力電容器、電力電纜等電氣設備進行耐壓測試。其工作原理是，通過調節耐壓實驗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發生串聯諧振，諧振電壓即為試驗上所加電壓。

參考文獻

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