Obwody z elementami L i C mają specjalną charakterystykę ze względu na ich charakterystyki częstotliwościowe (takie jak częstotliwość Vs, prąd, napięcie i impedancja), które mogą mieć znaczące wartości minimalne lub maksymalne przy określonych częstotliwościach. Zastosowania tych obwodów obejmują głównie nadajniki, odbiorniki radiowe i odbiorniki telewizyjne. Rozważmy obwód LC, w którym kondensatory i cewki są połączone szeregowo w zasilaczu, a połączenie obwodu ma unikalną charakterystykę rezonansu przy określonej częstotliwości zwanej częstotliwością rezonansową. W tym artykule omówiono, czym jest obwód LC i działanie harmoniczne prostych szeregowych i równoległych obwodów LC.
Co to jest obwód LC?
Obwód LC, znany również jako obwód magazynowania energii, obwód strojenia lub obwód rezonansowy, to obwód składający się z cewki indukcyjnej osadzonej w kondensatorze oznaczonym literą „C” i połączonej ze sobą literą „L”. Obwody te służą do generowania sygnałów o określonych częstotliwościach lub odbierania sygnałów z sygnałów złożonych o określonych częstotliwościach. Obwód LC to podstawowy element elektroniczny w różnych urządzeniach elektronicznych, zwłaszcza w urządzeniach bezprzewodowych, takich jak tunery, filtry, miksery i oscylatory. Główną funkcją obwodu LC jest zwykle oscylacja przy minimalnym tłumieniu.
Rezonans obwodu szeregowego LC
wrezonans szeregowyKonfiguracja obwodu LC, kondensator „C” i cewka indukcyjna „L” są połączone szeregowo, jak pokazano na poniższym obwodzie. Suma napięć na kondensatorze i cewce jest sumą całkowitych napięć na zaciskach obwodu otwartego. Prąd w obwodzie LC+zacisk Ve jest równy prądowi płynącemu przez cewkę indukcyjną (L) i kondensator (C) v=v L+v C, i=i L=i C
Gdy amplituda reaktancji indukowanej „XL” wzrasta, częstotliwość również wzrasta. Podobnie, gdy wartość reaktancji kondensatora „XC” maleje, częstotliwość również maleje.
Rezonans obwodu szeregowego LC
Przy określonej częstotliwości dwie reaktancje XL i XC mają tę samą wielkość, ale przeciwne znaki, dlatego częstotliwość ta nazywana jest częstotliwością rezonansową, reprezentowaną przez obwód LC.
Dlatego w rezonansie
X L = -X C
ωL= 1 /ωC
ω=ω0= 1 /√LC
Nazywa się to rezonansową częstotliwością kątową obwodu. Przelicz częstotliwość kątową na częstotliwość, korzystając z poniższego wzoru
f0 =ω0/2π√LC
wrezonans szeregowyW konfiguracji obwodu LC dwa rezonanse XC i XL znoszą się wzajemnie. W praktycznych, a nie idealnych komponentach przepływ prądu jest zwykle przeciwny do rezystancji uzwojenia cewki. Dlatego prąd dostarczany do obwodu jest maksymalny podczas rezonansu.
Definicja obwodu odbiorczego jest taka, że gdy In Lt f i f0 są maksymalne, impedancja obwodu jest minimalna.
dla f
dla f
Równoległy rezonans obwodu LC
W konfiguracji równoległej obwodu LC kondensator „C” i cewka indukcyjna „L” są połączone równolegle, jak pokazano na poniższym rysunku. Suma napięć na kondensatorze i cewce jest sumą całkowitych napięć na zaciskach obwodu otwartego. Prąd w obwodzie LC + zacisk Ve jest równy prądowi przepływającemu przez cewkę indukcyjną (L) i kondensator (C)
v = v L = v C
I=IL +IC
Niech opór wewnętrzny cewki będzie wynosić „R”. Kiedy występują dwa rezonanse XC i XL, prądy w gałęzi biernej są takie same i przeciwne, więc znoszą się nawzajem, zapewniając minimalny prąd na przewodzie kluczowym. Gdy w tym stanie całkowity prąd jest minimalizowany, całkowita impedancja jest maksymalizowana, a częstotliwość rezonansowa jest określona przez następujące równanie
f0 =ω0/2π= 1 /2π√LC
Należy pamiętać, że podczas rezonansu prąd dowolnej gałęzi reaktywnej nie jest minimalny. Ale prąd każdej gałęzi biernej jest podawany osobno poprzez oddzielenie napięcia biernego „V” od napięcia biernego „Z”.
Równoległy rezonans obwodu LC
Dlatego zgodnie z prawem Ohma I=V/Z
Obwód tłumiący można zdefiniować w następujący sposób: gdy prąd sieciowy osiąga minimum, a całkowita impedancja osiąga maksimum w punkcie f0, obwód jest indukcyjny poniżej f0 i pojemnościowy powyżej f0.