LC振荡电路设计

描述

电感与电容都是储能元件。如果两端有电压差,电容会以电场能的形式储存能量;电感会以磁场能的形式储存能量。表现出来的现象,是电容两端有压差,这个压差用万用表很容易就能检测到;电感周围有磁场,然而这个磁场并不容易被检测出来,不那么直观。给电容两端施加电压,称为充电;给电感两端施加电压,称为充电也可以,更形象的说法是“充磁”。

电容不喜欢电压的变化,如果由于外部原因导致电容两端的电压要增大,电容会先储存电荷,放慢电压增大的速度;如果外部原因导致电容两端的电压要减小,电容会释放自己储存的电荷,放慢电压减小的速度。只分析变化的这一瞬间的话,可以说,电容两端电压不能突变。

电感不喜欢电流变化,如果由于外部原因导致流过电感的电流要增大,那么电感产生的磁场会变强,阻碍电流变大;如果由于外部原因导致流过电感的电流要减小,那么电感产生的磁场会在电感自身上感应出电流来,放电阻碍电流变小。也可以说,电感内部的电流不能突变。

电感产生的电流与外部电路的电阻大小没有关系,如果有个电阻R跟电感串联,电感放出的电流为I,那么电阻上会感应出的电压就是U=I*R。这个电压可以比给电感充电的电压还大,人们常常利用 电感的这个特性产生高电压。由于电感产生的磁场可以在附近的另外一个导体上感应出电流来,通过磁场实现“无形”的能量传递,人们常常利用这个特性来进行通信,或者能量传递。

电感与电容很多特性是对立的,把他俩进行串联或者并联,得到的电路也很有意思。在此我们只讨论LC并联的情况。

假设电感与电容都是理想元器件,不存在损耗。初始状态的时候电容内部储存了电荷。

假设为初始状态,电容充满电荷,上极板电压高 电感没有产生磁场。这个瞬间没有电流。 电感
电容放电,电压差减小。电流方向为逆时针。 电感充磁,磁场变强,内部磁场方向为“从上到下”。 电感
电感
电容放电完毕。 电感充磁完毕,磁场能最大,即将开始放电。 电感
电容 电感 图示
电容开始充电,但是电流方向仍为逆时针,所以电容下极板电压高。 电感阻碍逆时针电流减小的趋势,自己放电维持逆时针电流,磁场变小。 电感
电感
电容放电,电压差减小。电流方向为顺时针。 电感充磁,磁场变强,内部磁场方向为“从下到上”。 电感
电感
电容放电完毕。 电感充磁完毕,磁场能最大,即将开始放电。 电感
电容开始充电,但是电流方向仍为顺时针,所以电容上极板电压高。 电感阻碍逆时针电流减小的趋势,自己放电维持顺时针电流,磁场变小。 电感
电感
回到初始状态 回到初始状态 电感
     

电容的电场能转换为电感的磁场能,电感的磁场能转换为电容的电场能,两种能量相互转换。以上电路可以称为LC并联谐振电路。所谓谐振,就是共振的意思。两个频率相同,相位相同的正弦波叠加时,叠加波形达到最大值,这个共振的现象,在电路里称为谐振。分析电容或者电感两端的电压,可以发现,电压波形是正弦波,以一定的频率振荡。这个频率与电感值和电容值都有关系,称为谐振频率,可以表示为:

电感

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