串联谐振电路分析

 

       众所周知，在电路中感抗和容抗的作用刚好相反。在电感器中，电压超前电流，在电容器中，电压滞后电流，两者电压与电流都存在90°的相位差。因此，在L与C的串联电路中，通过电感与电容的电流相同，两者电压相位差为180°，当L与C两端电压大小相等时，它们相互抵消，此时测量LC两端电压，值为0。这种情况是不是很神奇呢，现在我们来看看它是如何发生的。
       提到电容电感，我们先回顾一下品质因数Q，Q定义为电抗与电阻的比值。电抗会随着频率改变。感抗在频率最低时最小，随着频率的增高而增大，容抗在频率最低时最大，随着频率的增高而减小。那么，在任意L与C的串联电路中，逐渐改变信号源的频率，在某一个频率值上，感抗与容抗大小刚好相等，我们把这种特殊情况称为谐振，这个频率称为谐振频率，这种电路称为串联谐振电路。
       在LC串联电路中,当信号源频率比谐振频率低时，容抗大于感抗，随着频率逐渐降低，电容器的容抗会变得更大，电感器的感抗会变得更小，这样，电路总电抗会随着频率的减小而增大，因此，随着频率的降低，电路中电流变小；当频率比谐振频率高时，感抗大于容抗，随着频率增高，容抗变得更小，而感抗变得更大，这时电路中总电抗会随着频率的增高而增大，因此，随着频率的增高，电路中的电流变小。由此，我们得出一个非常重要的结论：LC串联电路中频率等于谐振频率时，电路中电流最大，当高于或低于谐振频率时，电路中电流减小。
       通常情况下，L与C的电压都非常大，一般是施加到电路上的电压的Q倍。这里举个例子，在Q值为10的LC串联电路中，如果信号源提供的电压为10V，那么电感器和电容器两端的电压是100V，不用担心，这两者电压存在180°的相位差，相加后电路总电压依然是10V。电容电感两端高压的产生是因为存储在电容器电场和电感器磁场中的能量，在每个周期内，在电容器与电感器间来回转移。

审核编辑 黄宇