RLC串联谐振,品质因数的影响

串联谐振

电路谐振是正弦稳态电路的一种特定的工作状态,通常发生在电感L,电容C和电阻R构成的电路。当高频信号通过电感或者电容的时候会产生感抗或者容抗,电感的感抗随着频率的增加而增加,电容的容抗随着频率的增加而降低。

对于串联谐振而言,当电感的感抗和电容的容抗在某一频率下相互抵消的时候,即发生电路发生谐振,该情况下,电路的阻抗变得最小,这一频率点称为谐振频率点

串联谐振中,当频率达到这个值的时候,电路的总反应为纯电阻性,且电能在电感和电容之间进行高效的交换。

串联谐振的电路模型

RLC串联电路工作在正弦稳态下,由电感线圈,电容,电阻构成串联谐振电路,电阻R反映损耗的等效电阻。

串联电路的总阻抗

电抗随频率的变化曲线如下图所示:

电感的感抗随着频率的增加而增加,容抗随着频率的增加而减小。

谐振角频率,谐振频率即感抗和容抗相等时候可以得到

谐振角频率仅仅是由电感和电容的参数决定的,与外部电源无关。

串联谐振电路的品质因数

串联谐振电路的品质因数定义,特性阻抗与串联电阻的比值

串联谐振时,电路中总的阻抗随频率的变化图

阻抗谐振,谐振时,总阻抗的模最小,为电阻的阻值

随着频率增加,感抗在增加,容抗在减小,当达到谐振点频率的时候,电路中总的阻抗最小,阻抗值是电阻的阻值。在谐振点点的时候,当输入电压不变的时候,电路中的电流是最大的,电压和电流是同相位的。

电压分析

当电路谐振时候,分析各元件上面的电压

增益曲线

当取电阻两端的电压作为输出电压,可以得到如下的增益曲线

增益

其中是归一化后的数值,fs是开关频率,f0是谐振腔的谐振频率。

由图可知Q值越大,曲线变化越是陡峭,即增益变化越快,此时对输出电压的抑制能力越强,由品质因数的表达式可以知道,当串联谐振电路中的电感和电阻都确定的时候,电阻越小,品质因数Q的值越大。当频率达到谐振点的时候,电路发生谐振,增益处于最大值。

实际电路中,Q值可达几十或者几百,写真时电感电容上的电压可达激励电压的几十或者几百倍,所以串联谐振又被称为电压谐振。

当该拓扑用在DC-DC中可以得到:

直流电压增益比不超过1:当fn=1 时谐振网络阻抗最小,电压增益比最大,为1;
软开关:当fn>1 时,原边开关管实现零电压开关;
在空载或轻载条件下,输出电压调节性差:负载变轻,Q变小,为了保证输出电压保持不变,
需要大幅度提高开关频率。

电路仿真

搭建一个仿真电路,当有频率与谐振频率相同的信号经过谐振腔的时候

当等于谐振频率的高频信号输入到谐振腔的时候,电路发生谐振,输入信号和输出信号是同相位的,幅值相等。

RLC串联谐振总结

谐振 时,电路的阻抗等于电阻值Z = R

低频 时,串联电路是容性 的:X C > X L ,电流超前电压的相位,这使电路具有领先的功率因数

高频时 ,串联电路是 性的:X L > X C, 电流滞后电压的相位,这使电路具有滞后的功率因数。

谐振时有可能会在电感和电容上产生比较高的电压值,设计时应该考虑到器件的耐压值。

相关推荐
可待电子单片机设计定制(论文)7 小时前
【STM32设计】基于STM32的智能门禁管理系统(指纹+密码+刷卡+蜂鸣器报警)(代码+资料+论文)
stm32·单片机·嵌入式硬件
不可思议迷宫8 小时前
Verilog编程实现一个分秒计数器
单片机·嵌入式硬件·fpga开发
life_yangzi9 小时前
关于单片机IAP升级的那点事儿|智能设置中断向量表
单片机·嵌入式硬件
了一li12 小时前
STM32实现一个简单电灯
stm32·单片机·嵌入式硬件
可待电子单片机设计定制(论文)14 小时前
【STM32设计】数控直流稳压电源的设计与实现(实物+资料+论文)
stm32·嵌入式硬件·mongodb
小麦嵌入式15 小时前
Linux驱动开发实战(十一):GPIO子系统深度解析与RGB LED驱动实践
linux·c语言·驱动开发·stm32·嵌入式硬件·物联网·ubuntu
触角0101000117 小时前
STM32F103低功耗模式深度解析:从理论到应用实践(上) | 零基础入门STM32第九十二步
驱动开发·stm32·单片机·嵌入式硬件·物联网
昊虹AI笔记17 小时前
使用STM32CubeMX和Keil在STM32上创建并运行一个简单的FreeRTOS多任务程序
stm32·单片机·嵌入式硬件
王光环17 小时前
单片机使用printf,不用微库
单片机·嵌入式硬件
LS_learner18 小时前
小智机器人关键函数解析,Application::OutputAudio()处理音频数据的输出的函数
人工智能·嵌入式硬件