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諧振電路中的品質(zhì)因數(shù)? 特征阻抗含義?

冬至子 ? 來源:應(yīng)用電子筆記 ? 作者:一瓶不響半瓶晃蕩 ? 2023-10-29 17:05 ? 次閱讀
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品質(zhì)因數(shù)是諧振電路的重要的參數(shù),關(guān)于諧振電路品質(zhì)因數(shù)的定義為:

圖片

假設(shè)電容兩端電壓為圖片,電容瞬時功率為圖片,則它在一個諧振周期交換的能量為:

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假設(shè)流過電感的電流圖片,電感兩端的瞬時功率為圖片,則它在一個周期內(nèi)交換的能量為:

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可以看出,品質(zhì)因數(shù)的定義可以理解為,在一個諧振周期內(nèi),電容或電感交換的能量與消耗在電路中的能量之比,這也可以理解為電路的無功功率與有功功率之比。

對于RLC串聯(lián)諧振電路,如下圖,其品質(zhì)因數(shù)為:

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對于RLC并聯(lián)諧振電路,其品質(zhì)因數(shù)Q為:

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以上兩種電路的諧振頻率均為:

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串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路有很多相似的特性,對于串聯(lián)諧振電路:

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并聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振是對偶的關(guān)系,其電流特性也呈現(xiàn)出上面的特點:

圖片

而實際電路中R、L串聯(lián),然后與C并聯(lián)的電路更常見,如電感線圈與電容并聯(lián),

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這種電路的諧振與上述兩種有所不同,電路的阻抗為:

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當(dāng)電路發(fā)生諧振時,阻抗虛部為0,諧振頻率為:

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可見只有當(dāng)1-CR2/L>0,即圖片時電路才會諧振,否則電路不會發(fā)生諧振,如果遠小于則近似于并聯(lián)諧振的特性。如果電路能夠發(fā)生諧振,則品質(zhì)因數(shù)為下式(也可將電路等效為串聯(lián)或并聯(lián)諧振電路進行求解)。

圖片

這里當(dāng)電路阻抗呈現(xiàn)純阻性時(與信號頻率無關(guān)),即當(dāng)圖片時,此時的電阻阻值又稱為電路的特征阻抗,此時電路的阻抗為:

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對于R、C并聯(lián)然后與L串聯(lián)的電路也很常見,如下圖所示,

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電路的阻抗為:

圖片

當(dāng)電路發(fā)生諧振時,虛部阻抗為0,諧振頻率為:

圖片

可見與R-L//C電路呈現(xiàn)對偶關(guān)系。只有當(dāng)1-L/CR2>0,即圖片時,電路才會諧振,否則電路不會發(fā)生諧振,如果遠大于則近似于串聯(lián)諧振的特性。同樣,該電路的品質(zhì)因數(shù)為:

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如果電路呈現(xiàn)純阻性(與信號頻率無關(guān)),即滿足圖片時,圖片即為該電路的特征阻抗,電路的阻抗為:

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可見以上兩種電路當(dāng)負載阻抗等于電路特征阻抗時,電路呈現(xiàn)電阻特性,且特征阻抗的表達式是相同的,電路所表現(xiàn)出的阻抗即為負載阻抗。

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