lc串联谐振电容电压
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串联谐振时电感及电容上的电压,大小相等,符号相反,即和为0。谐振的特征就是电路电压和电流的相位差是0,因为电感和电容的效果刚好抵消,即容抗等于感抗,电路呈阻性。所以电路的总体效果和只有一个电阻是一样的,电阻分得了电源电压。电容和电感分得电压只和是0,即电感及电容上的电压大小相等,符号相反。
LC串联谐振,电路的整体阻抗为0欧,那么RLC串联谐振的整体阻抗为R的阻值。 这时候电路的电流等于U/R。而由于串联,流过阻容感(RLC)的电流式相同的,那么电感上的电压为感抗乘电流,电容上的电压幅值和电感上相同。 我们把R减小,那么电流就会加大,电阻为0的话,理论上电流等于无穷大,那么电感电容上的电压也都分别是无穷大。换句话说,电阻值的大小直接影响到电感上输出电压的高低。减小电阻值很容易得到高电压,这是很危险的。 所以我们要控制输出电压大小作为保护。
在RLC串联电路中,因为电感上的电压UL和电容上的电压UC是反相的,电感上的电压超前电阻上的电压UR 90度,电容上的电压滞后电阻上的电压90度,电感和电容上的电压相互抵消,抵消后的差额(UL-UC)与电阻上的电压方向差90度。求电路的总电压U时,就要把UR作为一条直角边,把(UL-UC)作为一条直角边,把U作为斜边来解直角三角形。于是有:
电路的总电压U=√UR^2+(UL-UC)^2 (都在根号里面) (1)
UR=电路里的总电流I * 电阻R;
UL=电路里的总电流I * 电感的感抗XL;
UC=电路里的总电流I * 电容的容抗XC;
U= 电路里的总电流I * 总阻抗Z;
把这些关系代入(1)式,得:
阻抗Z=√R^2+(XL-XC)^2 (都在根号里面) (2)
当电路发生谐振时,XL刚好等于XC,所以,电路里总阻抗达到了最小值
Z=R;
电流达到了最大值
I=U/R。
对于总电路来说,电感和电容相当于一点阻抗都没有了。但他们各自本身是有阻抗的,只不过对总电路来说互相抵消了而已。因为电感的感抗是随频率上升的,电容的容抗是随频率下降的,正好在谐振频率时他们两者相等。
这时,电感上的电压:
UL=I*XL
电容上的电压:
UC=I*XC
他们大小相等,方向相反。
设谐振频率为f0,则
XL=2*∏*f0*L
XC=1/(2*∏*f0*C)
即:
2*∏*f0*L=1/(2*∏*f0*C)
f0=1/(2*∏*√L*C) (3)
我们把谐振时电感或电容上的电压与电源电压的比值,定义为电路的品质因数Q。其物理意义就是看看电感或电容上的电压比电源电压大了多少倍。
因为谐振时电阻上的电压刚好等于电源电压,所以:
Q=UL/U=UC/U=XL/R=XC/R=2*∏*f0*L/R=1/(2*∏*f0*C*R)
那么为什么谐振时电感或电容上的电压会高于电路的总电压Q倍呢?就是因为电路里的电流达到了最大值,而电感的感抗又与电容的容抗相等。所以他们都达到了电源电压的Q倍。从上面的公式还可以看到,想增大Q值,必须尽量减少电路里的“等效”串联电阻。想减少Q值,就要增大R。
