諧振現(xiàn)象是正弦交流電路的一種特定現(xiàn)象,它在電子和通訊工程中得到廣泛應(yīng)用,但在電力系統(tǒng)中,發(fā)生諧振有可能破壞系統(tǒng)的正常工作。
諧振一般分串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。顧名思義,串聯(lián)諧振就是在串聯(lián)電路中發(fā)生的諧振。并聯(lián)諧振就是在并聯(lián)電路中發(fā)生的諧振。
串聯(lián)諧振
在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路內(nèi),當(dāng)容抗XC與感抗XL相等時,即XC=XL,電路中的電壓U與電流I的相位相同,電路呈現(xiàn)純電阻性,這種現(xiàn)象叫串聯(lián)諧振。當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時電路中總阻抗最小,電流將達(dá)到最大值。
串聯(lián)諧振發(fā)生的條件
一個串聯(lián)電路中,要想發(fā)生諧振,需要滿足一定的條件。
● 總阻抗值最小
● 電源電壓一定時,電流最大
● 電路呈電阻性,電容或電感上的電壓可能高于電源電壓
諧振時電路中的能量變化
電路向電源吸收的 Q=0 ,諧振時電路能量交換在電路內(nèi)部的電場與磁場間進(jìn)行。電源只向R提供能量。
高電壓可能會損壞設(shè)備。在電力系統(tǒng)中應(yīng)避免發(fā)生串聯(lián)諧振。而串聯(lián)諧振在無線電工程中有廣泛應(yīng)用。
串聯(lián)諧振電路的應(yīng)用
利用串聯(lián)諧振產(chǎn)生工頻高電壓,應(yīng)用在高電壓技術(shù)中,為變壓器等電力設(shè)備做耐壓試驗,可以有效的發(fā)現(xiàn)設(shè)備中危險的集中性缺陷,是檢驗電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度的最有效和最直接的方法。應(yīng)用在無線電工程中,常常利用串聯(lián)諧振以獲得較高的電壓。
在收音機(jī)中,常利用串聯(lián)諧振電路來選擇電臺信號,這個過程叫做調(diào)諧,下圖即為其典型電路。
并聯(lián)諧振
在電感和電容并聯(lián)的電路中,當(dāng)電容的大小恰恰使電路中的電壓與電流同相位,即電源電能全部為電阻消耗,成為電阻電路時,叫作并聯(lián)諧振。
并聯(lián)諧振是一種完全的補(bǔ)償,電源無需提供無功功率,只提供電阻所需要的有功功率。諧振時,電路的總電流最小,而支路的電流往往大于電路的總電流,因此,并聯(lián)諧振也稱為電流諧振。
發(fā)生并聯(lián)諧振時,在電感和電容元件中流過很大的電流,因此會造成電路的熔斷器熔斷或燒毀電氣設(shè)備的事故;但在無線電工程中往往用來選擇信號和消除干擾。
并聯(lián)諧振發(fā)生條件
在以下兩類電路中
● 電壓一定時,諧振時電流最小
● 總阻抗最大
● 電路呈電阻性,支路電流可能會大于總電流
并聯(lián)諧振電路的應(yīng)用
LC并聯(lián)諧振回路在通信電子電路中的應(yīng)用由它的特點決定。具體來說,主要包括三大類,其一是工作于諧振狀態(tài),作為選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,此時呈現(xiàn)為大的電阻,在電流的激勵下輸出較大的電壓;其二是工作于失諧狀態(tài),此時呈現(xiàn)為感性或容性,與電路中其他電感和電容一起,滿足三點式振蕩電路的振蕩條件,形成正弦波振蕩器;其三是工作于失諧狀態(tài),即工作于幅頻特性曲線或相頻特性曲線的一側(cè),實現(xiàn)幅頻變換、頻幅變換以及頻相變換、相頻變換,構(gòu)成角度調(diào)制與解調(diào)電路。
1、用作選頻匹配網(wǎng)絡(luò)的LC并聯(lián)諧振回路
選頻即從輸入信號中選擇出有用頻率分量而抑制掉無用頻率分量或噪聲。在通信電子電路中,LC并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)而使用是最普遍的,它廣泛地應(yīng)用于高頻小信號放大器、丙類高頻功率放大器、混頻器等電路中。這些電路的共同特點是:LC諧振回路不僅是一種選頻網(wǎng)絡(luò),通過變壓器連接方式,還起到阻抗變換的作用,減小放大管或負(fù)載對諧振回路的影響,可獲得較好的選擇性。
高頻小信號選頻放大器用來從眾多的微弱信號中選出有用頻率信號加以放大,并對其他無用頻率信號予以抑制,它廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備的接收機(jī)中。單調(diào)諧放大器電路及交流通路如下圖所示。
2、作為電容構(gòu)成泛音晶體振蕩器的LC并聯(lián)諧振回路
在外加交變電壓的作用下,石英晶片產(chǎn)生的機(jī)械振動中,除了基頻的機(jī)械振動外,還有許多奇次頻率的泛音。當(dāng)需要工作頻率很高的晶體振蕩器時,多使用泛音晶體振蕩器。下圖所示為泛音晶體振蕩器。
3、實現(xiàn)幅頻變換和頻相轉(zhuǎn)換功能的LC并聯(lián)諧振回路
LC并聯(lián)諧振回路阻抗的相頻特性是一條具有負(fù)斜率的單調(diào)變化曲線,利用曲線中,線性部分可以進(jìn)行頻率與相位的線性轉(zhuǎn)換,這主要應(yīng)用在相位鑒頻電路中;同樣,LC并聯(lián)諧振回路阻抗的幅頻特性曲線中的線性部分也可以進(jìn)行頻率與幅度的線性轉(zhuǎn)換,因而在斜率鑒頻電路中也得到了應(yīng)用。
以斜率鑒頻器為例,如圖所示,圖(a)是諧振回路的輸入電流與輸出電壓。圖(b)是其中的頻率一振幅變換原理。圖(c)為單失諧回路鑒頻器原理圖。