1. Основная концепция и условие резонанса
Суть резонанса заключается в том, что индуктивное реактивное сопротивление (Xₗ) и емкостное реактивное сопротивление (X꜀) в цепи нейтрализуют друг друга на определенной частоте, заставляя цепь вести себя чисто резистивно. Эта конкретная частота является резонансной частотой (f₀). Как для последовательной, так и для параллельной схемы он рассчитывается по одной и той же формуле:
f₀=1 / (2π√LC)
Это означает, что пока номиналы катушки индуктивности (L) и конденсатора (C) фиксированы, их резонансная частота фиксирована.
2. ХарактеристикиСерия Резонанс
A последовательный резонансныйСхема соединяет концы резистора (R), катушки индуктивности (L) и конденсатора (C)-с-последовательно с источником питания.
1) Импеданс и ток: в момент резонанса индуктивные и емкостные реактивные сопротивления равны по величине, но противоположны по фазе, полностью компенсируя друг друга. Полное сопротивление цепи достигает минимального значения, теоретически равного всего сопротивлению R (Z=R). Согласно Закону Ома (I=V/Z), при постоянном напряжении источника общий ток в цепи достигает максимального значения.
2) Взаимосвязь напряжений: это самое замечательное явление последовательного резонанса. Хотя напряжения на катушке индуктивности (L) и конденсаторе (C) компенсируют друг друга, напряжение на каждом отдельном компоненте немало. Фактически, напряжение на каждом компоненте может быть намного больше, чем напряжение источника. Коэффициент усиления — это коэффициент качества схемы (значение Q). Чем выше значение Q, тем значительнее эффект усиления. Поэтому последовательный резонанс часто называют «резонансом напряжения». Если сопротивление цепи очень мало (высокое значение добротности), это может вызвать «перенапряжение» и повредить оборудование в энергосистемах, но в радиочастотных приложениях это ключевой принцип, используемый для усиления слабых сигналов.
3) Фаза: при резонансе общий ток находится в фазе с напряжением источника.
3. Характеристики параллельного резонанса.
Параллельный резонансный контур обычно включает в себя катушку индуктивности L (которая обычно включает в себя собственное паразитное сопротивление R) и конденсатор C, соединенные параллельно друг с другом, а затем подключенные к источнику питания.
1) Импеданс и напряжение: при резонансе токи в индуктивной и емкостной ветвях почти равны по величине, но почти противоположны по фазе. Это создает большой циркулирующий ток между ветвями L и C, и эти токи компенсируют и эффективно «нейтрализуют» друг друга с точки зрения внешнего источника. В результате общее сопротивление цепи, если смотреть со стороны входных клемм, достигает максимального значения. Если источник питания обеспечивает постоянный ток, то выходное напряжение в цепи достигает максимального значения.
2) Соотношение токов: В соответствии с последовательным резонансом, при параллельном резонансе циркулирующий ток между катушкой индуктивности (L) и конденсатором (C) может быть намного больше, чем общий ток, потребляемый от источника питания. Коэффициент усиления аналогичен коэффициенту качества (значение Q). Поэтому параллельный резонанс часто называют «резонансом токов».
3) Фаза: при резонансе общее напряжение в цепи находится в фазе с током источника.
4. Краткое изложение основных различий и приложений.
Вы можете наглядно это понять с помощью следующих аналогий:
Серия Резонансэто как хор. При правильной высоте (резонансной частоте) голос каждого (напряжения между L и C) работает в унисон, производя самый громкий и ясный эффект (максимальный ток), но каждый певец прилагает много усилий индивидуально (высокие локальные напряжения).
Параллельный резонанс подобен кольцевой развязке. В час пик (резонансная частота) транспортный поток внутри кольцевой развязки (ток в L и C) очень велик и циркулирует плавно, но поток транспортных средств на главной дороге, входящей и выходящей из кольцевой развязки (общий поток), очень мал, поэтому он кажется очень четким (очень высокий импеданс).
В зависимости от этих совершенно разных характеристик их применение также совершенно различно:
Серия Резонансиспользуется в сценариях, где сигнал определенной частоты должен легко проходить. Например, он используется в схемах настройки радио. Регулируя конденсатор для изменения резонансной частоты, ток в цепи максимизируется только тогда, когда частота радиостанции совпадает с резонансной частотой, тем самым выбирая и усиливая сигнал этой станции, одновременно подавляя другие.
Параллельный резонанс используется в сценариях, где необходимо сильно заблокировать сигнал определенной частоты. Примеры включают полосовые-заграждающие (режимные) фильтры или частотно-избирательные-цепи в генераторах. При резонансе он оказывает очень высокое сопротивление целевой частоте, тем самым предотвращая прохождение сигнала этой частоты.