谐振电路在实际中的应用

谐振电路在实际中的应用

广西大学电气工程学

摘 要 本文对谐振电路进行简单的理论分析以后，通过具体实例介绍了谐振电路在实际中的应用情况：在无线电接收中起选频作用；利用其特性进行交流耐压试验；自制电感线圈电感量量的测量；对电源信号进行滤波整形，并且还可以实现蓄电池的恒流充电。通过对典型应用的分析，为电子电路的分析设计提供了参考依据。

关键词 谐振电路 选频 滤波 耐压试验 测量电感量 恒流充电

Abstract After the simple theoretical analysis of resonant circuit, through introduce the concrete example of resonance circuit in the actual application situation: select radio reception of the frequency; Using the characteristics of it to take ac withstand voltage test; measure the inductance value of homemade inductance coil inductance; Shape the power signal, and also can realize the constant current charging of the battery. Based on the analysis of the typical application of electronic circuit, provide reference frame for analysis and design of resonant circuit.

Key Word resonance circuit frequency-selecting filtering pressure-tight test Measure inductance constant current charge

引言：在含有电阻电感电容元件的交流电路中，我们可以通过调节L、C的参数或通过调节电源频率使整个电路总阻抗呈现为纯电阻性质，这种状态称之为谐振。按电路连接方式的不同，谐振电路可分为串联谐振和并联谐振。无论是串联谐振还是并联谐振，在该状态下，电场能量和磁场能量都在不断进行相互转化，此增彼减，互相补偿这部分能量在电场和磁场之间振荡，总而言之，整个电路的电磁场能量总和将保持不变。激励供给电路的能量完全用来使电阻发热。为了维持振荡，激励必须不断地供给能量补偿电阻发热所消耗的能量。所以，与电路中总电磁场能量相比，每振荡一次电路消耗的能量越少，我们就称该电路的品质因数越好。我们研究谐振电路的目的就是要认识这种客观现象的本质，既要充分利用其特性，在生活生产中造福人类，又要预防它在电路中所产生的危害。

一．原理分析

为方便阐述，用EWB5.0做如下简图,左图为串联谐振右图为并联谐振。

图1 RLC串联谐振电路 图2 RLC并联谐振电路

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谐振电路在实际中的应用

①．串联谐振：总阻抗

时 ，电路处于串联谐振状态。

，当时便是谐振状态，可知当

②．并联谐振：由KCL有振状态.也就是当

时，电路处于并联谐振状态。

即当时电路呈现谐

③．品质因数：其定义为谐振时电感电压(或电容电压)与总电压之比。可以分别表述为：RLC

串联谐振中；RLC并联谐振中通过上面的两个

公式可以看出：品质因数其实是反映了回路中电抗（纳）元件与电阻（导）元件作用对比。同时由于为谐振时有：

二．实际应用 ①选频

由于并联谐振时，每个元件所承受的电压比串联谐振大的多，因此在选频时R较小，选用串联谐振相对合适。如右图所示，天线接收到各种频率的信号在LC谐振电路中感应出相应的电动势e1，e2，e3，„„改变C的大小，使所需的频率调整到谐振的状态。此时回路的阻抗最小，电流最大，在C的两端此种频率的电压也最高。其他频率的信号没有发生谐振而被衰减，故在LC回路中电流很小，所以起到了抑制其他频率的电台干扰的作用。

②交流耐压试验

该实验是判断电气设备绝缘性好坏的最有效且最直接的办法，迄今为止电力行业仍沿用工作频率时的耐压试验来等效地考察绝缘层承受过电压的能力，以保障其绝缘水平，从而决定设备是否能投入使用。但是有些设备需要很高的电压来试验，例如变压器在试验时阻抗呈现容性，被测电容量越大回路的电流也越大，所以试验电源需要有很高的电压而且要有很大的容量，但是这些条件是不易满足的。

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，，可见谐振时的回路总阻抗由由电阻R 值单独决定。

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如上图所示。通过调整电感大小，使之发生谐振。此时电感、电容上的电压时电源电压的Q倍（Q为品质因数）。整个过程中，电源提供的仅仅是有功消耗的部分，使设备的体积和重量也大大减小，符合现实生产生活的需要。

③测量电感量

在一些偏远地区的中小学实验室常使用自制的电感线圈，由于工艺问题，其实际值偏离理论值较大，所以要在制作过程中不断对电感量进行检测。又因其不具有电感测量仪或万用电桥，这就给自制标准电感线圈带来一定的困难。此时，实验室人员常用简单的谐振电路测量电感线圈的电感量。

如右图所示：XD22输入可调正弦电源，R为限流电阻，C为谐振电容器（为标准已知电容量的电容器），当

时为串联谐振电路。只要

记下电路在最大电流时XD22信号发生器的频率就可以计算线圈电感量的大小。因为在串联谐振时

的谐振频率为：则可推出线圈电感

。在实验室中无现成测量仪器时，这不失为一种间接计算L的办法。

④滤波器

当需要将梯形波或矩形波转变为正弦信号时，就必须过滤掉高次谐波，可用下图电路。

由谐振的性质可知，当某频率交流电发生串联谐振时，此时阻抗Z最小。而发生并联谐振时，阻抗最大，三次谐波分量的交流信号被L2、C2支路完全滤掉，而基波无阻碍地通过L1、L2支路并在L3、C3上无衰减地输出，而其他高次谐波在三条支路中都有不同程度的衰减，于是就可以得到波形较好的正弦信号。个人理解为滤波就是通过对信号进行有选择性的无阻碍通过及不同程度衰减，将不符合正弦波形的棱角进行“磨平”修饰，以达到获得正弦波的目的。

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⑤恒流充电

脉冲充电时如果采用恒压充电的办法，因为回路中含有限流电阻，充电的速度大大降低，并且由于电阻消耗有功功率而使效率降低。

如右图所示电路可以保证充电电流保持在最大允许电流附近。T1为调压器，LC谐振电路由电容器C和两个电感线圈L组成（其中M为互感，K为互感系数，0时（忽略电

感线圈电阻）：

所以只要保持输入电压U1不变，电路的输出电流I2也保持不变，可以看出此式中I2与负载无关，从而克服了限流电阻的限制，即输出电流与负载无关，从而实现了恒流充电。

三．结束语

谐振电路在实际中的应用还有很多，比如用于信号的选择、提高功率的传输效率等，从以上所举的例子可以看出，谐振作为电路中一种奇妙的现象在电子电路中得到了广泛的应用。我们有理由相信：在充分了解谐振的特性之后，就能趋利避害，使之为人们所利用。随着科学技术的发展，谐振电路在日后的生产生活中扮演着越来越重要的角色，这就需要我们学习更多的知识来更好的运用它。

参考文献：

1 电工学（上册）.高等教育出版社,1991 秦增煌 P138-142

2 关于L~C谐振恒流电路用于高压充电时的几个问题. 高电压技术，1997（12）王志文 3 频串联谐振法在并联电容器组交流耐压试验中的应用. 电力电气专刊，2007（4）李莉等 4 谐振在交流耐压试验中的应用. 长沙电力学院学报. 1998(8) 张希琴 5 RLC谐振电路的特性分析及应用.湖南师范学院报.2012(2) 张宁宁 6 网络综合博物馆. 电工科技史. http://kcpu.ccut.edu.cn 7 中国知网. 电子电路专刊.http://epub.cnki.net

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