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串聯諧振電路仿真分析

CHANBAEK ? 來源:硬件工程師技術干貨 ? 作者:硬件工程師技術干 ? 2022-11-11 16:19 ? 次閱讀

居家隔離,閑來無事,仿真一下串聯諧振電路,如下:

1、XMM1、XMM2、XMM3,XMM5測量交流電壓

2、XMM4測量交流電流

3、XFG1信號發生器,輸出正弦波,頻率賦值都可調

4、XSC1兩個通道分別測量電容和電感兩端波形

5、XSC2測量電容和電感串聯后兩端波形

poYBAGNuBP-AfR3AAAB6Q9bGtMs888.png

諧振頻率計算公式如下:

poYBAGNuBQeAHNyYAAAWAu7xSMU362.png

1、電路參數:

L1= 1mH

C1= 100nF

R2 = 可調電阻調整到30R

2、首先觀察諧振狀態現象:

根據以上公式計算此電路諧振頻率f=15924Hz。配置信號發生器為正弦波,頻率15924Hz,振幅為2V,也就是輸出有效值是1.414V。仿真數據如下:

1)電阻兩端電壓為1.408V接近1.414V輸出電壓,也就是LC兩端的總電壓幾乎為0,電路呈現純電阻特性。

2)電流約47mA。

3)電容和電感兩端電壓幾乎相等,4.7V左右,這里是交流有效值,比信號發生器輸出高出不少。

pYYBAGNuBRGAW5-LAAELeGfV2R4710.png

4)L和C兩端波形,大小相等相位相反,見下面仿真波形。

poYBAGNuBRuAXorNAAFU0bCDW6Q299.png

LC串聯后兩端波形,峰峰值不到400mV,有效值約0.14V很小。

poYBAGNuBSWAUru_AAErheRjxig404.png

3、調整R2電阻觀察現象:

1)R2調整到10歐姆,基本還是在諧振狀態,L和C兩端電壓明顯增大,電流也增大。

pYYBAGNuBTCAZgu4AAEQi7otlTM911.png

2)R2調整到50歐姆,基本還是在諧振狀態,L和C兩端電壓明顯減小,電流也減小。

pYYBAGNuBTqAGKa6AAEJ_-tSRp8231.png

由此可見調整R2電阻能夠明顯改變L和C的電壓,基本不會影響諧振狀態。為什么會出現這種狀態呢?因為理想狀態下,諧振狀態時電路呈現純電阻特性,電路電流取決于R2,R2兩端的電壓就是信號發生器輸出電壓,R2減小電流增大,因為頻率、容值、感值都沒有變化,所以L和C的感抗和容抗沒有變化,電流增大后,L和C兩端電壓也增大。R2增加同理。L和C阻抗計算公式如下:

poYBAGNuBUKAX4AnAAAkBBrS1S8345.png

4、嘗試更改頻率,觀察現象。

1)調整輸出頻率為10KHz,頻率減小后容抗增大,感抗減小,電路呈現容性,L和C波形如下,電容的幅值大。

poYBAGNuBUqAObthAAFTN7LgkQQ740.png

2)調整輸出頻率為20KHz,頻率增大后容抗減小,感抗增大,電路呈現感性,L和C波形如下,電感幅值大。

poYBAGNuBViAX5u_AAFbC7Xikkk761.png

5、串聯諧振總結

和非諧振狀態相比,諧振狀態阻抗是最小的,電流是最大的,電路呈現純電阻特性,電流和電壓同相位,電感和電容兩端可能出現比輸入電壓高很多倍的電壓,因此串聯諧振又稱為電壓諧振。

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