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谐振电路中的品质因数? 特征阻抗含义?

冬至子 来源:应用电子笔记 作者:一瓶不响半瓶晃荡 2023-10-29 17:05 次阅读

品质因数是谐振电路的重要的参数,关于谐振电路品质因数的定义为:

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假设电容两端电压为图片,电容瞬时功率为图片,则它在一个谐振周期交换的能量为:

图片

假设流过电感的电流图片,电感两端的瞬时功率为图片,则它在一个周期内交换的能量为:

图片

可以看出,品质因数的定义可以理解为,在一个谐振周期内,电容或电感交换的能量与消耗在电路中的能量之比,这也可以理解为电路的无功功率与有功功率之比。

对于RLC串联谐振电路,如下图,其品质因数为:

图片

图片

对于RLC并联谐振电路,其品质因数Q为:

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图片

以上两种电路的谐振频率均为:

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串联谐振电路和并联谐振电路有很多相似的特性,对于串联谐振电路:

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并联谐振与串联谐振是对偶的关系,其电流特性也呈现出上面的特点:

图片

而实际电路中R、L串联,然后与C并联的电路更常见,如电感线圈与电容并联,

图片

这种电路的谐振与上述两种有所不同,电路的阻抗为:

图片

当电路发生谐振时,阻抗虚部为0,谐振频率为:

图片

可见只有当1-CR2/L>0,即图片时电路才会谐振,否则电路不会发生谐振,如果远小于则近似于并联谐振的特性。如果电路能够发生谐振,则品质因数为下式(也可将电路等效为串联或并联谐振电路进行求解)。

图片

这里当电路阻抗呈现纯阻性时(与信号频率无关),即当图片时,此时的电阻阻值又称为电路的特征阻抗,此时电路的阻抗为:

图片

对于R、C并联然后与L串联的电路也很常见,如下图所示,

图片

电路的阻抗为:

图片

当电路发生谐振时,虚部阻抗为0,谐振频率为:

图片

可见与R-L//C电路呈现对偶关系。只有当1-L/CR2>0,即图片时,电路才会谐振,否则电路不会发生谐振,如果远大于则近似于串联谐振的特性。同样,该电路的品质因数为:

图片

如果电路呈现纯阻性(与信号频率无关),即满足图片时,图片即为该电路的特征阻抗,电路的阻抗为:

图片

可见以上两种电路当负载阻抗等于电路特征阻抗时,电路呈现电阻特性,且特征阻抗的表达式是相同的,电路所表现出的阻抗即为负载阻抗。

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