在含有電感和電容元件的電路中,電路兩端的電壓與其中的電流一般是不同相的。如果調(diào)節(jié)電路的參數(shù)或電源的頻率而使它們同相,這時電路中就發(fā)生諧振現(xiàn)象。按發(fā)生諧振的電路的不同,諧振現(xiàn)象可分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。下面分別討論這兩種諧振的條件和特征。
1、串聯(lián)諧振
在,,元件串聯(lián)的電路中(圖1),當
或 (1)
時,則
即電源電壓與電路中電流同相,這時電路中發(fā)生串聯(lián)諧振。式(2.51)是發(fā)生串聯(lián)諧振的條件,并由此得出諧振頻率
(2)
可見只要調(diào)節(jié),或電源頻率都能使電路發(fā)生諧振。
(a)
(b)
圖1電阻、電感與電容元件串聯(lián)的交流電路
串聯(lián)諧振具有下列特征:
(1) 電路的阻抗模,其值最小。因此,在電源電壓不變的情況下,電路中的電流將在諧振時達到最大值。即。
(2) 由于電源電壓與電路中電流同相,因此電路對電源呈現(xiàn)電阻性。
(3) 由于,于是。而與相位相反,互相抵消,對整個電路不起作用,因此電源電壓(圖2)。
圖2串聯(lián)諧振時的相量圖
但是,和各自的作用不容忽視,因為
(3)
當時,和都高于電源電壓。如果電壓過高,可能會擊穿線圈和電容器的絕緣。因此,在電力工程中一般應避免發(fā)生串聯(lián)諧振。但在無線電工程中則常利用串聯(lián)諧振以獲得較高電壓,電容或電感元件上的電壓常高于電源電壓幾十倍或幾百倍。
例如,圖3所示是接收機的輸入電路。它的主要部分是天線線圈和由電感線圈與可變電容器組成的串聯(lián)諧振電路。圖中的是線圈的電阻。天線所收到的各種頻率不同的信號都會在諧振電路中感應出相應的電動勢。改變,對所需信號頻率調(diào)到串聯(lián)諧振,那么這時回路中該頻率的電流最大,在可變電容器兩端的這種頻率的電壓也就較高。其他各種不同頻率的信號雖然也在接收機里出現(xiàn),但由于它們沒有達到諧振,在回路中引起的電流很小。這樣就起到了選擇信號和抑制干擾的作用。
圖3接收機的輸入電路(a)電路圖; (b)等效電路
2、并聯(lián)諧振
圖4(a)所示是線圈與電容器并聯(lián)的電路。當發(fā)生并聯(lián)諧振時,電壓與電流同相,相量圖如圖4(b)所示。
(a)電路圖
(b)相量圖
圖4與的并聯(lián)電路
由相量圖可得
(4)
由于
通常線圈的電阻r很小,一般在諧振時,,于是將上列式子簡化后代入式(4),即可得出諧振頻率
(5)
并聯(lián)諧振具有下列特征:
(1) 由于,故從圖4(b)的相量圖可見,
這說明:第一,并聯(lián)諧振時電路的阻抗模較大,電流也就較??;第二,諧振時兩并聯(lián)支路的電流,相位近于相反,大小近于相等,比總電流大得多。
(2) 由于電源電壓與電路中電流同相,因此電路對電源呈現(xiàn)電阻性。諧振時電路的阻抗模相當于一個電阻。
并聯(lián)諧振在電工電子技術中也常應用。例如利用并聯(lián)諧振時阻抗模高的特點來選擇信號或消除干擾。