Hogyan viselkedik az LCR áramkör különböző frekvenciákon?

Hogyan viselkedik az LCR áramkör különböző frekvenciákon?

LCR -szállítójaként kiváltságom volt, hogy első kézből tanúja vagyok az LCR áramkörök lenyűgöző viselkedésének különböző frekvenciákon. Az LCR áramkörök, amelyek induktorokból (L), kondenzátorokból (C) és ellenállásokból (R) állnak, alapvető építőelemek számos elektronikus eszközben és rendszerben. Annak megértése, hogy ezek az áramkörök hogyan viselkednek különböző frekvenciákon, döntő jelentőségű a mérnökök, a technikusok és a hobbisták számára. Ebben a blogbejegyzésben az LCR -áramkörök bonyolultságaiba merülnek, és sokféle frekvenciatartományban feltárom viselkedésüket.

Az LCR áramkörök alapjai

Mielőtt belemerülnénk az LCR-áramkörök frekvenciától függő viselkedésébe, röviden nézzük meg az alapkomponenseket és azok funkcióit. Az induktor egy passzív elektromos alkatrész, amely az energiát egy mágneses mezőben tárolja, amikor az áram átfolyik rajta. Az induktor induktivitását (L) a Henries (H) -ben mérik, és meghatározza, hogy mekkora mágneses mezőt generál egy adott áramnál. A kondenzátor viszont az energiát egy elektromos mezőben tárolja két vezetőképes lemez között, amelyet dielektromos anyag választ el. A kondenzátor kapacitását (C) Farads (F) mérik, és meghatározza, hogy mekkora töltést lehet tárolni egy adott feszültségnél. Az ellenállás egy passzív alkatrész, amely ellenzi az elektromos áram áramlását, és hő formájában eloszlatja az energiát. Az ellenállás ellenállását (R) ohm -ban (ω) mérjük, és meghatározza, hogy mekkora áramot hagyhat egy adott feszültségnél.

Egy LCR áramkörben ezeket az alkatrészeket sorban vagy párhuzamosan csatlakoztatják, hogy zárt hurkot képezzenek. Az áramkör viselkedését az induktivitás, a kapacitás és az ellenállás értékei, valamint az alkalmazott feszültség vagy áram gyakorisága határozza meg. Alacsony frekvenciákon az induktor rövidzárlatként működik, lehetővé téve az áram egyszerű áramlását, míg a kondenzátor nyitott áramkörként működik, blokkolva az áram áramlását. A frekvencia növekedésével az induktor impedanciája (a váltakozó áram áramlásának ellenállása) növekszik, míg a kondenzátor impedanciája csökken. Egy bizonyos frekvencián, az úgynevezett rezonanciafrekvenciának, az induktor és a kondenzátor impedanciája megszünteti egymást, ami minimális impedanciát és maximális áramlást eredményez.

Viselkedés alacsony frekvenciákon

Alacsony frekvenciákon az induktor induktív reakcióképessége (XL) viszonylag kicsi, míg a kondenzátor kapacitív reakciója (XC) viszonylag nagy. Az induktív reaktanciát az XL = 2πFL képlet adja meg, ahol F a Hertz (Hz) frekvenciája, és L a Henries (H) induktivitása. A kapacitív reaktanciát az XC = 1/(2πFC) képlet adja meg, ahol C a kapacitás a Farads -ban (F). Ahogy a frekvencia csökken, az XL csökken, és az XC növekszik, ami az áramkör impedanciáját dominál az ellenállás ellenállásával.

Egy sor LCR áramkörben, alacsony frekvenciákon, az áramot elsősorban az ellenállás ellenállása határozza meg. Az induktoron átmenő feszültség kicsi, míg a kondenzátoron átmenő feszültség nagy. Az áram és a feszültség közötti fázisszög nullához közel van, jelezve, hogy az áramkör elsősorban ellenálló. Egy párhuzamos LCR -áramkörben alacsony frekvenciákon az áramot az induktor és a kondenzátor között osztják, az áram nagy része a kondenzátoron keresztül áramlik alacsony impedanciája miatt. Az induktor és a kondenzátor közötti feszültség megegyezik, és az áram és a feszültség közötti fázisszög nullához közel van.

Viselkedés magas frekvenciákon

Magas frekvenciákon az induktor induktív reakcióképessége viszonylag nagy, míg a kondenzátor kapacitív reaktanciája viszonylag kicsi. A frekvencia növekedésével az XL növekszik és az XC csökken, ami az áramkör impedanciáját az induktív reaktancia dominálja.

Egy sorozat LCR áramkörben, magas frekvenciákon, az áramot elsősorban az induktor induktív reaktanciája határozza meg. Az induktoron átmenő feszültség nagy, míg a kondenzátoron átmenő feszültség kicsi. Az áram és a feszültség közötti fázisszög 90 fok közelében van, jelezve, hogy az áramkör elsősorban induktív. Egy párhuzamos LCR áramkörben, magas frekvenciákon, az áramot az induktor és a kondenzátor között osztják, az áram nagy része az induktoron keresztül áramlik alacsony impedanciája miatt. Az induktor és a kondenzátor közötti feszültség megegyezik, és az áram és a feszültség közötti fázisszög közel 90 fok.

Rezonancia az LCR áramkörökben

A rezonancia egy LCR áramkörben fordul elő, amikor az induktív reaktancia és a kapacitív reaktancia egyenlő, ami minimális impedanciát és maximális áramlást eredményez. Az LCR -áramkör rezonáns frekvenciáját (FR) az FR = 1/(2π√ (LC)) képlet adja meg, ahol L a Henries (H) és C induktivitása a Farads (F) kapacitása. A rezonáns frekvencián az áramkör impedanciája megegyezik az ellenállás ellenállásával, és az áram és a feszültség közötti fázisszög nulla.

Egy párhuzamos LCR áramkörben a rezonancia akkor fordul elő, amikor az induktív érzékenység (BL) és a kapacitív érzékenység (BC) egyenlő, ami a maximális impedanciát és a minimális áramáramot eredményezi. A párhuzamos LCR áramkör rezonáns frekvenciája megegyezik a sorozat LCR áramkörével. A rezonáns frekvencián az áramkör impedanciája megegyezik az ellenállás ellenállásával, és az áram és a feszültség közötti fázisszög nulla.

A rezonancia fontos jelenség az LCR áramkörökben, mivel lehetővé teszi az energia hatékony átvitelét az induktor és a kondenzátor között. Számos alkalmazásban, például rádióhangoló áramkörökben, szűrőkben és oszcillátorokban használják.

Az LCR áramkörök mérése

Az LCR áramkörök különböző frekvenciákon történő viselkedésének mérésére az LCR -mérőknek nevezett speciális műszereket használják. Ezek a mérők megmérhetik az áramkör induktivitását, kapacitását, ellenállását, impedanciáját és fázisszögét a frekvenciák széles tartományában. Néhány népszerű LCR -méter aPM6304 Fluke LCR mérő, a4284a Agilent Precision LCR mérő, 20 Hz - 1 MHz, és a4287a Agilent LCR mérő, 1 MHz - 3 GHz-

Ezek a mérők általában szinuszos feszültséget vagy áramforrást használnak, hogy jelet alkalmazzanak a vizsgált áramkörre, és megmérjék a kapott feszültséget és áramot. Az áramkör impedanciáját és fázisszögét ezután a mért feszültség és az áramértékek alapján számoljuk. Az LCR -mérők felhasználhatók az egyes komponensek, például induktorok, kondenzátorok és ellenállók, valamint a teljes LCR áramkörök tesztelésére.

Következtetés

Összegezve, az LCR áramkörök viselkedését különböző frekvenciákon az induktivitás, a kapacitás és az ellenállás értékei, valamint az alkalmazott feszültség vagy áram gyakorisága határozza meg. Alacsony frekvenciákon az áramkör elsősorban ellenálló, míg magas frekvenciákon elsősorban induktív. A rezonancia akkor fordul elő, amikor az induktív reaktancia és a kapacitív reaktancia egyenlő, ami minimális impedanciát és maximális áramlást eredményez. Az LCR áramkörök különböző frekvenciákon történő viselkedésének megértése elengedhetetlen az elektronikus áramkörök és rendszerek megtervezéséhez és hibaelhárításához.

Ha érdekli az LCR -méter vagy más elektronikus vizsgálati berendezés megvásárlása, kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk. A kiváló minőségű LCR-méter és más elektronikus hangszerek vezető szállítója vagyunk, és elkötelezettek vagyunk abban, hogy ügyfeleink számára a legjobb termékeket és szolgáltatásokat nyújtsuk. Függetlenül attól, hogy mérnök, technikus vagy hobbista vagy, rendelkezünk szakértelemmel és erőforrásokkal, amelyek segítenek megtalálni az Ön igényeinek megfelelő felszerelést.

Referenciák

• Boylestad, RL és Nashelsky, L. (2012). Elektronikus eszközök és áramkörelmélet. Pearson.
• Sedra, AS, és Smith, KC (2014). Mikroelektronikus áramkörök. Oxford University Press.
• Hayt, WH, Kemmerly, JE és Durbin, SM (2012). Mérnöki áramkör elemzése. McGraw-Hill.