LC串联谐振电路，产生谐振高压的原理及相关的计算公式

发布日期：2020-08-07　点击：4612次

在RLC串联电路中，因为电感上的电压UL和电容上的电压UC是反相的，电感上的电压超前电阻上的电压UR 90度，电容上的电压滞后电阻上的电压90度，电感和电容上的电压相互抵消，抵消后的差额(UL-UC)与电阻上的电压方向差90度。求电路的总电压U时，就要把UR作为一条直角边，把(UL-UC)作为一条直角边，把U作为斜边来解直角三角形。于是有：

电路的总电压U=√UR^2+(UL-UC)^2 (都在根号里面） （1）

UR=电路里的总电流I * 电阻R；

UL=电路里的总电流I * 电感的感抗XL；

UC=电路里的总电流I * 电容的容抗XC；

U= 电路里的总电流I * 总阻抗Z；

把这些关系代入（1）式，得：

阻抗Z=√R^2+(XL-XC)^2 （都在根号里面） （2）

当电路发生谐振时，XL刚好等于XC，所以，电路里总阻抗达到了最小值

Z=R；

电流达到了最大值

I=U/R。

对于总电路来说，电感和电容相当于一点阻抗都没有了。但他们各自本身是有阻抗的，只不过对总电路来说互相抵消了而已。因为电感的感抗是随频率上升的，电容的容抗是随频率下降的，正好在串联谐振频率时他们两者相等。

这时，电感上的电压：

UL=I*XL

电容上的电压：

UC=I*XC

他们大小相等，方向相反。

设谐振频率为f0，则

XL=2*∏*f0*L

XC=1/(2*∏*f0*C)

即：

2*∏*f0*L=1/(2*∏*f0*C)

f0=1/(2*∏*√L*C) (3)

我们把谐振时电感或电容上的电压与电源电压的比值，定义为电路的品质因数Q。其物理意义就是看看电感或电容上的电压比电源电压大了多少倍。

因为谐振时电阻上的电压刚好等于电源电压，所以：

Q=UL/U=UC/U=XL/R=XC/R=2*∏*f0*L/R=1/(2*∏*f0*C*R)

那么为什么谐振时电感或电容上的电压会高于电路的总电压Q倍呢？就是因为电路里的电流达到了最大值，而电感的感抗又与电容的容抗相等。所以他们都达到了电源电压的Q倍。从上面的公式还可以看到，想增大Q值，必须尽量减少电路里的“等效”串联电阻。想减少Q值，就要增大R。

我为什么要在串联电阻前加“等效”二字呢？是因为分析串联谐振电路时，应把并联在电感或电容上的电阻“等效”为串联电阻来看待。