1. Kärnkoncept och resonansvillkor
Kärnan i resonans är att den induktiva reaktansen (Xₗ) och den kapacitiva reaktansen (X꜀) i en krets tar ut varandra vid en specifik frekvens, vilket gör att kretsen uppför sig rent resistivt. Denna specifika frekvens är resonansfrekvensen (f0). För både serie- och parallellkretsar beräknas det med samma formel:
f₀=1 / (2π√LC)
Detta betyder att så länge värdena på induktorn (L) och kondensatorn (C) är fasta, är deras resonansfrekvens fast.
2. Egenskaper förSerie Resonance
A seriens resonanskretsen ansluter ett motstånd (R), en induktor (L) och en kondensator (C) -för att-sluta i serie med en strömkälla.
1) Impedans och ström: Vid resonansögonblicket är de induktiva och kapacitiva reaktanserna lika stora men motsatta i fas, vilket helt eliminerar varandra. Kretsens totala impedans når sitt lägsta värde, teoretiskt lika med bara motståndet R (Z=R). Enligt Ohms lag (I=V / Z), när källspänningen är konstant, når den totala strömmen i kretsen sitt maximala värde.
2) Spänningsförhållande: Detta är det mest anmärkningsvärda fenomenet med serieresonans. Även om spänningarna över induktorn (L) och kondensatorn (C) tar ut varandra, är spänningen över varje enskild komponent inte liten. Faktum är att spänningen över varje komponent kan vara mycket större än källspänningen. Förstärkningsfaktorn är kretsens kvalitetsfaktor (Q-värde). Ju högre Q-värde, desto mer signifikant förstärkningseffekt. Därför kallas serieresonans ofta "spänningsresonans". Om kretsresistansen är mycket liten (högt Q-värde) kan det orsaka "överspänning" och skada utrustning i kraftsystem, men i radiofrekvensapplikationer är detta nyckelprincipen som används för att förstärka svaga signaler.
3) Fas: Vid resonans är den totala strömmen i fas med källspänningen.
3. Egenskaper för parallellresonans
En parallellresonanskrets innefattar typiskt en induktor L (som vanligtvis inkluderar dess inneboende parasitresistans R) och en kondensator C kopplade parallellt med varandra och sedan anslutna till strömkällan.
1) Impedans och spänning: Vid resonans är strömmarna i den induktiva grenen och den kapacitiva grenen nästan lika stora men nästan motsatta i fas. Detta skapar en stor cirkulerande ström mellan L- och C-grenarna, och dessa strömmar kompenserar för och effektivt "avbryter" varandra ur den externa källans perspektiv. Resultatet är att kretsens totala impedans, sett från ingångsterminalerna, når sitt maximala värde. Om strömkällan ger en konstant ström, så når utspänningen över kretsen sitt maximala värde.
2) Strömförhållande: Motsvarande serieresonans, i parallellresonans, kan den cirkulerande strömmen mellan induktorn (L) och kondensatorn (C) vara mycket större än den totala ström som dras från strömkällan. Förstärkningsfaktorn är på samma sätt kvalitetsfaktorn (Q-värde). Därför kallas parallellresonans ofta "strömresonans".
3) Fas: Vid resonans är den totala spänningen över kretsen i fas med strömmen från källan.
4. Sammanfattning av kärnskillnader och tillämpningar
Du kan förstå det levande med dessa analogier:
Serie Resonanceär som en kör. Vid rätt tonhöjd (resonansfrekvens) arbetar allas röst (spänningarna över L och C) unisont och ger den högsta och tydligaste effekten (maximal ström), men varje sångare anstränger sig individuellt (höga lokala spänningar).
Parallell resonans är som en trafikrondell. Under rusningstid (resonansfrekvens) är trafikflödet inom rondellen (strömmen i L och C) mycket stort och cirkulerar smidigt, men trafikflödet på huvudvägen som kommer in i och ut ur rondellen (den totala strömmen) är mycket litet, vilket gör att det verkar väldigt tydligt (mycket hög impedans).
Baserat på dessa helt olika egenskaper är deras tillämpningar också helt olika:
Serie Resonanceanvänds i scenarier där en specifik frekvenssignal behöver passera lätt. Till exempel används den i radioinställningskretsar. Genom att justera kondensatorn för att ändra resonansfrekvensen, endast när en radiostations frekvens matchar resonansfrekvensen maximeras kretsströmmen, vilket väljer och förstärker den stationens signal samtidigt som andra undertrycks.
Parallell resonans används i scenarier där en specifik frekvenssignal måste blockeras kraftigt. Exempel inkluderar band-stopp (notch) filter eller frekvens-selektiva nätverk i oscillatorer. Vid resonans uppvisar den en mycket hög impedans mot målfrekvensen, vilket förhindrar att frekvenssignalen passerar igenom.