基本 LC 振蕩器儲(chǔ)能電路
出處:維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于:2024-02-18 17:39:09 | 605 次閱讀
該電路由電感線圈L和電容器C組成。電容器以靜電場(chǎng)的形式存儲(chǔ)能量,并在其極板上產(chǎn)生電勢(shì)(靜電壓),而感應(yīng)線圈以電磁場(chǎng)的形式存儲(chǔ)能量。將開關(guān)置于位置A即可將電容器充電至直流電源電壓V。當(dāng)電容器充滿電時(shí),開關(guān)切換至位置B。充電的電容器現(xiàn)在并聯(lián)連接在感應(yīng)線圈上,因此電容器開始通過線圈自行放電。隨著通過線圈的電流開始上升, C兩端的電壓開始下降。
這種上升的電流在線圈周圍形成電磁場(chǎng),從而抵抗電流的流動(dòng)。當(dāng)電容器C完全放電時(shí),最初存儲(chǔ)在電容器中的能量C作為靜電場(chǎng)現(xiàn)在存儲(chǔ)在感應(yīng)線圈中,L作為線圈繞組周圍的電磁場(chǎng)。
由于電路中現(xiàn)在沒有外部電壓來(lái)維持線圈內(nèi)的電流,因此隨著電磁場(chǎng)開始崩潰,電流開始下降。線圈中會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì) ( e = -Ldi/dt ),從而保持電流沿原始方向流動(dòng)。
該電流對(duì)電容器C進(jìn)行充電,其極性與其原始電荷相反。C繼續(xù)充電,直到電流減小到零并且線圈的電磁場(chǎng)完全崩潰。
最初通過開關(guān)引入電路的能量已返回至電容器,電容器兩端再次具有靜電電壓電勢(shì),盡管現(xiàn)在其極性相反。電容器現(xiàn)在開始再次通過線圈放電,并重復(fù)整個(gè)過程。當(dāng)能量在電容器和電感器之間來(lái)回傳遞時(shí),電壓的極性會(huì)發(fā)生變化,從而產(chǎn)生交流正弦電壓和電流波形。
這個(gè)過程形成了 LC 振蕩器儲(chǔ)能電路的基礎(chǔ),理論上,這種來(lái)回循環(huán)將無(wú)限期地持續(xù)下去。然而,事情并不完美,每次能量從電容器C轉(zhuǎn)移到電感器L并從L轉(zhuǎn)移到C時(shí),都會(huì)發(fā)生一些能量損失,從而隨著時(shí)間的推移將振蕩衰減到零。
如果電路內(nèi)沒有能量損失,這種在電容器C和電感器L之間來(lái)回傳遞能量的振蕩動(dòng)作將無(wú)限期地持續(xù)下去。電能在電感器線圈的直流電阻或?qū)嶋H電阻、電容器的電介質(zhì)以及電路的輻射中損失,因此振蕩逐漸減小,直到它們完全消失并且過程停止。
然后,在實(shí)際的LC電路中,振蕩電壓的幅度在振蕩的每個(gè)半周期都會(huì)減小,并最終消失為零。然后,振蕩被稱為“阻尼”,阻尼量由電路的質(zhì)量或 Q 因子決定?! ∽枘嵴袷?/p>

振蕩電壓的頻率取決于LC儲(chǔ)能電路中的電感和電容值。現(xiàn)在我們知道,諧振電路中要發(fā)生諧振,必須存在一個(gè)頻率點(diǎn),其中X C的值、容抗與X L的值相同、感抗 ( X L = X C ) 和因此,它們將相互抵消,僅留下電路中的直流電阻來(lái)阻止電流的流動(dòng)。
如果我們現(xiàn)在將電感器的感抗曲線放在電容器的容抗曲線的頂部,以便兩條曲線位于相同的頻率軸上,則交點(diǎn)將為我們提供諧振頻率點(diǎn)( f r或ωr ) 如下所示?! 」舱耦l率

其中:f r的單位是赫茲,L的單位是亨利,C 的單位是法拉。 那么發(fā)生這種情況的頻率如下:

然后,通過簡(jiǎn)化上述方程,我們得到調(diào)諧LC電路中諧振頻率f r的最終方程:
LC 振蕩器的諧振頻率
振蕩器頻率方程
在哪里:
L是以亨利為單位的電感
C是以法拉為單位的電容
r是以赫茲為單位的輸出頻率
該方程表明,如果L或C減少,頻率就會(huì)增加。該輸出頻率通??s寫為 ( f r ),以將其標(biāo)識(shí)為“諧振頻率”。
為了保持LC儲(chǔ)能電路中的振蕩,我們必須補(bǔ)充每次振蕩中損失的所有能量,并將這些振蕩的幅度保持在恒定水平。因此,替換的能量必須等于每個(gè)循環(huán)期間損失的能量。
如果替換的能量太大,則幅度將增加,直到發(fā)生電源軌削波?;蛘撸绻鎿Q的能量太小,隨著時(shí)間的推移,振幅最終會(huì)減小到零,并且振蕩會(huì)停止。
補(bǔ)充這種損失能量的最簡(jiǎn)單方法是從LC儲(chǔ)能電路獲取部分輸出,將其放大,然后再次將其反饋回LC電路。該過程可以通過使用運(yùn)算放大器、FET 或雙極晶體管作為有源器件的電壓放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而,如果反饋放大器的環(huán)路增益太小,則所需的振蕩會(huì)衰減到零,如果太大,則波形會(huì)失真。
為了產(chǎn)生恒定的振蕩,必須精確控制反饋到LC網(wǎng)絡(luò)的能量水平。然后,當(dāng)幅度試圖從參考電壓向上或向下變化時(shí),必須有某種形式的自動(dòng)幅度或增益控制。
為了保持穩(wěn)定的振蕩,電路的整體增益必須等于 1 或 1。如果小于,振蕩將不會(huì)開始或消失為零,如果大于,則會(huì)發(fā)生振蕩,但幅度將被電源軌削波,從而導(dǎo)致失真??紤]下面的電路。
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