$$f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$
谐振频率 [Hz]:L 电感 [H]、C 电容 [F]。
$$Q = \frac{\sqrt{L/C}}{R}$$
Q值(直列谐振):R 越小谐振越尖锐。
$$BW = \frac{f_0}{Q}$$
带宽 [Hz]:-3dB宽度。Q值越大带宽越窄。
直列和并联LCR电路的阻抗及位相周频特性实时可视化。即时计算谐振频率、Q值和带宽。
$$f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$
谐振频率 [Hz]:L 电感 [H]、C 电容 [F]。
$$Q = \frac{\sqrt{L/C}}{R}$$
Q值(直列谐振):R 越小谐振越尖锐。
$$BW = \frac{f_0}{Q}$$
带宽 [Hz]:-3dB宽度。Q值越大带宽越窄。
无线通信(调谐电路·滤波器):在AM/FM收音机、电视、智能手机的无线模块中,并联LCR谐振电路被用作"调谐电路",选择性地取出特定频率范围的信号。它也是带通滤波器和陷波滤波器的基本构成单元,用于移除不需要的频率成分。
电力系统(功率因数改善·谐波滤波):在工厂等使用感应负载(如电动机)的场所,功率因数会恶化。通过在电路上并联电容器,利用LCR谐振电路的特性将功率因数改善到接近100%。同时,也用作吸收特定谐波成分的滤波器。
传感器·测量仪器:金属探知器和非接触式位置/位移传感器利用线圈电感L因被测物接近而改变的原理。这种L的变化会引起谐振频率 $f_0$ 的偏移,因此可以以频率变化的形式进行高精度检测。
电子设备(振荡电路·阻抗匹配):石英晶体振荡子可视为具有极高Q值的LCR谐振系统,用于产生精确的基准频率。在射频(RF)电路中,为实现天线与发射机之间的最大功率传输,必须使用LCR电路构成的阻抗匹配网络。
在使用这个模拟器时,特别是初学者容易陷入以下几个陷阱。第一是"真实元器件不存在理想值"。模拟器中的线圈(L)是纯电感,但实际线圈总是带有绕线电阻。比如100μH的线圈通常有几欧到数十欧的直流电阻(ESR)。在直列共振电路中,这电阻直接作用为电阻R,导致无法达到计算出的高Q值。在并联电路中,这个电阻会以寄生的形式出现,也需要考虑。
第二点是"谐振频率的计算虽简单,但实际谐振点会偏移"。理论公式 $f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$ 只是理想情况。实际上,线圈的自身电容和电容器的残余电感等"寄生元素"不可忽视。特别是在高频时,这种影响更明显。比如在模拟器中设置"L=10μH, C=100pF"计算得5.03MHz,但实测可能只有4.8MHz。设计时必须留有余量。
第三是"不要混淆直列和并联的Q值公式"。直列共振的Q值为 $Q = \frac{1}{R}\sqrt{\frac{L}{C}}$,R越小Q越大。而**并联共振电路的Q值为 $Q = R\sqrt{\frac{C}{L}}$**,这里R越大Q越大,与直列相反。若不理解这一点,实际搭建电路时会遇到"奇怪,为什么谐振不够尖锐"的情况。
在直列LCR电路中,设R=100Ω、L=47μH、C=100pF,则谐振频率f₀=√(1/LC)/(2π)≈2.32MHz。此时Q值=ωL/R=2π×2.32×10⁶×47×10⁻⁶/100≈6.88,带宽BW=f₀/Q≈337kHz。阻抗在谐振点处达到最小值Zmin=100Ω(仅为电阻)。