LC电路,L大于C,还是C大于L?

电器工程 电容 电感 谐振
2022-01-03 21:10:18

因此,如果我希望我的 LC 电路在 20MHz 处谐振,我只需使用公式 \$F=\frac{1} {2\pi\sqrt{LC}}\$。使用可用的电感器和电容器值,有许多不同的可能组合。如果 L 很小,则 C 很大,反之亦然。或者他们可能差不多。

它在电路的实际操作中会有什么不同吗?

一种方法会效率低下并且衰减得更快吗?

4个回答

L 和 C 的许多值会产生正确的中心频率,但一个重要的考虑因素是带宽有多紧。增加“Q”(与 \$\sqrt{\frac{L}{C}}\$ 成比例)会使带宽更紧:-

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这是定义 Q 的几种方法之一:-

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Q = \$\dfrac{f_0}{f_2 -f_1}\$

在许多滤波器和振荡器中建模的电路类型包括一个并联 C 和一个有限串联电阻(损耗)的电感器 (L):-

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通常电感铜和磁滞损耗远远超过调谐电容器的介电损耗,因此这种模型比一个电阻与 C 并联的模型更受欢迎。通常,自然谐振频率定义为 \$\frac{1}{2 \pi\sqrt{LC}}\$ 但由于 R,振荡器频率在以下位置略有不同:-

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因为也可以看出三个元件是串联的,所以电路的Q因子也是:-

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所有这一切的结果是,可以通过提高 L 来增加 Q,同时降低 C,但是,当达到电感器的自谐振频率时,就不能再做任何事情了。

有关更多信息,请查看此处的 wiki 页面


我被骚扰证明,如果你将电感器的匝数加倍,那么 Q 增加会带来净收益。考虑到匝数加倍也会使电阻加倍,这对 Q 不利。但是匝数加倍也会使电感增加四倍,并且要保持相同的工作频率,C 必须为四分之一。因此,L/C 的比率变为 16*L/C,因此取平方根,Q 的新值变为 \$\frac{1}{2R}4\sqrt{\frac{L}{C}}\$或 Q 加倍。

尽管只要 L 和 C 的乘积相同,电路就会以相同的频率谐振,但阻抗会发生变化。阻抗由 sqrt(L/C) 比率给出。

当您只是在玩共振并获得正确的频率时,这可能意义不大。然而,在设计滤波器和振荡器时它变得很重要。

一旦电路中有损耗,就需要考虑电路 Q,也称为品质因数。这控制了共振的带宽。对于串联谐振电路,由 L/R 给出。对于恒定损耗项,改变 L/C 比将改变电路 Q。如果您使用滤波器设计程序,则不必担心太多,因为当您指定滤波器形状和端接阻抗时,程序为您提供正确的组件值。如果改变元件值,即使保持乘积不变,由于改变元件的负载 Q,滤波器形状也会改变,给定固定的端接电阻。

当您玩模拟或回答大学问题时,您通常会改变 R 术语以改变 Q。但是,在现实生活中,您有时没有机会改变 R。您可能需要过滤器来工作在 50\$\Omega\$ 系统中,您的变容二极管可能具有不可约的 1\$\Omega\$ 串联电阻,您的双极振荡器晶体管具有非常低且无法增加的有效基极电阻。然后你必须担心LC比率。

我在下一个工作台上看到的低噪声振荡器设计(我不是振荡器设计者)使用了 8 个并联变容二极管和 10mm 的 3mm 宽轨道用于 500MHz 的电感器。没有多少人意识到 L/C 比率的重要性,这就是为什么很少有优秀的振荡器设计师或真正优秀的振荡器。

顺便说一句,TeX 确实可以工作,但我确实不得不挖掘一下以找出方法。在这个网站上,用 \ 转义 $

理论上,对于理想的组件,不会有任何区别。在实践中,您可能会发现对于给定的电感器尺寸,线圈电阻会显着增加并可能影响 Q。另一方面,当使用太小的电容器时,您可能会发现 PCB 电容会影响电路。

增加 C 和减少 L 之间没有理论上的区别(反之亦然)。实际差异在于弄清楚如何购买/构建这些实际组件。

根据我的经验,增加 C 通常比增加 L 更容易(特别是如果您的电路将是大电流)。高价值电感器通常需要很多匝线,这意味着它们往往在物理上更大和/或具有更高的直流电阻。

如果可以的话,尽量保持稳定的陶瓷电容器。这就是 NP0/C0G、X7R 或 X5R。越精确越好。还可以尝试将其额定电压增大 1 倍或 2 倍或更多。

对于在 LC 电路中挑选元件,我想说我的一般过程是这样的:

如果我不想设计自己的电感器:

  • 假设一个 1uF 电容器作为一个粗略的起点。
  • 找到可以处理功率/尺寸限制的最接近的现成电感器。如果找不到任何东西,请增加电容。
  • 使用该电感,计算出达到目标频率所需的实际电容。
  • 将一些上限相互串联,以尽可能接近正确的值。

如果我确实想设计自己的电感器:

  • 确保你真的想要这样做
  • 说真的,这是一个雷区,每个人的做法都不一样。
  • 假设一个 1uF 电容器作为一个粗略的起点。
  • 为了让您的定制电感器获得良好的精度,您需要有足够的绕组,一点绕组误差不会影响您的精度。环顾一下市售的铁氧体磁芯,它们可以为您提供大约 50 匝导线的目标电感。
  • 那里的某个地方可能有问题。去做大量的通量计算,以说服自己不会使电感器磁芯饱和。
  • 把它卷起来,在绕组上涂一些胶水,以确保它保持包裹状态。