在实际电路中,即使是一个简单的线圈,不仅有电感,还有电阻,不能分割,但可以用集中的电感L与电阻R串联电路模型来表示,作为具有代表性的典型模型,经常研究电阻、电感、电容串联电路。
RLC串联电路的特点与谐振现象
如图1所示是由电阻、电感和电容相串联所组成的RLC串联电路,在此电路中,电容和电感是储能元件,其中能量的转换是可逆的,而电阻是耗能元件,其中电能单向地转为热。
由电阻R,电感L,电容C与直流电源组成的各种组合电路中,当电源由一个电平的稳定状态变成另一个不同电平的稳定状态时(如接通或断开直流电源),由于电路中电容上的电压不会瞬间突变和电感中的电流不会瞬间突变,这样电路由一个稳定状态变到另一个稳定状态中间要经历一个变化过程,这个变化过程称为暂态过程,利用 暂态过程的规律可以测量R/L/C元件的量值,也可用于产生脉冲信号,而RLC串联电路如果与频率可调的交流电源组合后,当电源的频率与RLC串联电路的固有频率相等时,会发生谐振现象,因而暂态过程的规律和谐振现象在电磁学、电子技术等领域中的用途非常广泛。
从能量变化的角度来说明,由于RLC串联电路中存在着两种不同性质的储能元件,因此它的过度过程就不仅是简单的积累能量和释放能量,还可能发生电容的电场能量和电感的磁场能量相互反复交换的过程,这一点决定于电路参数,当电阻比较小时(该电阻应该是电感线圈本身的电阻和回路中其余部分电阻之和),电阻上消耗的能量较小,而L和C之间的能量交互占主导位置,所以电路中的电流表现为振荡过程,当电阻较大时,能量来不及交换就在电阻中消耗掉了,使电路只发生单纯的积累或释放能量的过程,即非振荡过程。
RLC串联电路的谐振
在RLC串联电路中,当电路端电压电压和电流相同时,电路呈电阻性,电路的这种状态叫串联谐振,谐振是正弦交流电路的特定条件下产生的一种特殊物理现象,谐振现象在无线电和电工技术中得到广泛应用,研究电路中的谐振现象有重要的实际意义。交流电路的谐振有很多用途,一般可用于测量电感、电容、频率,还可用于选频、陷波、调谐放大、作振荡器和频率补偿等。