RLC电路分析(串并联)

RLC电路,一个最基本的元素电阻器电感器电容器跨越一个电压供应。所有这些元素在本质上都是线性和被动的。被动组件是那些消耗能量而不是生产它的人;线性元素是具有电压和电压之间线性关系的元件当前的

有许多方法连接这些元素跨电压供应,但最常见的方法是连接这些元素或在串联或在并联。的RLC电路与LC电路的谐振特性相同,但在这种电路中,由于电阻的存在,与LC电路相比,振荡很快消失。

系列RLC电路

当电阻、电感和电容与电压电源串联时,这样形成的电路称为电路系列RLC电路

因为所有这些元件都是串联的,所以每个元件的电流保持不变,


让VR.是跨越电压电阻器,R.
V.L.是跨越电压电感器, L。
V.C是跨越电压电容器, C。
XL.是归纳电抗
XC是电容电抗。
RLC电路
RLC电路中的总电压不等于电阻器,电感器和电容器上的等于电压的代数和;但是它是一个矢量总和,因为在电阻的情况下,电压与电流相同,对于电感器电压引导电流90O.而对于电容,电压滞后于电流90O.

因此,每个分量的电压彼此不是相的;所以它们不能算数相加。下图是串联RLC电路的相量图。在绘制RLC串联电路的相量图时,以电流为参考,因为串联电路中每个元件的电流保持不变,而每个元件对应的电压矢量则以共同的电流矢量为参考。

RLC电路矢量图

串联RLC电路的阻抗

RLC电路矢量图
串联RLC电路的阻抗Z被定义为电路中电流的反向流动电阻r,归纳电抗,xL.和容抗,XC。如果感应电抗大于电容电抗,则i.e xL.> XC,RLC电路具有滞后相位角,并且电容电抗大于电感电抗,即xC> XL.然后,RLC电路具有前导相位角,并且如果诱导和电容都相同,则I xL.= XC然后电路将表现为纯电阻电路。
我们知道
在哪里,
替代价值

并联RLC电路

并联RLC电路电阻器、电感器和电容器并联连接在电压电源上。并联RLC电路与串联RLC电路完全相反。所有元件施加的电压保持不变,电源电流得到划分。

总电流的供应不等于数学和电流的各个组件,但是它等于矢量和电流,电流在电阻、电感和电容不是彼此在同一阶段;所以它们不能算数相加。
并行RLC电路
并行RLC电路的相位图,iR.电流是在电阻器中流动的,r在安培中。
一世C电流是在电容器上流动的电流。
一世L.为流过电感器的电流,L为安培。
一世S.是供电电流,单位是安培。
在并行RLC电路中,所有组件并联连接;因此每个元素跨越电压。因此,对于绘制相量图,将电压作为参考向量和所有其他电流。i iR.,我C,我L.被绘制相对于该电压矢量。可以使用每个元素的电流Kirchhoff的现行法律,这指出输入结或节点的电流之和等于离开该节点的当前的总和。
RLC电路矢量图

如图所示,并联RLC电路的阻抗方程,Z;每个元件具有阻抗的倒数(1 / Z)即。导纳因此,在并联RLC电路中,用导纳代替阻抗是很方便的。

RLC电路中的共振

在一个包含电感和电容的电路中,能量以两种不同的方式存储。

  1. 当电流流过电感器时,能量就储存在里面磁场
  2. 电容器充电时,能量储存在静电场中。

电感器中的磁场由电流构建,该电流由放电电容器提供。类似地,电容器通过通过折叠电感器的磁场产生的电流来充电,并且该过程继续开启和开启,导致电能在磁场和电场之间振荡。在某些情况下某些已知作为谐振频率的某些频率,电路的电感电抗变得等于电容电抗,这使得电能在电容器的电容器和磁场的电场之间振荡。这形成了谐波振荡器对于电流。在RLC电路,电阻的存在使这些振荡在一段时间内消失,这称为电阻的阻尼效应。

谐振频率的公式

在共振过程中,在特定的频率称为共振频率时,fR.

谐振时,电路的电感电抗等于电容电抗,使串联RLC电路的电路阻抗最小;但当电阻、电感和电容并联时,电路阻抗最大,因此并联RLC电路有时称为反谐振器。请注意,振动物体的最低共振频率被称为它基频

RLC电路系列差异和并联RLC电路之间的差异

S.NO RLC串联电路 RLC并联电路
1 电阻器,电感器和电容串联连接 电阻、电感和电容并联
2 每个元素中的电流相同 所有元件中的电流不同,总电流等于电流的每个分支的矢量和等于i. iS.2=我R.2+(我C——我L.2
3. 所有元件上的电压是不同的,总电压等于每个元件上电压的矢量和,即VS.2= VR.2+ (VL.- - - - - - VC2 每个元件之间的电压保持不变
4. 在绘制相量图时,以电流为参考矢量 在绘制相量图时,以电压为参考矢量
5. 每个元件上的电压为:VR.= IR,VL.=我xL., VC=我xC 每个元素的电流由:
一世R.= v / r, IC= v / xC,我L.= v / xL.
6. 使用阻抗来计算计算更方便 使用进入计算更方便
7. 在谐振时,xL.= XC,电路具有最小阻抗 在谐振时,xL.= XC,该电路具有最大阻抗

RLC电路方程

考虑A.RLC电路具有电阻R,电感器L和电容器C串联连接并由A驱动电压源V.让Q是电容器上的电荷,电路中流动的电流是I.应用基尔霍夫电压定律
系列RLC电路

在这个方程;阻力,电感电容电压是已知的,而电流和电荷是未知的。我们知道电流是电荷流动的速率,所以它由

再次差异,我(t)= q'(t)

对上面的方程对t求导,

现在在时间t = 0,v(0)= 0且在时间t = t,v(t)= eO.sinωt.
与't'的差异差异为V'(t)=ωeO.Cosωt.
将V'(t)的值代入上式

让我们说这个等式的解决方案是我P.(t)= ASIN(ωt - ǿ),如果我P.(t)是上方等式的解决方案,那么它必须满足这个等式,

现在替代我的价值P.对t求导,我们得到,

应用cos (A + B)的公式,结合类似的项,

将两边的sin(ωt - φ)和cos(ωt - φ)的系数匹配,我们得到,

现在我们有两个等式和两个未知的i.eφ和a,并通过划分上述两个方程,我们得到,

我们得到的平方和增加方程式

用拉普拉斯变换分析RLC电路

步骤1 :绘制给定电路的相量图。
第2步 :利用RLC串联电路中的基尔霍夫电压定律和RLC并联电路中的电流定律,形成时域微分方程。
第3步:使用拉普拉斯变换将这些微分方程从时域转换到s域。
步骤4:用于查找未知变量,解决这些方程。
步骤5:应用逆拉普拉斯变换以将来自S域的反复方程转换为时域。

RLC电路的应用

它被用作低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器,电压乘法器振荡器电路。它用于调谐无线电或音频接收器。

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