三、谐振电路
前面讲了实际电容的等效模型是理想电阻、理想电容、理想电感的串联,并引出了自谐振频率的概念,那么实际这三种器件的组合会有什么特点呢?
1)RLC并联:带通滤波器
先看一下波形
图中LC在频率f处的阻抗(更确切说是电抗)为:
1/Zlc=1/Zl 1/Zc
可得
Zlc=j/((1/ ωL)- ωC)
上图与电阻R结合构成分压器,根据上式我们可以推导出在
处的阻抗无穷大。我们用spice仿真看一下,注意纵轴是输出与输入比值,便于大家理解
从上图我们看到在谐振频率f=ω/2*Pi(该电路f=50.35Hz)处输出等于输入(比值为1)f频率波形全部通过,而大于或小于该频率的波不能全部通过,所以该谐振电路称为带通滤波器。这里对响应曲线峰值的尖锐对的衡量用品质因数Q表示,它等于-3dB处的频率宽度除以谐振频率,对于并联RLC电路,Q=ωRC。
2)RLC串联:陷波滤波器
电路如下
分析方法和RLC并联电路一样,这里不再赘诉。我们直接给出结论该电路阻抗在谐振频率
处为0,它的品质因数Q=ωL/R。
四、电容的应用
说起电容的应用,除了以上介绍的,大家还能所说上一堆,譬如滤波、旁路、去耦、储能、耦合等等,可见电容应用十分广泛。我这里给总结一下
旁路、滤波和去耦的本质都是利用电容的阻抗随频率升高而降低的原理去除不需要的交流信号。有许多人去纠结着旁路、去耦有什么区别,我觉得其实不必纠结,关键是知道为什么用,怎么用(自谐振频率),什么地方用就好了。
还有就是定时和波形产生,比如用一个恒定电流对电容充电,能产生一个斜坡波形。RC电路也用来定时。
我们来看下图
这是交流信号通过单电容的波形,蓝色为电流,黄色为电压,我们发现通过电容电流相位超前电压90度,即电流与电压的夹角为90度,根据P=UIcosφ,可得P=0,即电容不损耗功率(有功功率),根据这一特性,电容也被用在功率补偿上。
电容应用时应关注容值、耐压、温度特性、频率特性等。这些都可以在电容的规格书中找到。