Ako funguje obvod LCR?

Obvod LCR, tiež známy ako rezonančný obvod, ladený obvod alebo obvod RLC, je elektrický obvod pozostávajúci z tlmivky (L), kondenzátora (C) a odporu (R) zapojených sériovo alebo paralelne. Tieto obvody sú základom mnohých elektronických zariadení a systémov a zohrávajú kľúčovú úlohu v aplikáciách, ako je ladenie rádia, filtrovanie signálu a korekcia účinníka. Ako dodávateľ LCR sa ma často pýtajú, ako tieto obvody fungujú, a v tomto blogovom príspevku poskytnem podrobné vysvetlenie.

Základné komponenty obvodu LCR

Predtým, ako sa ponoríme do toho, ako obvod LCR funguje, je nevyhnutné porozumieť základným komponentom, ktoré tvoria obvod:

• Induktor (L): Induktor je pasívny dvojpólový elektrický komponent, ktorý ukladá energiu do magnetického poľa, keď ním prechádza elektrický prúd. Indukčnosť, meraná v henry (H), určuje, koľko magnetického poľa sa vytvorí pre daný prúd. Keď sa prúd cez induktor zmení, indukuje elektromotorickú silu (EMF), ktorá je proti zmene prúdu, podľa Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie.

• kondenzátor (C): Kondenzátor je ďalší pasívny dvojpólový komponent, ktorý ukladá energiu v elektrickom poli medzi dvoma vodivými doskami oddelenými izolačným materiálom. Kapacita, meraná vo faradoch (F), udáva schopnosť kondenzátora akumulovať náboj. Keď sa cez kondenzátor privedie napätie, nabije sa a keď sa zdroj napätia odstráni, môže vybiť uloženú energiu.

• Rezistor (R): Rezistor je pasívny komponent, ktorý obmedzuje tok elektrického prúdu v obvode. Odpor, meraný v ohmoch (Ω), určuje množstvo prúdu, ktorý pretečie pri danom napätí podľa Ohmovho zákona (V = IR). Rezistory odvádzajú elektrickú energiu vo forme tepla.

Obvod série LCR

V sériovom obvode LCR sú tlmivka, kondenzátor a rezistor navzájom spojené, takže cez všetky tri komponenty preteká rovnaký prúd. Poďme analyzovať správanie sa sériového obvodu LCR, keď je aplikovaný zdroj striedavého prúdu (AC).

Impedancia (Z) sériového obvodu LCR je daná vzorcom:

[Z=\sqrt{R^{2}+(X_{L} - X_{C})^{2}}]

kde (X_{L}=\omega L) je indukčná reaktancia, (X_{C}=\frac{1}{\omega C}) je kapacitná reaktancia, (\omega = 2\pi f) je uhlová frekvencia zdroja striedavého prúdu, (f) je frekvencia, (L) je indukčnosť a (C) je kapacita.

Indukčná reaktancia (X_{L}) je priamo úmerná frekvencii (f) a indukčnosti (L). Keď sa frekvencia zvyšuje, (X_{L}) sa zvyšuje, čo znamená, že induktor ponúka väčšiu opozíciu toku prúdu. Na druhej strane, kapacitná reaktancia (X_{C}) je nepriamo úmerná frekvencii (f) a kapacite (C). Keď sa frekvencia zvyšuje, (X_{C}) klesá, takže kondenzátor ponúka menší odpor voči prúdu.

Fázový uhol (\varphi) medzi napätím a prúdom v sériovom obvode LCR je daný:

[\tan\varphi=\frac{X_{L}-X_{C}}{R}]

Ak (X_{L}>X_{C}), obvod je indukčný a napätie vedie k prúdu. Ak (X_{L}<X_{C}), obvod je kapacitný a prúd vedie k napätiu. Keď (X_{L} = X_{C}), obvod je v rezonancii a impedancia (Z = R) je na minime. Pri rezonancii dosiahne prúd v obvode svoju maximálnu hodnotu a frekvencia, pri ktorej k tomu dôjde, sa nazýva rezonančná frekvencia (f_{0}), ktorá je daná vzťahom:

[f_{0}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}]

Paralelný obvod LCR

V paralelnom obvode LCR sú induktor, kondenzátor a odpor zapojené cez rovnaký zdroj napätia. Celková admitancia (Y) paralelného obvodu LCR je daná vzťahom:

[Y=\sqrt{G^{2}+(B_{C}-B_{L})^{2}}]

kde (G=\frac{1}{R}) je vodivosť, (B_{L}=\frac{1}{X_{L}}=\frac{1}{\omega L}) je indukčná susceptancia a (B_{C}=\omega C) je kapacitná susceptancia.

Impedancia (Z=\frac{1}{Y}). Podobne ako sériový obvod, aj paralelný obvod LCR má rezonančnú frekvenciu. Pri rezonancii v paralelnom obvode LCR sa indukčné a kapacitné susceptancie navzájom vyrušia ((B_{L}=B_{C})) a impedancia dosiahne svoju maximálnu hodnotu.

Aplikácie obvodov LCR

Obvody LCR majú širokú škálu aplikácií v elektronike a elektrotechnike:

• Ladenie rádia: V rádiových prijímačoch sa obvody LCR používajú na naladenie rôznych rozhlasových staníc. Úpravou kapacity alebo indukčnosti obvodu možno zmeniť rezonančnú frekvenciu tak, aby zodpovedala frekvencii požadovaného rádiového signálu. To umožňuje prijímaču vybrať konkrétnu stanicu a ostatné odmietnuť.

• Filtrovanie signálu: Obvody LCR možno použiť ako filtre na oddelenie rôznych frekvencií v signáli. Napríklad dolnopriepustný filter umožňuje prechod nízkofrekvenčných signálov a zároveň tlmí vysokofrekvenčné signály a hornofrekvenčný filter robí opak. Pásmové priepusty a pásmové zádržné filtre môžu byť tiež skonštruované pomocou obvodov LCR na výber alebo odmietnutie špecifického rozsahu frekvencií.

• Korekcia účinníka: V elektrických systémoch sa na zlepšenie účinníka používajú obvody LCR. Pridaním kondenzátora paralelne s indukčnou záťažou je možné znížiť jalový výkon, čo zlepšuje účinnosť energetického systému a znižuje energetické straty.

Meranie parametrov LCR

Pre presný návrh a analýzu LCR obvodov je potrebné zmerať hodnoty indukčnosti, kapacity a odporu. Ako dodávateľ LCR ponúkame na tento účel rôzne vysokokvalitné LCR merače. Napríklad,4287A Agilent LCR meter, 1 MHz - 3 GHzje vhodný na meranie komponentov pri vysokých frekvenciách, pričom4285A Agilent LCR meter, 75 kHz - 30 MHzje ideálny pre strednofrekvenčné aplikácie. TheE4982A Agilent LCR meter, 1 MHz až 300 MHz / 500 MHz / 1 GHz / 3 GHzponúka široký frekvenčný rozsah a vysokú presnosť pre presné merania.

Kontakt pre obstarávanie

Ak potrebujete komponenty LCR alebo merače LCR pre svoje projekty, sme tu, aby sme vám pomohli. Náš tím odborníkov vám môže poskytnúť podrobné informácie o produkte, technickú podporu a pomôcť vám vybrať tie správne produkty pre vaše špecifické požiadavky. Či už pracujete na malom elektronickom projekte alebo na rozsiahlej priemyselnej aplikácii, máme riešenia, ktoré potrebujete. Neváhajte nás kontaktovať a začať diskusiu o obstarávaní.

Referencie

• Boylestad, RL a Nashelsky, L. (2012). Elektronické zariadenia a teória obvodov. Pearson.
• Dorf, RC, & Svoboda, JA (2011). Úvod do elektrických obvodov. Wiley.
• Nilsson, JW a Riedel, SA (2015). Elektrické obvody. Pearson.