V-kosmose.com

Последовательная RLC: резистор, индуктор и конденсатор

Физика > Последовательная RLC: на больших и малых частотах; схема фазора

 

Рассмотрите схему последовательного соединения сопротивления, индуктивности и емкости с источником переменного тока: закон Ленца, малые и большие частоты.

Реакция схемы RLC основывается на частоте возбуждения. Если она большая, то доминирует индуктивность.

Задача обучения

  • Научиться отличать поведение схем последовательных RLC на разных частотах.

Основные пункты

  • Для описания схем можно использовать закон Ома. Если задействовано синусоидальное напряжение, ток отстает на 90° в цепи с индуктором, но приводит к такому же напряжению в цепи с конденсатором.
  • На достаточно больших частотах схема почти эквивалентна цепи переменного тока с индуктором. Среднеквадратичный ток – Vrms/XL, а отставание от напряжения – 90°.
  • При малых частотах схема почти эквивалентна цепи переменного тока с конденсатором. Среднеквадратичный ток – Vrms/XC, а ток приводит к напряжению почти на 90°.

Термины

  • Резонанс – рост амплитуды колебания системы под воздействием периодической силы, частота которой приближается к собственной частоте системы.
  • Закон Ленца: индуцированная на проводнике ЭДС всегда расположена в том же направлении, что и произведенное течение, сопротивляющееся созданному изменению.
  • Среднеквадратичное число (RMS) – мера величины.

Схема последовательной RLC основывается на источнике переменного напряжения. При помощи закона Ома (Irms = Vrms/Z, где Irms и Vrms – среднеквадратичные ток и напряжение) и выражения для импеданса Z, получим:

Последовательные RLC: резистор, индуктор и конденсатор

Выходим на:

Формулы предлагают резонансные условия для схемы. Также мы рассматривали фазовые соотношения между напряжениями на резисторе, конденсаторе и индукторе: при приложении синусоидального напряжения ток задерживает его на 90° в цепи с индуктором, но приводит к такому же напряжению в цепи с конденсатором. Давайте взглянем на реакцию системы в пределах больших и малых частот.

На больших частотах

В таком случае XL намного больше R, а на импедансе доминирует индуктивный компонент. Когда Z ≈ XL, схема практически эквивалентна цепи переменного тока с индуктором. Среднеквадратичный ток – Vrms/XL, а ток отстает от напряжения почти на 90°.

На малых частотах

В таких условиях XC превосходит R. Когда Z ≈ XC, схема практически эквивалентна цепи переменного тока с конденсатором. Среднеквадратичный ток – Vrms/XC, а ток приводит к напряжению почти на 90°.


Раздел Физика

Магнитный поток, индукция и закон Фарадея
Цепи переменного тока
Применение индукционных и электромагнитных волн
Магнитные поля и прогноз Максвелла