1. Βασική ιδέα και συνθήκη συντονισμού
Η ουσία του συντονισμού είναι ότι η επαγωγική αντίδραση (Xₗ) και η χωρητική αντίδραση (X꜀) σε ένα κύκλωμα αλληλοεξουδετερώνονται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, προκαλώντας το κύκλωμα να συμπεριφέρεται καθαρά με αντίσταση. Αυτή η ειδική συχνότητα είναι η συχνότητα συντονισμού (f0). Και για τα σειριακά και για τα παράλληλα κυκλώματα, υπολογίζεται με τον ίδιο τύπο:
f₀=1 / (2π√LC)
Αυτό σημαίνει ότι όσο οι τιμές του επαγωγέα (L) και του πυκνωτή (C) είναι σταθερές, η συχνότητα συντονισμού τους είναι σταθερή.
2. Χαρακτηριστικά τουΣειρά Resonance
A ηχηρή σειράΤο κύκλωμα συνδέει μια αντίσταση (R), ένα πηνίο (L) και ένα άκρο του πυκνωτή (C)-σε-το τέλος σε σειρά με μια πηγή ισχύος.
1) Αντίσταση και Ρεύμα: Τη στιγμή του συντονισμού, οι επαγωγικές και χωρητικές αντιδράσεις είναι ίσες σε μέγεθος αλλά αντίθετες στη φάση, ακυρώνοντας εντελώς η μία την άλλη. Η συνολική σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος φτάνει την ελάχιστη τιμή της, θεωρητικά ίση με την αντίσταση R (Z=R). Σύμφωνα με το νόμο του Ohm (I=V / Z), όταν η τάση της πηγής είναι σταθερή, το συνολικό ρεύμα στο κύκλωμα φτάνει τη μέγιστη τιμή του.
2) Σχέση τάσης: Αυτό είναι το πιο αξιοσημείωτο φαινόμενο συντονισμού σειράς. Αν και οι τάσεις στο πηνίο (L) και στον πυκνωτή (C) αλληλοεξουδετερώνονται, η τάση σε κάθε μεμονωμένο στοιχείο δεν είναι μικρή. Στην πραγματικότητα, η τάση σε κάθε εξάρτημα μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερη από την τάση της πηγής. Ο συντελεστής ενίσχυσης είναι ο Συντελεστής Ποιότητας του κυκλώματος (τιμή Q). Όσο υψηλότερη είναι η τιμή Q, τόσο πιο σημαντικό είναι το φαινόμενο ενίσχυσης. Επομένως, ο συντονισμός σειράς ονομάζεται συχνά "συντονισμός τάσης". Εάν η αντίσταση του κυκλώματος είναι πολύ μικρή (υψηλή τιμή Q), μπορεί να προκαλέσει "υπέρταση" και ζημιά στον εξοπλισμό στα συστήματα ισχύος, αλλά σε εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων, αυτή είναι η βασική αρχή που χρησιμοποιείται για την ενίσχυση αδύναμων σημάτων.
3) Φάση: Στον συντονισμό, το συνολικό ρεύμα είναι σε φάση με την τάση της πηγής.
3. Χαρακτηριστικά του παράλληλου συντονισμού
Ένα κύκλωμα παράλληλου συντονισμού τυπικά περιλαμβάνει έναν επαγωγέα L (που συνήθως περιλαμβάνει την εγγενή παρασιτική του αντίσταση R) και έναν πυκνωτή C που συνδέονται παράλληλα μεταξύ τους και στη συνέχεια συνδέονται με την πηγή ισχύος.
1) Αντίσταση και τάση: Στον συντονισμό, τα ρεύματα στον επαγωγικό κλάδο και στον χωρητικό κλάδο είναι σχεδόν ίσα σε μέγεθος αλλά σχεδόν αντίθετα σε φάση. Αυτό δημιουργεί ένα μεγάλο ρεύμα κυκλοφορίας μεταξύ των κλάδων L και C και αυτά τα ρεύματα αντισταθμίζουν και ουσιαστικά «ακυρώνουν» το ένα το άλλο από την οπτική γωνία της εξωτερικής πηγής. Το αποτέλεσμα είναι ότι η συνολική σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος, όπως φαίνεται από τους ακροδέκτες εισόδου, φτάνει στη μέγιστη τιμή της. Εάν η πηγή ισχύος παρέχει σταθερό ρεύμα, τότε η τάση εξόδου στο κύκλωμα φτάνει τη μέγιστη τιμή της.
2) Σχέση ρεύματος: Αντίστοιχα σε συντονισμό σειράς, σε παράλληλο συντονισμό, το ρεύμα κυκλοφορίας μεταξύ του επαγωγέα (L) και του πυκνωτή (C) μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερο από το συνολικό ρεύμα που αντλείται από την πηγή ισχύος. Ο συντελεστής ενίσχυσης είναι ομοίως ο Συντελεστής Ποιότητας (τιμή Q). Ως εκ τούτου, ο παράλληλος συντονισμός ονομάζεται συχνά «τρέχων συντονισμός».
3) Φάση: Στον συντονισμό, η συνολική τάση στο κύκλωμα είναι σε φάση με το ρεύμα από την πηγή.
4. Περίληψη Βασικών Διαφορών και Εφαρμογών
Μπορείτε να το καταλάβετε ζωντανά με αυτές τις αναλογίες:
Σειρά Resonanceείναι σαν χορωδία. Στο σωστό ύψος (συχνότητα συντονισμού), η φωνή του καθενός (οι τάσεις στα L και C) λειτουργεί ομόφωνα, παράγοντας το πιο δυνατό και καθαρό αποτέλεσμα (μέγιστο ρεύμα), αλλά κάθε τραγουδιστής καταβάλλει μεγάλη προσπάθεια ξεχωριστά (υψηλές τοπικές τάσεις).
Ο παράλληλος συντονισμός είναι σαν κυκλικός κόμβος κυκλοφορίας. Κατά τη διάρκεια της ώρας αιχμής (συχνότητα συντονισμού), η ροή κυκλοφορίας εντός του κυκλικού κόμβου (το ρεύμα σε L και C) είναι πολύ μεγάλη και κυκλοφορεί ομαλά, αλλά η ροή κυκλοφορίας στον κεντρικό δρόμο που εισέρχεται και εξέρχεται από τον κυκλικό κόμβο (το συνολικό ρεύμα) είναι πολύ μικρή, καθιστώντας τον να φαίνεται πολύ καθαρός (πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση).
Με βάση αυτά τα εντελώς διαφορετικά χαρακτηριστικά, οι εφαρμογές τους είναι επίσης εντελώς διαφορετικές:
Σειρά Resonanceχρησιμοποιείται σε σενάρια όπου ένα συγκεκριμένο σήμα συχνότητας πρέπει να περάσει εύκολα. Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται σε κυκλώματα συντονισμού ραδιοφώνου. Ρυθμίζοντας τον πυκνωτή ώστε να αλλάζει τη συχνότητα συντονισμού, μόνο όταν η συχνότητα ενός ραδιοφωνικού σταθμού ταιριάζει με τη συχνότητα συντονισμού, το ρεύμα του κυκλώματος μεγιστοποιείται, επιλέγοντας και ενισχύοντας έτσι το σήμα αυτού του σταθμού ενώ καταστέλλονται άλλοι.
Ο παράλληλος συντονισμός χρησιμοποιείται σε σενάρια όπου ένα συγκεκριμένο σήμα συχνότητας πρέπει να αποκλειστεί έντονα. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν φίλτρα ζώνης-stop (notch) ή επιλεκτικά δίκτυα συχνότητας- σε ταλαντωτές. Στον συντονισμό, παρουσιάζει πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση στη συχνότητα στόχο, εμποδίζοντας έτσι τη διέλευση αυτού του σήματος συχνότητας.