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什么是谐振?上海桂伦给你简单介绍通俗易懂。

以一根金属弹簧为例,它的伸缩频率是一赫兹,如果我们给它施加一个外力,这个外力的伸缩频率也是一赫兹,也就是当外力的频率和弹簧的固有频率一致时,弹簧的伸缩长度是最大的,我们称这个现象叫做谐振或者共振。

在电子学当中也有类似谐振的现象,比如在一个由电阻、电容和电感组成的串联电路中,存在一个频率,能使这个电路的电流最大,这个现象也叫谐振。那这个频率是多少呢?我们可以参考一下弹簧的谐振。当外力的频率和弹簧的固有频率一致时,它才可能发生谐振。它其实在这个电路中有处于这个电路的固有频率。当我们持加的交流电频率和这个电路的固有频率一致时,它就能发生谐振。此时,这个电路的电流是最大的。弹簧的固有频率,我们很好理解。因为我们肉眼就能观察到。那这个电路的固有频率怎么理解呢?其实也很简单,可以先看一下这个电路。

此时电容是充满电的。如果我们闭合开关。电容里面的电就会迅速消耗完,能量几乎都消耗到了这个电阻上。但如果我们用电感替代这个电阻,电感和电容都是储能器件,它们不消耗能量。此时,我们如果闭合开关。电容会迅速放电,转化为电感的电磁能,电容上的电压曲线慢慢的趋近于零。第二个阶段,电感又把电磁能给电容反向充电。电容会被反向充满电。因为是反向充电,所以电容上的电压此时是负电压。第三阶段,电容开始反向放电,直到全部转化为电感的电磁能。当电容电压为零伏时,放电结束。第四个阶段,电感又开始把能量释放给电容,电容再一次被充满电。这样就完成了一个周期的充上电。它的波形接近于正弦波。如果没有电路上的能量损耗,它将一直这样震荡下去。但实际情况是有电阻的存在。能量会被慢慢的消耗完。所以电压波形的幅度也会越来越低。这个电路充向电的频率就是子电路的固有频率。所以它只跟电感和电容有关。

再回到最开始的电路,如我们给它施加一个正弦信号,而且频率也是电路的固有频率。这时候电路就会发生谐振。此时,这个电路的电流最大。根据万能的欧姆定律,我们可以得知,当电流处于最大值时,它的总阻抗最小,电阻、电流和电感的单位都是欧姆。电感有感抗,电容有容抗。当它感抗值加容抗值等于零时。这个电路的阻抗最小。我们通过这个等式求出来的频率就是上面所说的谐振频率。此时电路的总阻抗最小,电感和电容就相当于短路。所以它的总电流最大。当处于谐振频率时。它的总阻抗最低。等于电阻的阻值。当频率接近零赫兹时,它到阻抗是无穷大的,这是因为电容搁置通交零赫兹,就相当于直流电是没法通过电容的,所以在最开始它的阻抗无穷的大,而当频率无穷大的时候,电感又极力阻碍电流通过,所以此时阻抗也无穷大。最后我们做一个总结,当发生谐振时,电容和电感之间完全实现了能量交换及电场能和电磁能的互相转换,此时电路呈现的是纯电阻性的。这就是我对串联谐振的简单理解。

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