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如何用LOTO示波器實測LC串聯諧振?

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ID:412156 發表于 2023-10-24 14:26 | 顯示全部樓層 |閱讀模式

一個電感和一個電容串聯,在某個特定的頻率,就會發生諧振,這個頻率就是諧振頻率。串聯諧振電路有如下特點:
諧振時整個電路阻抗呈電阻性,阻抗最小,電流達到最大;
諧振時電感和電容兩端的電壓達到最大。

圖片1.png

上圖就是一個LC串聯典型電路,一般被用于低通濾波。我們準備一個電感和電阻串聯的電路如下所示:

圖片2.png
我們準備一臺LOTO的虛擬示波器OSCH02S,也就是示波器加信號源的版本,我們用信號源產生一個掃頻正弦波,作為上圖的Vin輸入,把示波器的AB兩個通道加在輸入Vin和輸出端Vout處。

圖片3.png

我們在上位機軟件上設置好掃頻參數,如下圖所示:

圖片4.png

我們先掃頻得到通道A也就是輸入端的頻響曲線如下圖所示,可以看到掃頻正弦波信號加在LC串聯電路兩端,示波器CHA也就是LC兩端的信號幅頻曲線中,一開始幅值比較大,隨著頻率的升高,信號幅值逐漸變小,最小的位置,也就是截止頻率處,我們看到圖中的光標測量出來是183.51K赫茲。過了這個截止頻率,信號的幅值又逐漸變大起來。截止頻率附近的信號幅值變小是因為產生諧振的時候LC的整體阻抗最小,這時候它所分得的信號也就是最小。

圖片5.png

我們這次來測增益曲線,也就是Vout/Vin的頻響曲線,我們只需要在頻響曲線界面把Y周的數據來源從chA改為B/A就可以了,重新掃頻,得到如下的幅頻曲線:

圖片6.png

這個增益曲線,我們也可以理解成是低通濾波器的增益曲線。前一段可以看出增益為1,相位差也為0,也就是輸出=輸入。到諧振頻率附近,放大倍數大概6倍左右,也就是這時候的信號被放大了,之后放大倍數迅速減小。
如果我們能把諧振頻率處的增益降到0.707左右,那就是完美的低通濾波器了。很顯然,電感和電容都是非耗能器件,沒有電阻器件的引入,在諧振頻率處,增益總是很大。
幸運的是,我們的濾波電路總是要接負載的,我們把信號濾波之后總是要給負載用的,接入了負載,那增益又不一樣了。負載越大,這個諧振點的增益會越小。

圖片7.png 圖片8.png

我們可以看到,負載電阻越小,諧振處的增益越小,諧振引起的噪聲變大越不會發生。當然了,實際電路中的負載各種各樣,有低阻的,有高阻的。相對來說,低阻負載的更不容易發生加入濾波器效果更差的事情。因此,如果你發現同樣的LC濾波器,加入不同的電路,有的效果好,有的效果變差,很有可能就是因為負載的不同。
所以說,負載阻抗越低,越不容易產生尖峰,也就是說不容易惡化。
不同的LC參數也會有不同的諧振頻率的情況。我們改變一些參數可以測的不同的頻響曲線如下:

圖片9.png

整個過程我們制作了視頻演示,可以參看如下:
LOTO示波器LC串聯諧振測試 實測演示 -- LC濾波/頻響曲線/頻率諧振點
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