Kako radi LCR kolo?

LCR kolo, također poznato kao rezonantno kolo, podešeno kolo ili RLC kolo, je električno kolo koje se sastoji od induktora (L), kondenzatora (C) i otpornika (R) povezanih serijski ili paralelno. Ova kola su fundamentalna za mnoge elektronske uređaje i sisteme, igrajući ključnu ulogu u aplikacijama kao što su podešavanje radija, filtriranje signala i korekcija faktora snage. Kao dobavljača LCR-a, često me pitaju o tome kako ovi sklopovi rade, a u ovom postu na blogu ću dati detaljno objašnjenje.

Osnovne komponente LCR kola

Prije nego što uđemo u to kako LCR sklop radi, bitno je razumjeti osnovne komponente koje čine krug:

• Induktor (L): Induktor je pasivna električna komponenta s dva terminala koja skladišti energiju u magnetskom polju kada električna struja teče kroz nju. Induktivnost, mjerena u henriju (H), određuje koliko se magnetsko polje generiše za datu struju. Kada se struja kroz induktor promijeni, ona indukuje elektromotornu silu (EMF) koja se suprotstavlja promjeni struje, prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije.

• kondenzator (C): Kondenzator je još jedna pasivna komponenta s dva terminala koja pohranjuje energiju u električnom polju između dvije provodljive ploče razdvojene izolacijskim materijalom. Kapacitet, mjeren u faradima (F), pokazuje sposobnost kondenzatora da pohrani naboj. Kada se napon stavi na kondenzator, on se puni, a kada se izvor napona ukloni, može isprazniti pohranjenu energiju.

• Otpornik (R): Otpornik je pasivna komponenta koja ograničava protok električne struje u kolu. Otpor, mjeren u omima (Ω), određuje količinu struje koja će teći za dati napon, prema Ohmovom zakonu (V = IR). Otpornici rasipaju električnu energiju u obliku topline.

Serija LCR kolo

U serijskom LCR kolu, induktor, kondenzator i otpornik su povezani s kraja na kraj, tako da ista struja teče kroz sve tri komponente. Hajde da analiziramo ponašanje serijskog LCR kola kada se primeni izvor napona naizmenične struje (AC).

Impedancija (Z) serijskog LCR kola je data formulom:

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

gdje je (X_{L}=\omega L) induktivna reaktancija, (X_{C}=\frac{1}{\omega C}) je kapacitivna reaktancija, (\omega = 2\pi f) je ugaona frekvencija izvora naizmjenične struje, (f) je frekvencija, (L) je induktivnost, a (C) je kapativna.

Induktivna reaktansa (X_{L}) je direktno proporcionalna frekvenciji (f) i induktivnosti (L). Kako frekvencija raste, (X_{L}) se povećava, što znači da induktor nudi više opozicije protoku struje. S druge strane, kapacitivna reaktancija (X_{C}) je obrnuto proporcionalna frekvenciji (f) i kapacitivnosti (C). Kako frekvencija raste, (X_{C}) se smanjuje, tako da kondenzator nudi manje otpora struji.

Fazni ugao (\varphi) između napona i struje u serijskom LCR kolu je dat sa:

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

Ako je (X_{L}>X_{C}), kolo je induktivno, a napon vodi struju. Ako je (X_{L}<X_{C}), kolo je kapacitivno, a struja vodi napon. Kada je (X_{L} = X_{C}), kolo je u rezonanciji, a impedansa (Z = R) je na svom minimumu. U rezonanciji, struja u kolu dostiže svoju maksimalnu vrijednost, a frekvencija na kojoj se to događa naziva se rezonantna frekvencija (f_{0}), data kao:

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

Paralelno LCR kolo

U paralelnom LCR kolu, induktor, kondenzator i otpornik su povezani na isti izvor napona. Ukupna admitansa (Y) paralelnog LCR kola je data sa:

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

gdje je (G=\frac{1}{R}) provodljivost, (B_{L}=\frac{1}{X_{L}}=\frac{1}{\omega L}) je induktivna susceptansa, a (B_{C}=\omega C) je kapacitivna susceptansa.

Impedansa (Z=\frac{1}{Y}). Slično serijskom kolu, paralelno LCR kolo također ima rezonantnu frekvenciju. Pri rezonanciji u paralelnom LCR kolu, induktivna i kapacitivna susceptansa se međusobno poništavaju ((B_{L}=B_{C})), a impedansa dostiže svoju maksimalnu vrijednost.

Primjena LCR kola

LCR kola imaju širok spektar primjena u elektronici i elektrotehnici:

• Radio Tuning: U radio prijemnicima, LCR kola se koriste za podešavanje različitih radio stanica. Podešavanjem kapacitivnosti ili induktivnosti kola, rezonantna frekvencija se može promeniti tako da odgovara frekvenciji željenog radio signala. Ovo omogućava prijemniku da odabere određenu stanicu dok druge odbije.

• Filtriranje signala: LCR kola se mogu koristiti kao filteri za razdvajanje različitih frekvencija u signalu. Na primjer, niskopropusni filtar dozvoljava niskofrekventnim signalima da prođu dok prigušuju visokofrekventne signale, a visokopropusni filter čini suprotno. Pojasni i band-stop filteri se također mogu konstruirati pomoću LCR kola za odabir ili odbijanje određenog raspona frekvencija.

• Korekcija faktora snage: U elektroenergetskim sistemima, LCR kola se koriste za poboljšanje faktora snage. Dodavanjem kondenzatora paralelno sa induktivnim opterećenjem, reaktivna snaga se može smanjiti, što poboljšava efikasnost elektroenergetskog sistema i smanjuje gubitke energije.

Mjerenje LCR parametara

Za precizno dizajniranje i analizu LCR kola potrebno je izmjeriti vrijednosti induktivnosti, kapacitivnosti i otpora. Kao dobavljač LCR-a, nudimo niz visokokvalitetnih LCR mjerača za ovu svrhu. Na primjer, the4287A Agilent LCR metar, 1 MHz - 3 GHzje pogodan za mjerenje komponenti na visokim frekvencijama, dok je4285A Agilent LCR metar, 75 KHz - 30 MHzidealan je za aplikacije srednje frekvencije. TheE4982A Agilent LCR metar, 1 MHz do 300 MHz / 500 MHz / 1 GHz / 3 GHznudi širok raspon frekvencija i visoku preciznost za precizna mjerenja.

Kontakt za nabavku

Ako su vam potrebne LCR komponente ili LCR mjerači za vaše projekte, mi smo tu da vam pomognemo. Naš tim stručnjaka može vam pružiti detaljne informacije o proizvodima, tehničku podršku i pomoći vam da odaberete prave proizvode za vaše specifične zahtjeve. Bilo da radite na malom projektu elektronike ili na velikoj industrijskoj primjeni, imamo rješenja koja su vam potrebna. Slobodno nam se obratite da započnemo raspravu o nabavci.

Reference

• Boylestad, RL, & Nashelsky, L. (2012). Elektronski uređaji i teorija kola. Pearson.
• Dorf, RC, & Svoboda, JA (2011). Uvod u električna kola. Wiley.
• Nilsson, JW, & Riedel, SA (2015). Električni krugovi. Pearson.