Aigtek科普：LC諧振電路如何幫助功率放大器發揮性能

　　相信有不少工程師在使用功率放大器的時候都會遇到一個問題，那就是：由于測試的負載阻抗太大，因此在所需的頻率下，功率放大器的輸出電流無法達到需要的大小，功率放大器的性能無法全部釋放（該情況在磁場測試等場景中尤為多見）。

　　那么這個問題如何解決？我們今天就給大家介紹一種方法來改變我們的回路阻抗，也就是LC諧振電路。

　　什么是LC諧振電路？

　　諧振電路，是使用電感（L）和電容（C）在特定頻率下引起諧振的電路。諧振電路分串聯諧振電路和并聯諧振電路兩種。諧振時，串聯諧振電路的阻抗最小，并聯諧振電路的阻抗大。

　　在此之前我們先給大家介紹一下諧振頻率，諧振頻率是物體或系統自然振動的固有頻率。當從外部以該頻率提供能量時，會產生稱為“諧振"的現象，從而使系統的振動被放大。要想深入了解這種現象，需要先了解“固有振動"的概念。固有振動是指物體受到外部沖擊后以其自身的固有頻率產生的自然振動。這個頻率是由物體的形狀、質量和彈性決定的，無論外部沖擊的大小如何，物體只會以這個頻率振動。

（本圖片素材來自于網絡）

　　而當以諧振頻率發生諧振時，系統會非常有效地吸收和存儲外部能量。在電路中，通過電阻、電感和電容的組合來決定諧振頻率，當電路在該諧振頻率下工作時，電感和電容之間將會高效地傳輸“電磁能"，從而使整個電路存儲的能量達到最大。

關于并聯諧振電路

　　首先先來看一下LC串聯諧振電路。電感和電容串聯在一起，如下圖所示。

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　　電容器和電感器兩端的電壓之和就是開路端子兩端的總電阻之和V=VL+VC。LC電路+Ve端子中的電流等于通過電感器(L)和電容器(C)的電流i=iL=iC。電感的感抗和頻率成正比，電容的容抗與頻率成反比。因此當頻率增加時，電感的感抗XL增加，但是電容的容抗XC減小。

　　當頻率達到某個特定值時，LC串聯電路的感抗和容抗相等，諧振就產生了

　　那么我們回到串聯諧振回路的阻抗Z。看一下諧振時候的Z是多少。

　　當電路工作在諧振頻率f0時，根據上面的公式，帶入阻抗Z，可以得到Z=0.也就是說，LC串聯諧振電路，感抗和容抗相互抵消，對外呈現短路特性，電路中的電流最大。因此，串聯LC電路在與負載串聯連接時將充當在諧振頻率下具有零阻抗的帶通濾波器。

　　當頻率低于諧振頻率f0時，XC遠大于XL，電路呈容性;當工作頻率高于諧振頻率10時，XL遠大于XC，電路呈感性。當在工作頻率等于諧振頻率f0時，電流最大，電路只有電阻在工作。

關于串聯諧振電路

　　LC并聯電路電感和電容兩端的電壓相同V=VL=VC。流經并聯LC電路的總電流等于流經電感器的電流與流經電容器的電流之和I=IL+IC.

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　　在諧振條件下，當感抗(XL)等于容抗(XC)時，無功支路電流相等且相反。因此，它們彼此抵消，以使電路中的電流最小，在這種狀態下，總阻抗最大。LC并聯諧振電路的諧振頻率如下:

　　再來看一下諧振時候的電路阻抗Z。

　　把諧振頻率f0帶入到上面阻抗公式可以得到，阻抗呈無窮大，電路呈開路狀態。因此，并聯LC電路在與負載串聯時，將充當在諧振頻率處具有無限阻抗的帶阻濾波器。與負載并聯的并聯LC電路將用作帶阻濾波器。

　　當頻率低于諧振頻率f0時，XL遠大于XC，電路呈感性;當工作頻率高于諧振頻率f0時，XC遠大于XL，電路呈容性。當在工作頻率等于諧振頻率f0時，電流最小，阻抗最大。

　　LC諧振電路的其他應用

　　當然除了能夠改變回路阻抗以外，諧振電路在功放使用場景中還有其他的應用。例如我們可以進行濾波：

　　噪聲濾波

　　LC諧振利用其在諧振頻率下阻抗最小、非諧振頻率阻抗增大的特性，通過合理設置電感、電容參數，構建濾波網絡。該網絡可有效篩選特定頻率信號，抑制其他頻段干擾與諧波成分，實現對信號的波形整形與凈化，在信號處理中發揮選頻與濾波功能，保障輸出信號的純凈度與質量。

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　　帶阻濾波

　　還可以構成帶阻濾波器，利用其在諧振頻率f0下呈現高阻抗的特性，實現對特定頻率信號的抑制。當輸入信號流經LC并聯網絡時，若頻率等于f0，電感L和電容C的并聯組合因發生諧振，阻抗達到最大值且呈純電阻性，此時信號難以通過該網絡，相當于被“阻斷"；而對于偏離f0的其他頻率信號，LC網絡的阻抗迅速減小，信號得以順利通過。通過調整電感L和電容C的參數，可精準設定需抑制的頻率，最終實現有效濾除目標干擾頻率、凈化信號的效果。