LC-cirkvito (ankaŭ konata kiel LC-filtro aŭ LC-reto) estas difinita kiel elektra cirkvito konsistanta el la pasivaj cirkvitelementoj, nome induktoro (L) kaj kapacitoro (C), konektitaj unu kun la alia. Ĝi ankaŭ estas nomata resona cirkvito, rezervo-cirkvito, aŭ akordita cirkvito.
Pro la manko de rezisto en la ideala formo de la cirkvito, LC-cirkvito ne konsumas energion. Tio malsamas de la idealaj formoj de RC-cirkvitoj, RL-cirkvitoj, aŭ RLC-cirkvitoj, kiuj konsumas energion pro la prezento de rezisto.
Tamen, en praktika cirkvito, LC-cirkvito ĉiam konsumos iom da energio pro la nenula rezisto de la komponantoj kaj konektantaj dratoj.
La ŝargo fluas de unu flanko al la alia inter la platoj de la kondensatoro kaj tra la induktoro. La energio osciladas inter la kondensatoro kaj la induktoro ĝis la interna rezisto de la komponantoj kaj konektantaj dratoj faras ke la osciladoj forĉeas.
La ago de ĉi tiu cirkvito estas simila al harmonigita ago, matematike konata kiel harmona oscililo, kiu similas pendolon ŝvebantan de unu flanko al la alia aŭ akvon fluantan de unu flanko al la alia en rezervo; pro tio, la cirkvito nomiĝas harmonigita cirkvito aŭ rezervo cirkvito.
La cirkvito povas agi kiel elektra resonador kaj konservi energion osciladon je la frekvenco nomita resona frekvenco.
En la serioza LC-cirkvito, la induktoro kaj kondensatoro ambaŭ estas konektitaj en serio, kiel montrite en la figuro.
Ĉar en serioza cirkvito la korento estas la sama ĉie en la cirkvito, do la fluo de korento egalas la korenton tra ambaŭ la induktoro kaj la kondensatoro.
Nun la totala voltado ĉe la terminaloj egalas al la sumo de la voltado trans la kondensatoro kaj la voltado trans la induktoro.
Kiam frekvenco pligrandigas, ankaŭ la grandeco de la induktiva reaktanco pligrandigas.
kaj la grandeco de la kapacitiva reaktanco malpligrandigas.
Nun en rezonanca kondiĉo la grandeco de ambaŭ induktiva reaktanco kaj kapacita reaktanco iĝas egalaj.
Nun la impedanco de la serio LC-cirkvito estas donita per
Nun en rezonanca kondiĉo la grandeco de ambaŭ induktiva reaktanco kaj kapacita reaktanco iĝas egalaj.
Kie,
estas resona angula frekvenco (radianoj por sekundo).
Nun la angula resona frekvenco estas
, tiam la impedanco fariĝas
Do, en la rezonanta kondiĉo kiam
la totala elektra impedanco Z estos nul, signifante ke XL kaj XC anstataŭigas unu la alian. Tial, la forto de la serio LC cirkvito estas maksimuma (
).
Tial, la serio LC cirkvito, kiam ĝi estas konektita en serion kun la ŝarĝo, funkcios kiel bandopasebla filtro havanta nulan impedancon je la rezonanta frekvenco.
Je frekvenco sub rezonanca frekvenco t.e.
,
. Tial la cirkvo estas kapacitiva.
Je frekvenco super rezonanca frekvenco t.e.
,
. Tial la cirkvo estas induktiva.
Je rezonanca frekvenco t.e.
,
. la kurento estas maksimuma kaj impedanco estas minimuma. En ĉi tiu stato, la cirkvo povas agi kiel akceptanta cirkvo.
En la paralela LC-cirkvo, la induktoro kaj kondensatoro ambaŭ estas konektitaj paralele, kiel montrite en la figuro.
La tensio tra ĉiu terminalo de malsamaj elementoj en paralela cirkvito estas la sama. Tial la tensio tra la terminaloj egalas al la tensio tra la induktoro kaj la tensio tra la kondensatoro.
Nun la tuta kuranta fluo tra la paralela LC-cirkvito egalas al la sumo de la fluo tra la induktoro kaj la fluo tra la kondensatoro.
Je resona stato, kiam la indukta reakto (
) egalas al la kapacita reakto (
), la reaktiva branĉa fluo estas egala kaj kontraŭa. Tial, ili nuligas unu la alian por doni minimuman fluon en la cirkvito. En ĉi tiu stato la tuta impedanco estas maksimuma.
La rezona frekvenco estas donita per
Nun la Impedanco de la Paralela LC-cirkvito estas donita per
Nun la angula rezonanta frekvenco estas
, tiam la impedanco iĝas
Do tiala kondiĉo de rezonanco kiam
totala elektra impedanco Z estos malfinio kaj la kuranta forvico al paralela LC-cirkvito estas minimuma (
).
Tial la paralela LC-cirkvito, kiam ĝi estas konektita en serio kun la ŝarĝo, funkcios kiel filtro de bandostopado kun malfinia impedanco je la rezonanca frekvenco. La paralela LC-cirkvito konektita paralele kun la ŝarĝo funkcios kiel bandopasada filtro.
Je frekvenco sub la rezonanca frekvenco, nome f<f0, XL >> XC. Tial la cirkvito estas indukta.
Je frekvenco super la rezonanca frekvenco, nome f>f0, XC >> XL. Tial la cirkvito estas kapacita.
Je rezonanca frekvenco, nome f = f0, XL = XC, la kuranto estas minimuma kaj la impedanco estas maksimuma. En ĉi tiu stato, la cirkvito povas funkcii kiel regeca cirkvito.
Je komenca kondiĉo:
Je oscilado:
La LC cirkvito povas agi kiel elektra rezonadoro kaj stoki energion kiun ŝvebas inter la elektra kampo kaj la magnetkampo je frekvenco nomata kiel rezona frekvenco. Ĉar ajna oscilanta sistemo atingas stabilan kondiĉon post ioma tempo, sciata kiel agordotempo.
La tempo necesa por la respondo malkreski kaj fariĝi stabila je sia stabilvaloro kaj resti tiamaniere ene de +- 2% de sia fina valoro estas nomata kiel agordotempo.
Supozu
estas la momenta kurento fluanta tra la cirkvito. La voltpezo trans la induktoro esprimiĝas per la kurento
kaj la voltpezo trans la kapacitoro estas
, kie Q estas la ŝargo stokita sur la pozitiva plato de la kapacitoro.
Nun laŭ la leĝo de Kirchhoff pri tensio, la sumo de potencialaj faladoj tra diversaj komponantoj de fermita cirkvito egalas al nul.
Dividante la supran ekvacion per L kaj diferencigante ĝin relative al t, ni ricevas
Nun la kurento en simpla harmonia oscilado estas donita per:
Kie
kaj
estas konstantoj.
Metante la valoron de ekvacio (5) en (4) ni ricevas,
Do tiala ekvacio, ni povas diri ke la LC-cirkvo estas oscilanta cirkvo kaj ĝi oscilas je frekvenco nomata resona frekvenco.
Nun, laŭ ekvacio (3), la induktita VC tra induktoro estas minuso de la VC tra kondensatoro.
Metu la ekvacion de la kuranto el ekvacio (5), ni ricevas
Alivorte, la voltaĝo atingas sian maksimumon kiam la kuranto atingas nulon kaj inverse. La amplitudo de la voltaĝa oscilado estas la de la kuranta oscilado multiplikita per
.
La transfereca funkcio de la eniga voltaĝo al la voltaĝo trans la kondensatoro estas
Simile, la transforma funkcio de la eniga voltado al la voltado trans la induktoro estas
Supozu, ke la kondensatoro estas iniciala plene malŝargita kaj la ŝaltilo (K) estas malfermita dum tre longa tempo kaj ĝi estas fermita je t=0.
Je t=0– la ŝaltilo K estas malfermita
Ĉi tio estas komenca kondiĉo, do ni povas skribi,
Ĉar la fluo tra la induktoro kaj la voltado trans la kapacitoro ne povas ŝanĝiĝi instanta.
Por ĉiu t>=0+ la ŝaltilo K estas fermita
Nun la voltada fonto estas enkondukita en la cirkvito. Do, aplikante la leĝon de konstanta fluo al la cirkvito, ni ricevas,
Ĉi tie la voltado trans la kapacitoro estas esprimita per la fluo.
La supre menciita ekvacio estas nomata kiel integro-diferenciala ekvacio. Diferencigante ambaŭ flankojn de la supre menciita ekvacio kun respekto al t, ni ricevas,
Ekvacio (7) indikas duan ordon de diferenciala ekvacio de LC-cirkvito.
Anstataŭigu
per s2, ni ricevas,
Nun la radikoj de la supre mencita ekvacio estas
Ĉi tie
estas la natura frekvenco de oscilado.
Uzante la Impedancan Metodon: Ĝenerala ekvacio por frekvenca respondo de sistemo estas
Supozu ke la eliga voltado okazas trans la kapacitaj terminoj, apliku la regulo de potenciala divido al la supre montrita cirkvito
Kie,
Impedanco de la kondensatoro ![]()
Impedanco de la induktoro ![]()
Substituante ĝin en ekvacio (9), ni ricevas
Supozu ke la eliga tensio okazas trans la induktoro, apliku la regulon de potenciala divizilo al la supra cirkvo
Substituu la valoron de
kaj
en la supra ekvacio, ni ricevas
La ekvacio (10) kaj (12) montras la frekvencan respondon de L-C cirkvito en kompleksa formo.
La supra ekvacio estas nomita integro-diferenciala ekvacio. Ĉi tie la voltaĝo trans la kondensatoro estas esprimita per la fluo.
Nun, diferencialante la supran ekvacion ambaŭ flankojn kun respekto al t, ni ricevas,
La supra ekvacio indikas la dua-orda diferencialan ekvacion de LC-cirkvito.
Anstataŭigu
per s2, ni ricevas,
Nun,
do,
, metu ĝin en la supran ekvacion ni ricevas,
En LC-cirkvito la induktoro kaj la kondensatoro ambaŭ estas stokadaj elementoj, t.e. la induktoro stokas energion en sia magnetkampo (B), depende de la kuranta tra ĝi, kaj la kondensatoro stokas energion en la elektrkampo (E) inter siaj konduktantaj platoj, depende de la voltage trans ĝi.
Supozu ke komence, la kondensatoro enhavas ŝarĝon q, kaj do ĉiuj energio de la cirkvito komence estas stokita en la elektrkampo de la kondensatoro. La stokita energio en la kondensatoro estas
Se induktoro estas konektita tra ŝarĝita kondensilo, la voltaĵo trans la kondensilo kaŭzos fluon de elektra koranto tra la induktoro, kiu produktos magnetan kampon ĉirkaŭ la induktoro. La kondensilo komencas malŝarĝiĝi kaj la voltaĵo trans la kondensilo reduktiĝas al nul kiam la ŝarĝo estas uzata de la koranta fluo (
).
Nun la kondensilo estas tute malŝarĝita kaj ĉiuj energio estas konservita en la magnetan kamp de la induktoro. En ĉi tiu momento, la koranto estas je sia maksimuma valoro kaj la energio konservita en la induktoro estas donita per (
.
Pro la manko de rezistoro, ne estas disipita energio en la cirkvito. Do, la maksimuma energio konservita en la kondensilo egalas al la maksimuma energio konservita en la induktoro.
En ĉi tiu momento la konservita energio en la magnetan kamp ĉirkaŭ la induktoro induktas voltaĵon trans la spiro laŭ la farada leĝo de elektromagnetinda indukto (
). Ĉi tiu induktita voltaĵo kaŭzas korantan fluon tra la kondensilo kaj la kondensilo komencas reŝarĝiĝi kun voltaĵo de kontraŭa polaro.
Ĉi tiu procezo de ŝarĝiĝo kaj malŝarĝiĝo komenciĝos denove, kun la koranto fluanta en kontraŭa direkto tra la induktoro kiel antaŭe.
Do tio la ŝargado kaj malŝargado de la LC-cirkvito povas okazi cikle kaj la energio oscilas inter la kondensatoro kaj la induktoro ĝis la interna rezisto faras ke la osciloj forĉeas.
La figuro montras la ŝargadon kaj malŝargadon de la tensio kaj korantlinio.
La aplikoj de LC-Cirkvitoj inkluzivas:
La apliko de LC-cirkvitoj plejofte eniras en multajn elektronikajn aparatojn, specialigante radioekipaĵojn kiel transdoniloj, radioreceiviloj, TV-receiviloj, amplifikiloj, osciladoroj, filtroj, akordiloj kaj frekvencmixeroj.
LC-cirkvitoj estas ankaŭ uzitaj por produkti signalojn je specifa frekvenco aŭ akcepti signalon el pli kompleksa signalo je specifa frekvenco.
La ĉefa celo de LC-cirkvito estas kutime oscili kun minimuma amortigo, do la rezisto estas farita tiel malalta kiel eble.
Seria rezonanca cirkvito provizas tension magnifikadon.
Paralela rezonanca cirkvito provizas koranton magnifikadon.
Amortigo estas la malpligrandigo de la amplitudo de oscilo aŭ onda movado kun tempo. Resono estas la pligrandigo de la amplitudo kiam la amortigo malpliiĝas.
Deklaracio: Respektu la originalon, bonajn artikolojn valoras dividadi, se estas ŝtupo bonvolu kontaktu por forigo.