วงจร LCR ทำงานอย่างไร

วงจร LCR หรือที่รู้จักกันในชื่อวงจรเรโซแนนซ์ วงจรปรับ หรือวงจร RLC เป็นวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำ (L) ตัวเก็บประจุ (C) และตัวต้านทาน (R) ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือขนาน วงจรเหล่านี้เป็นพื้นฐานของอุปกรณ์และระบบอิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด โดยมีบทบาทสำคัญในการใช้งานต่างๆ เช่น การปรับคลื่นวิทยุ การกรองสัญญาณ และการแก้ไขตัวประกอบกำลัง ในฐานะซัพพลายเออร์ LCR ฉันมักถูกถามเกี่ยวกับการทำงานของวงจรเหล่านี้ และในบล็อกโพสต์นี้ ฉันจะให้คำอธิบายโดยละเอียด

ส่วนประกอบพื้นฐานของวงจร LCR

ก่อนที่จะเจาะลึกวิธีการทำงานของวงจร LCR สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจส่วนประกอบพื้นฐานที่ประกอบเป็นวงจร:

• ตัวเหนี่ยวนำ (L): ตัวเหนี่ยวนำเป็นส่วนประกอบไฟฟ้าสองขั้วแบบพาสซีฟที่เก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็กเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ความเหนี่ยวนำซึ่งวัดเป็นเฮนรีส์ (H) เป็นตัวกำหนดจำนวนสนามแม่เหล็กที่ถูกสร้างขึ้นสำหรับกระแสไฟฟ้าที่กำหนด เมื่อกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำเปลี่ยนแปลง มันจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ที่ต้านการเปลี่ยนแปลงของกระแส ตามกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์

• ตัวเก็บประจุ (C): ตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบปลายสองขั้วแบบพาสซีฟอีกชนิดหนึ่งที่เก็บพลังงานไว้ในสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นสื่อกระแสไฟฟ้าสองแผ่นที่คั่นด้วยวัสดุฉนวน ความจุที่วัดเป็นฟารัด (F) บ่งบอกถึงความสามารถของตัวเก็บประจุในการเก็บประจุ เมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุ มันจะชาร์จเพิ่มขึ้น และเมื่อถอดแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าออก ก็จะสามารถคายประจุพลังงานที่เก็บไว้ได้

• ตัวต้านทาน (R): ตัวต้านทานเป็นส่วนประกอบแบบพาสซีฟที่จำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร ความต้านทานที่วัดเป็นโอห์ม (Ω) จะกำหนดปริมาณกระแสที่จะไหลสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดตามกฎของโอห์ม (V = IR) ตัวต้านทานจะกระจายพลังงานไฟฟ้าในรูปของความร้อน

วงจร LCR ซีรีส์

ในวงจร LCR แบบอนุกรม ตัวเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุ และตัวต้านทานจะเชื่อมต่อกันตั้งแต่ต้นจนจบ ดังนั้นกระแสเดียวกันจึงไหลผ่านทั้งสามองค์ประกอบ มาวิเคราะห์พฤติกรรมของวงจร LCR แบบอนุกรมเมื่อใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)

ความต้านทาน (Z) ของวงจร LCR อนุกรมได้มาจากสูตร:

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

โดยที่ (X_{L}=\omega L) คือรีแอกแทนซ์แบบเหนี่ยวนำ (X_{C}=\frac{1}{\omega C}) คือรีแอกแทนซ์แบบเก็บประจุ (\omega = 2\pi f) คือความถี่เชิงมุมของแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (f) คือความถี่ (L) คือตัวเหนี่ยวนำ และ (C) คือความจุ

รีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำ (X_{L}) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ (f) และความเหนี่ยวนำ (L) เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น (X_{L}) จะเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าตัวเหนี่ยวนำจะให้การต่อต้านการไหลของกระแสมากขึ้น ในทางกลับกัน รีแอคแตนซ์แบบคาปาซิทีฟ (X_{C}) จะแปรผกผันกับความถี่ (f) และความจุ (C) เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น (X_{C}) จะลดลง ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงต้านทานกระแสไฟฟ้าได้น้อยลง

มุมเฟส (\varphi) ระหว่างแรงดันและกระแสในวงจร LCR แบบอนุกรมได้มาจาก:

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

ถ้า (X_{L}>X_{C}) วงจรเป็นแบบอุปนัย และแรงดันไฟฟ้านำไปสู่กระแสไฟฟ้า ถ้า (X_{L}<X_{C}) วงจรเป็นแบบคาปาซิทีฟ และกระแสไฟฟ้านำไปสู่แรงดันไฟฟ้า เมื่อ (X_{L} = X_{C}) วงจรอยู่ในสภาวะเรโซแนนซ์ และอิมพีแดนซ์ (Z = R) อยู่ที่ค่าต่ำสุด ที่เรโซแนนซ์ กระแสไฟฟ้าในวงจรถึงค่าสูงสุด และความถี่ที่เกิดขึ้นเรียกว่าความถี่เรโซแนนซ์ (f_{0}) ซึ่งกำหนดโดย:

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

วงจร LCR แบบขนาน

ในวงจร LCR แบบขนาน ตัวเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุ และตัวต้านทานจะเชื่อมต่อผ่านแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน ค่าอนุญาตรวม (Y) ของวงจร LCR แบบขนานกำหนดโดย:

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

โดยที่ (G=\frac{1}{R}) คือสื่อกระแสไฟฟ้า (B_{L}=\frac{1}{X_{L}}=\frac{1}{\omega L}) คือความไวต่ออุปนัย และ (B_{C}=\omega C) คือความไวต่อประจุ

อิมพีแดนซ์ (Z=\frac{1}{Y}) เช่นเดียวกับวงจรอนุกรม วงจร LCR แบบขนานก็มีความถี่เรโซแนนซ์เช่นกัน ที่เสียงสะท้อนในวงจร LCR แบบขนาน ความไวของอุปนัยและตัวเก็บประจุจะหักล้างกัน ((B_{L}=B_{C})) และอิมพีแดนซ์จะถึงค่าสูงสุด

การประยุกต์วงจร LCR

วงจร LCR มีการใช้งานที่หลากหลายในด้านอิเล็กทรอนิกส์และวิศวกรรมไฟฟ้า:

• การปรับวิทยุ: ในเครื่องรับวิทยุ วงจร LCR ใช้ในการจูนสถานีวิทยุต่างๆ โดยการปรับความจุหรือตัวเหนี่ยวนำของวงจร ความถี่เรโซแนนซ์สามารถเปลี่ยนให้ตรงกับความถี่ของสัญญาณวิทยุที่ต้องการได้ ซึ่งจะทำให้เครื่องรับสามารถเลือกสถานีที่ต้องการได้ในขณะที่ปฏิเสธสถานีอื่น

• การกรองสัญญาณ: วงจร LCR สามารถใช้เป็นตัวกรองเพื่อแยกความถี่ที่แตกต่างกันในสัญญาณได้ ตัวอย่างเช่น ตัวกรองความถี่ต่ำผ่านช่วยให้สัญญาณความถี่ต่ำผ่านได้ในขณะที่ลดทอนสัญญาณความถี่สูง และตัวกรองความถี่สูงผ่านจะทำตรงกันข้าม ตัวกรองแบนด์พาสและแบนด์สต็อปยังสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้วงจร LCR เพื่อเลือกหรือปฏิเสธช่วงความถี่เฉพาะ

• การแก้ไขตัวประกอบกำลัง: ในระบบกำลังไฟฟ้า วงจร LCR ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงตัวประกอบกำลัง การเพิ่มตัวเก็บประจุขนานกับโหลดอุปนัยจะทำให้กำลังรีแอกทีฟลดลง ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้าและลดการสูญเสียพลังงาน

การวัดพารามิเตอร์ LCR

ในการออกแบบและวิเคราะห์วงจร LCR อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องวัดค่าความเหนี่ยวนำ ความจุไฟฟ้า และความต้านทาน ในฐานะซัพพลายเออร์ LCR เราขอเสนอมิเตอร์ LCR คุณภาพสูงหลายประเภทเพื่อจุดประสงค์นี้ ตัวอย่างเช่นมิเตอร์ LCR Agilent 4287A, 1 MHz - 3 GHzเหมาะสำหรับการวัดส่วนประกอบที่ความถี่สูงในขณะที่มิเตอร์ LCR แบบ Agilent 4285A, 75 KHz - 30 MHzเหมาะสำหรับการใช้งานความถี่กลาง ที่E4982A มิเตอร์ LCR Agilent, 1 MHz ถึง 300 MHz / 500 MHz / 1 GHz / 3 GHzให้ช่วงความถี่ที่กว้างและมีความแม่นยำสูงเพื่อการวัดที่แม่นยำ

ติดต่อจัดซื้อจัดจ้าง

หากคุณต้องการส่วนประกอบ LCR หรือมิเตอร์ LCR สำหรับโครงการของคุณ เราพร้อมให้ความช่วยเหลือคุณ ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถให้ข้อมูลผลิตภัณฑ์โดยละเอียด การสนับสนุนด้านเทคนิค และช่วยคุณเลือกผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมสำหรับความต้องการเฉพาะของคุณ ไม่ว่าคุณจะทำงานในโครงการอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กหรืองานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เรามีโซลูชันที่คุณต้องการ โปรดติดต่อเราเพื่อเริ่มการสนทนาเรื่องการจัดซื้อจัดจ้าง

อ้างอิง

• Boylestad, RL, & Nashelsky, L. (2012) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และทฤษฎีวงจร เพียร์สัน.
• ดอร์ฟ อาร์ซี และสโวโบดา เจเอ (2011) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้า ไวลีย์.
• นิลส์สัน เจดับบลิว และรีเดล SA (2015) วงจรไฟฟ้า. เพียร์สัน.