諧振頻率計算器
依電感、電容與電阻,求得LC諧振頻率、串聯RLC品質因數及頻寬。
LC與串聯RLC分析
以SI單位輸入電感與電容。加入串聯電阻即可計算品質因數及頻寬。
關於諧振頻率
當電路中的感抗與容抗大小相等時,就會發生電諧振。在該頻率下,能量在電感的磁場與電容的電場之間反覆交換。理想LC網路可無限維持這種交換,但實際電路都會因電阻、介電損耗、輻射及磁芯損耗而耗散能量。諧振頻率計算器提供理想LC頻率;輸入串聯電阻後,還能提供反映串聯RLC阻尼及選擇性的實用指標。
標準諧振公式為:1除以2π與電感、電容乘積平方根的乘積。電感必須以亨利輸入,電容以法拉輸入,結果為赫茲。增加任一元件值,諧振頻率都會依平方根的反比關係降低。例如,電容增加為四倍時,諧振頻率會減半。設計者可利用此關係,調整任一元件來調諧振盪器及濾波器,同時考量可用的標準值與元件公差。
串聯RLC電路的品質因數等於電感與電容之比的平方根,再除以串聯電阻。高品質因數代表低阻尼、尖銳響應及窄頻寬。近似半功率頻寬等於諧振頻率除以品質因數。電阻欄位應包含電感繞組電阻、訊號源電阻、外加電阻與其他等效串聯損耗。電阻留白仍可求得理想諧振頻率,但不會顯示品質因數與頻寬。
諧振電路常見於收音機調諧器、阻抗匹配網路、振盪器、感應系統、感測器、無線電力傳輸及音訊分音器。射頻設計常使用微亨、奈亨、皮法及奈法,輸入前請先換算為SI基本單位。一微亨為0.000001亨利,一奈法為0.000000001法拉。微小的換算錯誤也可能讓結果相差數個數量級。
公式假設元件為集總線性元件,且採用簡單的串聯損耗模型。在高頻下,引線電感、電容等效串聯電阻、自電容、電路板佈局及傳輸線效應可能主導電路行為。元件也有公差與溫度係數,因此製成的電路會涵蓋一段諧振頻率範圍,而非單一精確值。請將結果作為分析起點,確認元件自諧振頻率、建立寄生參數模型,並在精密調諧或安全至關重要時量測完成的網路。
諧振頻率範例
| 電路參數 | 計算響應 | 應用情境 |
|---|---|---|
| 1 mH, 1 µF, 10 ohms | 5,032.921 Hz; Q 3.162 | 串聯RLC範例。 |
| 10 mH, 0.1 µF | 5,032.921 Hz | LC值不同,但乘積相同。 |
| 100 µH, 100 pF | 1.591549 MHz | 射頻諧振槽路。 |
如何計算諧振
- 將電感換算為亨利並輸入。
- 將電容換算為法拉並輸入。
- 可選填以歐姆為單位的總串聯電阻。
- 選取「計算諧振」,查看頻率、品質因數與頻寬。
諧振頻率常見問題
LC諧振時會發生什麼事?
感抗與容抗大小相等、符號相反。在輸入端,兩者的電抗效應互相抵銷,能量則持續在兩個元件間交換。
電阻會改變諧振頻率嗎?
較小的串聯電阻對常用理想諧振公式影響很小。強阻尼可能使最大響應的頻率偏移,因此低品質因數電路宜採用更詳細的模型。
品質因數代表什麼?
品質因數比較儲存能量與每週期損失的能量,描述諧振的尖銳程度。數值較大通常表示響應較窄、選擇性較高。
為什麼量測頻率不同?
實際電感及電容具有公差、寄生電抗和隨頻率變化的損耗。配線、探棒、鄰近物體及電路板幾何結構也會改變元件的有效值。
可以直接輸入微亨或奈法嗎?
欄位接受亨利與法拉,因此必須先換算單位前綴。請仔細確認小數位數,或使用瀏覽器支援的科學記號。