对电容耦合的谐振回路的属性的实验与认识

changwanren

        对电容耦合的谐振回路的属性的实验与认识
   在中放电路中双调谐要比单调谐具有较宽的通频带和较高的矩形系数，有关材料上介绍双调谐的幅频特性是由两个谐振回路的并联谐振和串联谐振的特性形成的，但在热端的电容耦合是串联谐振难于理解。
   为了研究电容耦合的谐振回路是否具有串联谐振属性，做了如下实验，见电路图：

    从电路图中看，把其他元件视为电源部分，只看可变电容和电感线圈，是并联谐振无疑，谐振时阻抗最大，1KΩ上的电压U2应为最小。但实验结果是谐振时1KΩ上的电压U2最大。具有串联谐振阻抗最小的属性。
如何解释此问题，若把耦合电容18p拿过来，视为谐振电路中的一部分，同时没有365p的电容，是串联谐振没有争议，若把365p的电容和电感视为是一个电感，于18p电容组成串联谐振应该也没有争议，问题是有这种可能吗？查一下相关资料，感觉有这种可能，在并联谐振中，若信号源频率低于谐振频率且接近并联谐振频率时，其阻抗呈感性，且感抗要比电感线圈单独产生的感抗大得多，这就能解释通了。
测量结果见下图



      图中绿色为加在谐振电路上的电压U1，黄色为1KΩ两端电压U2，调整可变使1KΩ两端电压最大，当信号源频率为600KHz时，加在谐振电路上的电压为627毫伏，1KΩ两端电压为373毫伏，计算得到谐振回路谐振时阻抗为670欧姆。
当信号源频率为900KHz时，加在谐振电路上的电压为578毫伏，1KΩ两端电压为493毫伏，计算得到谐振回路谐振时阻抗为172欧姆。
从测量的数据看，是串联谐振的属性，但谐振时的阻抗要比实际只有一只电容和电感串联大得多，其谐振阻抗随耦合度（耦合电容增大，使两电容的比值减小）的增大而减小。
    实验装置：

bobby_jack

changwanren 发表于 2025-1-9 16:26
实验测量了这么多，总结一下自我通过实验测量得到的认识：
   从扫频的结果上看，对于给18p耦合电容加上信 ...

对不起，对这结论我有不同看法。
到底是串还是并应该由参与谐振的电容与电感的连接方式来定，与信号接入方式（电感偶合，电容偶合，或加隔离电阻的直接偶合）。如果此点是正确的话，那在分折时首先需排除可能对测试结果产生影响的所有不必要因素。我想在你的电路中就是需去除那只18P的"偶合电容"。众所周知除了提供信号通路外，它还可能参与谐振，或形成分压，影响相位等，最终使测试结果偏移。就从你的二张图中也可以看到，U1与U2的峰谷并不在同一个频率上。
所以我建议，如果单纯考虑LC的谐振，则去掉18P。如果想知道双调谐电路的特性，则在18P前再加上一级LC回路。
供参考。

乙猪

谐振曲线比串并联判定更重要。

changwanren

     我对将耦合电容视为谐振回路的一部分，其属性为串联谐振的理论解释，有坛友说，加在LC两端的电压是从外部加入的，从连接方式上看，就是并联谐振无疑，但有仿真软件的朋友仿真一下，其谐振峰值点不在计算的LC的谐振数值上，要比计算的频率偏低一些。
     只看LC是并联谐振无疑，但算上耦合电容就不是并联谐振了，他的属性通过实验已经的出来了。
     LC的并联谐振的感抗与容抗随频率变化见下图

    当信号源的频率稍低于并联的谐振频率时，有一个感抗变化非常大的区域，这个感抗要比线圈单独使用的感抗大得多，当扫频的频率早某点是耦合电容的容抗等于感抗时，在线圈上会得到最大的电压峰值，由于是串联谐振，峰值电压就有高出信号源电压的可能。

北极兵

谐振，是信号源与LC网络在频率与阻抗两方面的协调。要求频率相等且阻抗匹配。我在前面回贴中说信号源内阻约1K，它不高也不低，收音机调谐回路是Q值较高的LC回路，并联谐振时阻抗很高求高内阻信号源与之形成阻抗匹配，串联谐振时内阻仅2～3欧姆，耍求低内阻信号源才能形成阻抗匹配。Q值是LC网络固有特性，实验中若发现其表现不佳一定是没达到阻抗匹配条件。因此，应根据实验情况，选择内阻合适的信号源。高频电路，阻抗匹配更重要。

bobby_jack

changwanren 发表于 2025-1-9 10:58
又一个实验结果：
实验电路图

我认为这很容易解释:
U2在谐振点最大，而U2是几乎所有人需要使用的，那LC回路就是并联的，从中可以推断出磁性天线中周等都是并联谐振回路。
除非有人需要用U1，否则就没有必要再去分串并联问题。
当然了，没能解释清U1是个遗憾。这里是否可以用牛顿的观点？他承认连他自已也不清楚万有引力从何而来，但在所有的观察中它都在起作用。对他来说这足够了。
个人观点，仅供参考。

changwanren

北极兵 发表于 2025-1-9 10:25
在基础电磁学范畴内，目前不存在未解之迷。
1楼的实验电路，用其等效电路分析一目了然：

串联谐振与并联谐振是对信号源的连接方式来定义的是一种理解，谐振时对信号源称高阻或低阻是又一种理解。把信号源给等效掉了，只能说是一个谐振电路，既无法判断并联谐振还是串联谐振。

changwanren

又一个实验结果：
实验电路图

扫频如图接法测得两端电压U1

结果是在谐振点上测得电压最低
扫频如图接法测得两端电压U2

比较两图，在谐振点上，给耦合电容加上最低的电压，但在线圈两端且得到了最高电压，并且高出加在耦合上的电压很多倍。
若采用电阻耦合，没有线圈两端电压高出加在电阻两端的电压的现象。

北极兵

在基础电磁学范畴内，目前不存在未解之迷。
1楼的实验电路，用其等效电路分析一目了然：

显然耦合电容是谐振回路的一部分，但18pF容量过大，降低了LC的谐振频率，1K取样电阻应视为信号源内阻，加上信号源输出内阻约1K共2K。

changwanren

    再看一下进一步实验的结果，去掉耦合电容，将信号源直接连在LC谐振回路的一端，扫频跟谐振回路串联的1K电阻两端的电压，扫频范围500—700KHz，在电阻上得到了电压最小的极值，在电压最小的极值的频率点上谐振回路的阻抗最大，是并联谐振。

   将谐振回路链接一只18p耦合电容，扫频与谐振回路串联的1K电阻两端电压，结果如下

   从结果上看，电压最大极值明显，在电压最大的极值点上对应的频率，说明此时谐振回路的谐振阻抗最小，为串联谐振，但也有一个电压最小的极值点，只是很不显著。
   将谐振回路链接一只5p耦合电容，扫频与谐振回路串联的1k电阻两端电压，结果如下

  从结果上看，电压最大极值明显，在电压最大的极值点上对应的频率，说明此时谐振回路的谐振阻抗最小，为串联谐振，但也有一个电压最小的极值点，且比耦合电容为18p显著多了。

changwanren

    一个无争议的纯串联电路实验结果，将信号源输出对地连接一个10欧姆电阻，当电容、电感、扫频电阻串联后接到信号源，扫频电阻为100欧姆时，在电阻上的扫频电压幅频特性见下图：

  实验结果，有电压最大极值，当电压最大时，通过电阻的电流最大，说明此时LC的阻抗最小，为串联谐振属性。
扫频电阻为1k欧姆时，见下图

  

changwanren

   实验信号源简图，信号由0.1瓷片电容耦合输出。

K66

我用软件仿真也得到类似的结果.
当信源频率略低于LC谐振频率时, 在LC两端才能得到超过信源的最大电压

zzfjct

从谐振阻抗数值看，不是并联谐振状态也不是串联谐振状态，但电路形式是并联谐振无疑。
原因可能是这样的：当调整过程接近谐振状态时，电路相当于一个谐振阻抗调节器（接近谐振点阻抗变大，偏离谐振点阻抗变小），当调整中的谐振阻抗等于信号源内阻时，谐振回路将获得最大功率（达到阻抗匹配），所以这时1K的电压最高。
串联谐振阻抗不可能达到信号源内阻的数值。
顺便提下，18p的耦合电容容量太大，谐振电路会产生严重的双峰，边峰偏离中心频率很大，调谐过程中遇到任一个边峰都可能发生上述现象。

bobby_jack

电路仍属并联谐振。其中18P与1K相串联，构成一只Q值不高的电容（取名18PK），与365P并联后成为回路的谐振电容（假定信号源内阻不大）。
因此，越是接近谐振点，18PK二端的电压就越高。因为在同一频率下，18P的容抗是不变的，与1K电阻相串联后双方取得的分压比是固定的。因此，当18PK二端电压高时，1K电阻上的电压也会上升。
从表面上来看，这好象符合串联谐振特性，但事实上仍是并联。

11vdsl

谐振时，365P电容的电压=U1+U2+18P电容的电压。

changwanren

      看了前面几位坛友的自我认识，电容耦合随频率的阻抗变化，在某个频率点上与其感容串联的电阻有电压最大值，说明此时通过电阻的电流最大，连接信号源的总阻抗最小，这是事实。阻抗随频率变换一定时电容、电感引起的。
     在认知上不认可耦合电容和LC的组成谐振电路对某频率有串联谐振属性的坛友，并解释了由其他因素引起阻抗变小，在坛友各自的认知中，有些问题会使坛友从新认识 ，但有些问题不管讨论多少回合，都无法改变各自的认知。
     欢迎坛友发表各自的认识。

zzfjct

从2楼的电路看，信号源内阻仅1K，加上串联的18p电容的容抗9.82K（900KHz时），信号源等效内阻仅10.82K，属低阻抗信号源。右侧谐振回路的空载谐振阻抗61K（900KHz/Qo=100时），总谐振阻抗为10.82K//61K=9.19K，Qe值仅15.1。
由于信号源内阻1K及串联电阻1K的存在，18p电容并联于365p可变电容的假设不成立。由于Qe值仅15.1，4楼推测的双峰会比较平缓，也更容易发生4楼所述的阻抗匹配结果。
串联谐振不可能有数百欧的谐振阻抗。

changwanren

bobby_jack 发表于 2025-1-9 13:03
我认为这很容易解释:
U2在谐振点最大，而U2是几乎所有人需要使用的，那LC回路就是并联的，从中可以推断 ...

    关注U1对双中周调谐的幅频特性的理解是非常有用的，因为双中周的幅频特性是由两中周的并联谐振—串联谐振的特性产生的。U1的电压等于18P电容两端的电压减去电感两端的电压U2再加上两个电容和一个电感的阻性总阻抗的电压，因阻性阻抗有趋附效应并不等于直流电阻。若把18p视为谐振电路的一部分，且是串联谐振，对解释双中周的幅频特性就讲得通了，若判断是并联谐振，就无法解释热端小电容耦合的双中周幅频特性了。
    在串联谐振电路中，电感或电容两端的电压在谐振点时也是最大且可以高出信号源输入电压，所以U2在谐振点时最大的特性，无法判断串并联。