Aigtek科普：什么是LC谐振电路？它是如何帮助功率放大器发挥最大性能的？

相信很多工程师在使用功放时都会遇到一个问题，那就是：由于测试负载阻抗过大，功放的输出电流在需要的频率下无法达到需要的大小，功放的性能无法充分释放（这种情况在磁场测试等场景中尤为常见）。

那么如何解决这个问题呢？今天我们给大家介绍一种改变我们环路阻抗的方法，那就是LC谐振电路。什么是LC谐振电路？谐振电路，这是一种利用电感（L）和电容（C）在特定频率引起谐振的电路。谐振电路分为串联谐振电路和并联谐振电路两种。谐振时，串联谐振电路的阻抗最小，并联谐振电路的阻抗最大。

在此之前，我们先给大家介绍一下谐振频率。共振频率是物体或系统自然振动的自然频率。当从外部以该频率提供能量时，会发生称为“共振”的现象，从而系统的振动被放大。要深入理解这种现象，我们首先需要了解“自然振动”的概念。固有振动是指物体受到外界冲击后以其自身固有频率产生的固有振动。该频率由物体的形状、质量和弹性决定。无论外部冲击有多大，物体只会以这个频率振动。

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当共振频率发生共振时，系统非常有效地吸收和存储外部能量。在电路中，谐振频率是由电阻、电感和电容的组合决定的。当电路工作在这个谐振频率时，“电磁能”将在电感和电容之间有效传输，从而使整个电路中存储的能量最大化。

关于并联谐振电路首先我们看一下LC串联谐振电路。电感和电容串联如下图所示。

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电容器和电感器两端的电压之和是开路端子两端的总电阻之和v=vL+vC。 LC电路+Ve端的电流等于流经电感(L)和电容(C)的电流i=iL=iC。电感器的感抗与频率成正比，电容器的容抗与频率成反比。因此，当频率升高时，电感器的感抗XL增大，但电容器的容抗XC减小。

当频率达到一定值时，LC串联电路的感抗和容抗相等，发生谐振。

然后我们回到串联谐振回路的阻抗Z。看看Z 处于共振状态。

当电路工作在谐振频率f0时，根据上式，带入阻抗Z，可得Z=0。也就是说，在LC串联谐振电路中，感抗和容抗相互抵消，对外界呈现短路特性，电路中的电流最大。因此，串联LC 电路与负载串联时将充当谐振频率下阻抗为零的带通滤波器。

当频率低于谐振频率f0时，XC远大于XL，电路呈容性；当工作频率高于谐振频率10时，XL远大于XC，电路呈感性。当工作频率等于谐振频率f0时，电流最大，电路中只有电阻在工作。

关于串联谐振电路LC并联电路的电感和电容两端的电压相同v=vL=vC。流经LC并联电路的总电流等于流经电感的电流和流经电容的电流之和I=IL+IC。

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在谐振条件下，当感抗（XL）等于容抗（XC）时，无功支路电流大小相等且方向相反。因此，它们相互抵消，使得电路中的电流最小，并且在这种状态下总阻抗最大。 LC并联谐振电路的谐振频率如下：

我们来看看谐振时的电路阻抗Z。

将谐振频率f0代入上述阻抗公式，可得阻抗为无穷大，电路为开路。因此，并联LC 电路与负载串联时，将充当在谐振频率下具有无限阻抗的带阻滤波器。与负载并联的并联LC 电路将充当带阻滤波器。

当频率低于谐振频率f0时，XL远大于XC，电路呈感性；当工作频率高于谐振频率f0时，XC远大于XL，电路呈电容性。当工作频率等于谐振频率f0时，电流最小，阻抗最大。

LC谐振电路的其他应用当然，谐振电路除了改变环路阻抗之外，在功放使用场景中还有其他应用。例如我们可以过滤：

噪声滤波LC谐振利用其在谐振频率处阻抗最小、在非谐振频率处阻抗增大的特性。通过合理设置电感和电容参数，构建滤波网络。该网络可以有效筛选特定频率信号，抑制其他频段的干扰和谐波分量，实现信号的波形整形和净化，并在信号处理中起到选频和滤波功能，保证输出信号的纯度和质量。

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带阻滤波还可以组成带阻滤波器，利用其在谐振频率f0处的高阻抗特性来抑制特定频率的信号。当输入信号流经LC并联网络时，如果频率等于f0，则电感L和电容C的并联组合发生谐振，阻抗达到最大值，为纯阻性。这时信号很难通过网络，相当于被“堵住”了；对于偏离f0的其他频率信号，LC网络的阻抗迅速下降，信号可以顺利通过。通过调整电感L和电容C的参数，可以精确设定需要抑制的频率，最终达到有效滤除目标干扰频率、净化信号的效果。