电摆

电容器以电场的形式储存能量，并将储存的能量以电势形式表现出来：静态电压 .电感器以磁场的形式储存能量，并将储存的能量以电子运动的形式表现出来：电流 .

电容器和电感器是同一个反应性硬币的反面，以互补模式存储和释放能量。当这两种类型的无功元件直接连接在一起时，它们互补的储能趋势会产生不寻常的结果。

如果电容器或电感器开始处于充电状态，则这两个组件将在它们之间来回交换能量，从而产生自己的交流电压和电流循环。

如果我们假设两个组件都受到突然施加的电压（例如，来自暂时连接的电池的电压），电容器将很快充电，而电感器将阻止电流变化，使电容器处于充电状态，而电感器处于放电状态。

初始状态：

电容器充电：电压在 (+) 峰值；电感放电：零电流。

电容器将开始放电，其电压下降。同时，随着电路中电流的增加，电感器将开始以磁场的形式建立“电荷”。

电容放电：电压下降；电感充电：电流增加。

仍在充电的电感器将保持电流在电路中流动，直到电容器完全放电，在其两端留下零电压。

电容完全放电：零电压；电感充满电：最大电流。

即使没有施加电压，电感器也会保持电流流动。事实上，它会产生电压（就像电池一样）以保持电流方向相同。电容器作为该电流的接收者，将开始像以前一样积累相反极性的电荷。

电容充电：电压增加（极性相反）；电感放电：电流下降。

当电感最终耗尽其能量储备并且电子停止时，电容器将达到与启动时相反极性的全（电压）电荷。

电容器充满电：电压在 (-) 峰值；电感完全放电：零电流。

现在我们处于与我们开始时非常相似的条件：电容器处于完全充电状态，电路中的电流为零。电容器和以前一样，将开始通过电感器放电，导致电流增加（与以前相反）和电压下降，因为它耗尽了自己的能量储备。

电容放电：电压下降；电感充电：电流增加。

最终，电容器将放电至零伏，使电感器充满电，并以满电流流过它。

电容完全放电：零电压；电感器完全充电：(-) 峰值处的电流。

电感器希望将电流保持在同一方向，将再次充当电源，像电池一样产生电压以继续流动。这样做时，电容器将开始充电，电流将减小。

电容充电：电压增加；电感放电：电流下降。

最终电容器将再次充满电，因为电感器会消耗其所有的能量储备来维持电流。电压将再次处于正峰值，电流为零。这样就完成了一个完整的电容电感能量交换周期。

电容器充满电：电压在 (+) 峰值；电感完全放电：零电流。

由于电路中杂散电阻的功率损耗，这种振荡将继续以稳定的幅度减小，直到该过程完全停止。

总的来说，这种行为类似于钟摆的行为：当钟摆质量来回摆动时，能量会发生从动能（运动）到势能（高度）的转换，这与能量传递的方式类似在电容器/电感器电路中以电流（电子的运动运动）和电压（势能）的交流形式来回传递。

在钟摆每次摆动的峰值高度处，质量会短暂停止并转换方向。此时势能（高度）最大，动能（运动）为零。

当质量以另一种方式向后摆动时，它会迅速通过一个点，在这个点上，绳子笔直指向下方。此时，势能（高度）为零，动能（运动）最大。与电路一样，由于空气摩擦（阻力）耗散能量，钟摆的来回振荡将以稳定的衰减幅度继续。

与电路一样，钟摆的位置和速度测量值随时间跟踪两个正弦波（异相 90 度）。

钟摆在从低到高摆动时在动能和势能之间传递能量。

在物理学中，这种机械系统的自然正弦波振荡称为简谐运动 （通常缩写为“SHM”）。相同的基本原理支配着电容/电感电路的振荡和钟摆的作用，因此效果相似。

任何钟摆都有一个有趣的特性，即它的周期时间由承载质量的弦的长度决定，而不是质量本身的重量。这就是为什么钟摆会随着振幅的减小而以相同的频率摆动的原因。振荡率与数量无关 储存在其中的能量。

电容/电感电路也是如此。振荡速率严格取决于电容器和电感器的大小，而不取决于波中每个峰值处的电压（或电流）量。

这种电路以振荡电压和电流的形式储存能量的能力使其赢得了槽式电路的称号 .无论实际存储多少能量，它都保持单一固有频率的特性使其在电路设计中具有特殊意义。

然而，这种振荡的趋势，或共鸣 ，在特定频率下不限于专门为此目的设计的电路。事实上，几乎所有电容和电感组合的交流电路（通常称为“LC电路”）在交流电源频率接近固有频率时都会表现出异常效应。

无论电路的预期用途如何，都是如此。

如果电路的电源频率与电路的 LC 组合的固有频率完全匹配，则称该电路处于谐振状态 .在这种共振条件下，异常效应会达到最大。

因此，我们需要能够预测 L 和 C 的各种组合的谐振频率，并了解谐振的影响。

评论：

• 直接连接在一起的电容器和电感器形成称为槽路的东西 , 振荡（或共振 ) 在一个特定的频率。在该频率下，能量以彼此异相 90 度的交流电压和电流的形式在电容器和电感器之间交替混洗。
• 当交流电路的电源频率与由 L 和 C 组件设置的电路的自然振荡频率完全匹配时，谐振 将到达。

相关工作表：

• 无线电通信基础工作表
• 共振工作表