免費LC諧振頻率計算器(電感-電容諧振電路)

免費計算由電感(L)和電容(C)組成的LC諧振電路的諧振頻率。可根據其中兩個值求解諧振頻率、電感或電容中的任意一個,並同時求出特性阻抗。

LC諧振電路是什麼

由電感(L)和電容(C)組成的電路,會在某個特定頻率下讓電流最容易通過,或者依接法在該頻率上最難通過。這個頻率就是諧振頻率,可用湯姆遜公式 f = 1 / (2π√(LC)) 求得。只需輸入頻率、電感、電容中的任意兩項,本工具即可算出第三項,並同時顯示特性阻抗。

計算結果是假設元件理想的理論值。實際電路中線圈存在繞線電阻、電容存在等效串聯電阻(ESR)等寄生成分,因此實測的諧振頻率通常會與理論值略有偏差。電感單位可選H、mH、µH、nH,電容單位可選pF、nF、µF、mF,可直接依元件上標註的數值輸入,無需手動換算。

LC諧振頻率的計算步驟

  1. 選擇要計算的值 指定要求解諧振頻率、電感還是電容,選定後對應的輸入欄會自動隱藏。
  2. 輸入已知的兩個值 可直接依元件上標註的數值輸入,單位為選擇式,保持µH或pF原樣輸入即可。
  3. 查看結果與特性阻抗 除計算結果外,還會顯示特性阻抗,可作為評估阻抗匹配時的參考。

用好本工具的小技巧

  • 切換"要計算的值",即可根據另外兩個值反推諧振頻率、電感或電容,方便快速求出收音機調諧電路或濾波器設計所需的數值。
  • 實際電路中存線上圈繞線電阻、電容的等效串聯電阻(ESR)等寄生成分,因此實測諧振頻率可能與理想公式的計算結果略有偏差。
  • 特性阻抗(Z₀)在設計射頻濾波器或天線匹配網路時,是判斷與負載阻抗匹配程度的重要參考值。
  • 單位可從 H/mH/µH/nH、F/mF/µF/nF/pF、Hz/kHz/MHz/GHz 中選擇,可直接輸入元件上標註的數值(例如100µH、220pF)。

LC諧振計算的應用場景

設計接收電路的調諧

可反推出對準目標廣播頻率所需的電感和電容值,也可用於確定可變電容的調節範圍。

確定濾波器元件值

根據希望通過的頻段與希望截止的頻段的分界,求出所需的元件值,有助於抗噪電路的設計。

檢查現有元件是否可用

輸入手邊已有的電感和電容值,即可知道它們在哪個頻率發生諧振,方便在購買新元件前先做評估。

核對理論值與實測值的偏差

先算出理論值,再與實測結果比較,即可估算寄生成分對電路的影響程度。

LC諧振電路術語

電感
表示線圈阻礙電流變化程度的物理量。單位為亨利(H),實用電路中常用µH或mH。
電容
表示電容器能夠儲存電荷多少的物理量。單位為法拉(F),實際元件多在pF或µF範圍。
諧振頻率
電感和電容的電抗相互抵消的頻率。在這一點上,電路的響應達到最大或最小。
特性阻抗
由L與C之比的平方根求得的值,用作與其他電路或負載匹配時的參考基準。
湯姆遜公式
用於求諧振頻率的公式,表示為 f = 1 / (2π√(LC))。頻率僅由L與C的乘積決定。
ESR(等效串聯電阻)
電容器所具有的微小電阻成分,會削弱諧振的銳度,是實測值與理論值產生偏差的原因之一。
品質因數(Q值)
表示諧振電路諧振尖銳程度及損耗大小的數值。Q值越高,諧振峰越窄,每個週期損耗的能量越少。
電抗
線圈或電容器對電流產生的、隨頻率變化的阻礙作用。諧振時,感抗與容抗大小相等、相互抵消。

常見問題

LC諧振電路廣泛應用於需要選擇性通過或抑制特定頻率的場合,例如收音機的選臺(調諧)電路、無線通訊濾波器和振盪器。早期收音機通過可變電容改變LC電路的諧振頻率,從而調諧到想收聽的電臺。

LC電路的角頻率為 ω = 1/√(LC),將其轉換為頻率 f = ω/(2π) 即得到 f = 1/(2π√(LC))。因該公式由威廉·湯姆遜(開爾文勳爵)於1853年發表,故稱為湯姆遜公式。

增大L或C都會降低諧振頻率。由於公式分母中含有L與C乘積的平方根,兩者呈反比關係,LC乘積越大頻率越低。

Z₀ = √(L/C) 表示LC電路交換能量時電壓與電流之比。在濾波器設計和射頻匹配中,常作為判斷與負載阻抗匹配程度的基準值。
工具君

閒話 ― LC諧振電路與收音機的歷史

LC諧振電路的原理確立於19世紀後期,支撐了20世紀初收音機廣播的實用化。早期收音機需要從天線接收到的微弱電波中,僅提取出想收聽的電臺頻率,方法是通過改變可變電容的電容值,使諧振頻率與目標電臺頻率一致,這一操作被稱為"調諧"。

公式冠名的威廉·湯姆遜(後來的開爾文勳爵)於1853年發表了電振盪電路理論,用數學公式解釋了LC電路在特定頻率下發生諧振的現象。這一公式至今仍被廣泛用於收音機與電視調諧器,以及無線收發電路、噪聲抑制濾波器、金屬探測器等眾多領域。

如今數字訊號處理與PLL(鎖相環)選臺方式已成為主流,但作為類比電路的LC諧振電路,至今仍是電子工程教學課程中最先講授的基礎內容之一,也是高頻電路設計的根基。