مدار RLC سری (Series RLC Circuit)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit) را در آموزش زیر شرح دادیم :
مدار RLC سری (Series RLC Circuit) :
مدار RLC سری (Series RLC Circuit) مداری است که در آن مقاومت (R)، سلف (L) و خازن (C) همگی به صورت سری به یک منبع ولتاژ متصل شده اند. این یکی از مهم ترین مدارهای مرتبه دوم در مهندسی برق است. رفتار این مدار به شدت به فرکانس منبع تغذیه وابسته است و در فرکانس تشدید (Resonant Frequency) ویژگی های خاصی از خود نشان می دهد. فرکانس تشدید این مدار از رابطه زیر به دست می آید:
\[ f_0 = \frac{1}{2\pi \sqrt{LC}} \]در فرکانس تشدید، راکتانس القایی (
\[ X_L = 2\pi f L \]) و راکتانس خازنی (
\[ X_C = \frac{1}{2\pi f C} \]) با یکدیگر برابر شده و یکدیگر را خنثی می کنند. در نتیجه، امپدانس کل مدار به حداقل مقدار خود یعنی مقاومت اهمی (R) می رسد:
\[ Z_{min} = R \]در این حالت، جریان مدار به حداکثر مقدار خود می رسد. به همین دلیل به این پدیده، تشدید سری (Series Resonance) می گویند.
در فرکانس های پایین تر از تشدید،
\[ X_C > X_L \]و مدار رفتار خازنی دارد (جریان پیش فاز از ولتاژ). در فرکانس های بالاتر از تشدید،
\[ X_L > X_C \]و مدار رفتار القایی دارد (جریان پس فاز از ولتاژ). در فرکانس تشدید، ولتاژ دو سر سلف و خازن می توانند به طور قابل توجهی از ولتاژ منبع بیشتر شوند (اگر
\[ X_L = X_C > R \]باشد). این پدیده به نام "تشدید ولتاژ" (Voltage Resonance) شناخته می شود و می تواند خطرناک باشد.
کاربردهای مدار RLC سری:
⭐ فیلتر میان گذر (Band-Pass Filter): در فرکانس تشدید، جریان ماکزیمم است و در فرکانس های دور از تشدید، جریان کم است. بنابراین می توان از آن برای عبور یک باند فرکانسی خاص استفاده کرد.
⭐ مدارهای تنظیم شده (Tuned Circuits): در گیرنده های رادیویی برای انتخاب یک ایستگاه خاص.
⭐ فیلترهای میان نگذر (Band-Stop Filter): اگر ولتاژ خروجی را از دو سر سری R و L یا R و C بگیریم، می توان فیلتر میان نگذر طراحی کرد.
⭐ جبران سازهای توان راکتیو: در شبکه های قدرت برای کاهش راکتانس خطوط.
پارامتر مهم دیگر در این مدار، ضریب کیفیت (Quality Factor - Q) است که نسبت انرژی ذخیره شده به انرژی تلف شده در هر سیکل را نشان می دهد. برای مدار RLC سری،
\[ Q = \frac{X_L}{R} = \frac{1}{R}\sqrt{\frac{L}{C}} \]. هرچه Q بالاتر باشد، پیک تشدید تیزتر و پهنای باند کمتر است.
