强制谐振子的解释

关键的外卖

• 理解什么是迫谐振子。

• 回顾电子学中受迫谐振子的例子。

• 阐明一个受迫谐振子在共振时的行为。

操场上的时光对我和儿子来说总是很有趣的，除了他选择荡秋千的时候。作为一个不怕死的人，我的儿子从不满足于缓慢而轻柔的动作。相反，他会用腿诱使秋千飞得越来越高，最终迫使我介入。

他能够用他的腿来增加摆动运动的振幅，这总是让我想起一个强迫谐振子。在这篇文章中，我们将看看什么是强迫谐波振荡以及它是如何在电子设计中使用的。

什么是强迫谐振子

推动秋千就是强迫振荡。

首先，让我们定义短语谐振子，因为它与基本力学有关。一个谐振子可以想象成在理想条件下自然摆动的钟摆。处于理想状态意味着钟摆不受任何重力或摩擦力的影响。在这种情况下，钟摆将继续以恒定振幅无限振荡。

在现实生活中，理想的谐振子并不存在，因为其他相互冲突的力确实存在;你得到的是一个阻尼振荡器。就像小孩荡秋千一样，阻尼振荡器受到摩擦力的作用，摩擦力逐渐减小振荡。最终，振荡器将停止振动，并处于怠速状态。

受迫谐振子是指受外力作用的阻尼谐振子。当外力作用在振荡器上时，它将经历一个瞬态状态，在这个状态下，振荡器将从它的固有频率移到外力的频率。

受迫谐波振荡可以用下式表示:

电子设计中的强迫谐振子

RLC电路是强迫谐振子的一个例子。

强迫谐波振荡的发生不仅局限于物理机制;同样的原理也适用于电子设计。RLC电路是电子学中强制谐振子的一个常见例子，由电阻、电感和电容组成。当电感或电容器储存了能量时，就会发生谐波振荡。当带电电容放电时，电流流向电感器。这导致电感器建立一个磁场，磁场最终会崩溃，将电流送回电容器。

电流在电感和电感之间来回流动的过程电容器谐波振荡。然而，电路中的电阻引起阻尼振荡。为了使连续振荡，RLC电路被连接到一个交流信号源，它变成一个强迫谐振子。

强迫谐振子与共振

当振荡器被迫以其固有频率振荡时，就会发生共振。

处于强迫振荡意味着一个外力作用于一个振荡系统。它不能保证系统会以更高的振幅振荡。就像在荡秋千的例子一样，只有在适当的时候抽你的腿才能使秋千荡得更高。

施加的力的频率是决定系统振荡响应的关键。在特定的频率下，系统将以其峰值振幅振荡。振荡器以最大振幅响应的频率称为共振频率．当施加的力与振荡器的共振频率相匹配时，就称为共振。

在RLC电路中，谐振频率可由下式得到。

RLC电路在共振时会产生峰值频率响应。它的阻抗将是纯电阻因为容抗和感抗的大小相同但相反。对于一个系列RLC电路，则阻抗在共振处为最小值，而并联RLC电路则相反。

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