强迫谐振子的解释

关键的外卖

• 理解什么是强制谐振子。

• 复习电子学中强迫谐振子的例子。

• 阐明一个受迫谐振子在共振时的行为。

对我和儿子来说，游乐场总是很有趣，除了他喜欢玩秋千。作为一个胆大妄为的人，我的儿子从不满足于缓慢而轻柔的动作。相反，他会用腿引导秋千飞得越来越高，最终迫使我去干预。

他用双腿增加摆动幅度的能力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振振荡，以及它如何在电子设计中使用。

什么是强制谐振子

推动摆动是强迫振荡。

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一个在理想条件下自然摆动的钟摆。在理想状态下，钟摆不受任何重力或摩擦力的影响。在这种情况下，钟摆将继续以恒定的振幅无限振荡。

在现实生活中，理想谐振子并不存在，因为存在其他相互冲突的力;你得到的是一个阻尼振荡器。就像孩子在秋千上玩耍一样，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空闲状态。

强制谐振子是指受外力作用的阻尼谐振子。当外力作用于振荡器时，它将经历一个瞬态，其中振荡器将从其固有频率转移到施加力的频率。

强迫谐波振荡可表示为:

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限于物理机制;同样的原则也适用于电子设计。RLC电路是电子学中强制谐振子的常见例子，由电阻器、电感器和电容器组成。谐振振荡发生时，电感或电容器有储存能量。当带电电容器放电时，电流流向电感器。这导致电感建立一个磁场，最终将崩溃发送电流回电容器。

电流在电感器和电感器之间来回流动的过程电容器是谐波振荡。然而，电路中的电阻会引起阻尼振荡。为了使持续振荡，RLC电路连接到一个交流信号源，将其变成一个强制谐振子。

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。

处于强迫振荡状态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。就像在秋千上一样，只有在适当的时候摆动你的腿才能把秋千荡得更高。

施加的力的频率在决定系统的振荡响应中是至关重要的。在特定的频率下，系统将以其峰值振幅振荡。振子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谐振频率相匹配时，就称为共振。

在RLC电路中，谐振频率可由下式得到。

RLC电路在谐振时会产生峰值频率响应。它的阻抗是纯电阻因为电容电抗和感应电抗的大小相同，但大小相反。对于一个串联RLC电路，在谐振时阻抗将处于最小值，而对于并行RLC电路则相反。

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