Если говорить просто:
· резонанс — это желательное и полезное явление, которое целенаправленно создается в цепи для выполнения конкретной задачи (например, фильтрация определенной частоты, настройка радиоприемника);
· паразитный резонанс — это нежелательное и вредное явление, которое возникает из-за неидеальности компонентов и монтажа. Он ухудшает работу устройства, вызывая помехи, перенапряжения и даже повреждения.
Детальное сравнение
Давайте разберем все по пунктам.
Обычный резонанс (целевой)
1. Природа возникновения
· создается намеренно с помощью специально подобранных элементов: катушки индуктивности (L) и конденсатора (C), соединенных определенным образом (последовательно или параллельно);
· пример: колебательный контур в радиоприемнике.
2. Частота
Имеет строго заданную резонансную частоту, которая рассчитывается по известной формуле Томсона: f = 1 / (2 * π * √(L * C)).
3. Влияние на работу схемы
Полезное, является основой работы многих устройств:
· селекция сигналов: настройка на нужную радиостанцию;
· фильтрация: выделение или подавление определенной полосы частот (ФНЧ, ФВЧ, полосовые и режекторные фильтры);
· генерация сигналов: создание стабильных колебаний в генераторах.
4. Контроль и проектирование
Инженер полностью контролирует параметры резонанса (частоту, добротность) и учитывает его при проектировании.
Паразитный резонанс
Проведите пальцами по любой своей аудиотехнике включенной в сеть - Вы почувствуете паразитную вибрацию.
1. Природа возникновения
Возникает непреднамеренно из-за паразитных (нежелательных) параметров реальных компонентов и монтажа:
· паразитная индуктивность: есть у любого проводника, особенно у выводов компонентов и длинных дорожек на плате, увеличивается с ростом частоты;
· паразитная емкость: существует между любыми двумя проводниками, разделенными диэлектриком (например, между витками катушки, между дорожками на плате, между слоями платы);
· эти паразитные элементы образуют непреднамеренные LC-цепи, которые входят в резонанс на определенных частотах.
2. Частота
· частота паразитного резонанса непредсказуема и трудно поддается расчету на этапе проектирования, так зависит от разброса компонентов и layout'а платы;
· часто проявляется на высоких частотах (ВЧ);
3. Влияние на работу схемы
Вредное, вызывает проблемы:
· неожиданные выбросы и колебания: в силовой электронике (например, в импульсных источниках питания) может приводить к перенапряжениям, которые разрушают ключевые транзисторы;
· помехи и искажения сигналов: ухудшает форму сигнала, приводит к появлению "звона" на фронтах импульсов;
· нестабильность: может вызвать самовозбуждение усилителей и других активных схем;
· ухудшение ЭМС (электромагнитной совместимости): схема начинает излучать или принимать помехи на паразитной резонансной частоте.
4. Контроль и проектирование
С паразитными резонансами не борются, а их подавляют и минимизируют:
· правильный монтаж (короткие выводы, минимальная длина проводников);
· использование компонентов для ВЧ-применений (чип-компоненты, SMD);
· применение демпфирующих цепей (снабберов) — резисторов, которые гасят колебания;
· тщательное проектирование топологии печатной платы (PCB layout).
Ключевые различия в таблице
Простой пример
Представьте себе качели (это наша цепь).
Обычный резонанс — это когда вы раскачиваете качели в такт их собственной частоте, чтобы достичь максимальной амплитуды. Это ваша цель.
Паразитный резонанс — это когда на качелях сидит ребенок, который непроизвольно дергает ногами точно в такт их качанию, из-за чего качели начинают раскачиваться сильнее, чем нужно, и становится страшно и опасно. Это непреднамеренный и опасный эффект.
Вывод
Резонанс — это физическое явление, которое может быть как другом, так и врагом инженера. Вся разница заключается в том, был ли он запланирован или возник случайно из-за паразитных параметров.