直列LC共振：ゼロインピーダンスと電圧ピークの説明
直列LC回路で誘導性と容量性リアクタンスが一致すると、それらのインピーダンスが相殺され、総インピーダンスがゼロに近づきます。この現象は直列共振として知られ、共振周波数では回路が短絡のように振る舞います。
以下はシンプルな直列共振回路の回路図です：
共振周波数159.155 Hzでは、総直列インピーダンスが0 Ωに低下し、AC電源に短絡を生じます。これは多くの用途で望ましくないため、ピーク電流を制限するために小さな直列抵抗を追加し、SPICEシミュレーションに適した回路にします：
SPICEネットリスト：
series lc circuit v1 1 0 ac 1 sin r1 1 2 1 c1 2 3 10u l1 3 0 100m .ac lin 20 100 200 .plot ac i(v1) .end
シミュレーション結果は、電流大きさが左から右へ上昇し、157.9 Hzでピークに達することを示します。これは理論的共振159.155 Hzに最も近いです。
コンデンサとインダクタの電圧プロットを含めると、顕著な電圧スパイクが明らかになります：
ここでは、コンデンサとインダクタの両方のピーク電圧が約70 Vに達しますが、電源はわずか1 Vしか供給していません。この鮮明な対比は、直列共振回路の高Q振る舞いを示しています。
共振周波数公式と部品値を用いて：
与えられた条件: fr = 159.155 Hz, L = 100 mH, R = 1 Ω XL = 2πfL = 100 Ω (j100) XC = 1/(2πfC) = -j100 Ω Z = R + j100 - j100 = 1 Ω I = V/Z = 1 A VL = I·XL = 100 V (j100) VC = I·XC = -100 V (-j100) VR = I·R = 1 V Vtotal = VL + VC + VR = 1 V
したがって、Q因子（素子電圧と電源電圧の比）は100であり、全体の回路電圧が低くても個々のコンポーネントに大きな電圧ストレスがかかる可能性を示しています。
重要なポイント
- 直列LCインピーダンスは共振時にゼロに近づく。
- 直列と並列タンクで同じ共振周波数公式が適用される。
- 高電流が個々のコンポーネントに危険な高電圧を生成する可能性がある；慎重な部品定格と安全対策が不可欠。
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