Co to jest obwód rezonansowy?

Obwód rezonansowy, znany również jako obwód LC, obwód zbiornika lub obwód strojony, jest obwodem, który przechowuje energię i przenosi ją wielokrotnie w przód iw tył, podobnie jak wahadło. Energia przechodzi między cewką indukcyjną, elementem obwodu, który przechowuje energię w polu magnetycznym, a kondensatorem, który przechowuje energię w polu elektrycznym. Kiedy oba pracują na tej samej częstotliwości, mówi się, że obwód jest dostrojony. Takie obwody strojenia są używane w tunerach i wzmacniaczach.

Cewka i kondensator współpracują ze sobą. Kondensator magazynuje energię w postaci napięcia, a następnie uwalnia ją w postaci prądu. Cewka indukcyjna przechowuje energię prądu w swoim polu magnetycznym, a następnie oddaje energię z powrotem do kondensatora. Dwa elementy obwodu przekazują zmagazynowaną energię tam iz powrotem, co nazywa się oscylacją. Ile razy na sekundę energia jest przesyłana tam iz powrotem, jest uważana za częstotliwość obwodu rezonansowego.

Obwód rezonansowy jest jak wahadło. Osoba odciąga wahadło na bok, przechowując w ten sposób energię potencjalną, ponieważ ruch wahadła jest wyższy niż wcześniej. Kiedy wahadło zostaje zwolnione, energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną, energię ruchu. Energia kinetyczna powoduje, że wahadło przechodzi przez pozycję neutralną i podnosi się po drugiej stronie, ponownie magazynując energię potencjalną. Wahadło oscyluje tam i z powrotem, aż wyczerpie się energia.

Podobnie jak wahadło, obwód rezonansowy działa najskuteczniej, gdy oscyluje z preferowaną częstotliwością rezonansową. Szybkość, z jaką kondensator i cewka pobierają i uwalniają energię, jest funkcją czasu. Jeśli ktoś spróbuje napędzać obwód szybciej niż jego częstotliwość rezonansowa, albo kondensator, albo cewka nie będą w stanie przyjąć i uwolnić energii wystarczająco szybko. Częstotliwość rezonansowa obwodu jest określona równaniem 1 podzielonym przez pierwiastek kwadratowy z L x C. L reprezentuje indukcyjność w Henries, a C reprezentuje pojemność w Faradach.

Podobnie jak dziecko na huśtawce, obwody rezonansowe tracą część energii, gdy energia jest przekazywana tam iz powrotem, więc nowa energia musi być dodana, aby obwód działał. Przewody mają opór. Kondensatory nie uwalniają tyle energii, ile pochłaniają. Strata w obwodzie rezonansowym jest mierzona współczynnikiem jakości lub współczynnikiem Q. Wyższy współczynnik Q wskazuje, że z każdą oscylacją traci się mniej energii.

Współczynnik Q jest obliczany jako stosunek amplitudy lub siły oscylacji wychodzących z obwodu w porównaniu do tego, co weszło do obwodu. Wyższy współczynnik Q wskazuje, że do utrzymania obwodu potrzeba mniej energii i dla każdego wejścia wytwarzane jest więcej mocy. Na zasadzie analogii, na huśtawce dziecka można to porównać do tego, jak daleko huśtawka przemieszcza się po pchnięciu przez rodzica, w porównaniu do tego, jak daleko przebyła ręka rodzica podczas pchania dziecka.
Oscylator to specjalny rodzaj obwodu, który zastępuje energię utraconą z mniej niż idealnego współczynnika dobroci. Kiedy dziecko wykonuje huśtawkę z odpowiednią częstotliwością, dodając energię do systemu w regularnych odstępach czasu, aby przezwyciężyć straty spowodowane tarciem i oporem wiatru, dziecko może huśtać się w nieskończoność. Tuner radiowy to obwód rezonansowy o wysokim współczynniku dobroci. Kręcenie gałką zmienia pojemność zmiennego kondensatora. Gdy obwód rezonansowy jest dostrojony do tej samej częstotliwości, co nadajnik stacji radiowej, obwód generuje wysoką amplitudę i czysty sygnał dźwiękowy.