Ce este un circuit rezonant?

Un circuit rezonant, cunoscut și sub numele de circuit LC, circuit de rezervor sau circuit reglat, este un circuit care stochează energie și o transferă înainte și înapoi în mod repetat, similar unui pendul oscilant. Energia trece între un inductor, o componentă a circuitului care stochează energia într-un câmp magnetic, și un condensator, care stochează energia într-un câmp electric. Când cele două lucrează la aceeași frecvență, se spune că circuitul este reglat. Astfel de circuite de reglare sunt utilizate în tunere și amplificatoare.

Inductorul și condensatorul lucrează împreună. Condensatorul stochează energie sub formă de tensiune și apoi o eliberează sub formă de curent. Inductorul stochează energia din curent în câmpul său magnetic și apoi eliberează energia înapoi în condensator. Cele două componente ale circuitului își transmit energia stocată înainte și înapoi, un fenomen numit oscilație. Numărul de ori în fiecare secundă în care energia este transferată înainte și înapoi este considerată frecvența circuitului rezonant.

Un circuit rezonant este ca un pendul. O persoană trage pendulul într-o parte, stocând astfel energia potențială, deoarece pendulul este mai înalt decât era înainte. Când pendulul este eliberat, energia potențială este transformată în energie cinetică, energia mișcării. Energia cinetică face ca pendulul să treacă prin poziția neutră pentru a se ridica pe cealaltă parte, stocând din nou energia potențială. Pendulul oscilează înainte și înapoi până când rămâne fără energie.

La fel ca un pendul, un circuit rezonant funcționează cel mai eficient atunci când oscilează la frecvența sa preferată sau rezonantă. Rata la care condensatorul și inductorul preiau și eliberează fiecare energie este o funcție de timp. Dacă cineva încearcă să conducă circuitul mai repede decât frecvența sa de rezonanță, fie condensatorul, fie inductorul nu vor putea prelua și elibera energia suficient de repede. Frecvența de rezonanță a circuitului este definită de ecuația 1 împărțită la rădăcina pătrată a lui L x C. L reprezintă inductanța în Henries, iar C reprezintă capacitatea în Farads.

Ca un copil pe leagăn, circuitele rezonante pierd ceva energie pe măsură ce energia este transmisă înainte și înapoi, așa că trebuie adăugată energie nouă pentru a menține circuitul. Firele au rezistență. Condensatorii nu eliberează atât de multă energie pe cât iau. Pierderea într-un circuit rezonant este măsurată prin factorul de calitate sau factorul Q. Un factor Q mai mare indică faptul că se pierde mai puțină energie cu fiecare oscilație.

Factorul Q este calculat ca raportul dintre amplitudinea sau puterea oscilațiilor care ies din circuit, în comparație cu ceea ce a intrat în circuit. Un factor Q mai mare indică că este nevoie de mai puțină energie pentru a menține circuitul și se produce mai multă ieșire pentru fiecare intrare. Ca analogie, pe leagănul unui copil, acest lucru poate fi comparat cu cât de departe parcurge leagănul după împingerea părintelui, în comparație cu cât de departe a călătorit mâna părintelui în timp ce împinge copilul.
Un oscilator este un tip special de circuit care înlocuiește energia pierdută dintr-un factor Q mai puțin decât ideal. Când un copil pompează un leagăn la frecvența corectă, adăugând energie sistemului la intervale regulate pentru a depăși pierderea datorată frecării și rezistenței vântului, copilul se poate balansa la infinit. Un tuner radio este un circuit rezonant cu un factor Q ridicat. Rotirea butonului schimbă capacitatea unui condensator variabil. Când circuitul rezonant este reglat la aceeași frecvență ca emițătorul stației de radio, circuitul produce o amplitudine mare și o transmisie audio clară.