Che cos'è un circuito risonante?
Un circuito risonante, noto anche come circuito LC, circuito serbatoio o circuito sintonizzato, è un circuito che immagazzina energia e la trasferisce avanti e indietro ripetutamente, simile a un pendolo oscillante. L'energia passa tra un induttore, un componente circuitale che immagazzina energia in un campo magnetico e un condensatore, che immagazzina energia in un campo elettrico. Quando i due lavorano alla stessa frequenza, si dice che il circuito è sintonizzato. Tali circuiti di sintonizzazione sono utilizzati in sintonizzatori e amplificatori.
L'induttore e il condensatore lavorano insieme. Il condensatore immagazzina energia sotto forma di tensione e quindi la rilascia sotto forma di corrente. L'induttore immagazzina energia dalla corrente nel suo campo magnetico e quindi rilascia nuovamente l'energia al condensatore. I due componenti del circuito trasmettono la loro energia immagazzinata avanti e indietro, un fenomeno chiamato oscillazione. Il numero di volte al secondo in cui l'energia viene trasferita avanti e indietro è considerata la frequenza del circuito risonante.
Un circuito risonante è come un pendolo. Una persona tira il pendolo da un lato, immagazzinando così energia potenziale, perché il peso del pendolo è più alto di prima. Quando il pendolo viene rilasciato, l'energia potenziale viene trasformata in energia cinetica, l'energia del movimento. L'energia cinetica fa sì che il pendolo passi attraverso la posizione neutra per sollevarsi dall'altro lato, immagazzinando di nuovo energia potenziale. Il pendolo oscilla avanti e indietro fino a quando non si esaurisce l'energia.
Come un pendolo, un circuito risonante funziona in modo più efficiente quando oscilla alla sua frequenza preferita, o risonante. La velocità con cui il condensatore e l'induttore assorbono e rilasciano energia è una funzione del tempo. Se si tenta di guidare il circuito più velocemente della sua frequenza di risonanza, né il condensatore né l'induttore non saranno in grado di assorbire e rilasciare l'energia abbastanza velocemente. La frequenza di risonanza del circuito è definita dall'equazione 1 divisa per la radice quadrata di L x C. L rappresenta l'induttanza in Henries e C rappresenta la capacità in Farads.
Come un bambino su un'altalena, i circuiti risonanti perdono un po 'di energia mentre l'energia viene trasmessa avanti e indietro, quindi è necessario aggiungere nuova energia per far funzionare il circuito. I fili hanno resistenza. I condensatori non rilasciano tutta l'energia che assorbono. La perdita in un circuito risonante viene misurata dal fattore qualità o dal fattore Q. Un fattore Q più elevato indica che si perde meno energia ad ogni oscillazione.
Il fattore Q viene calcolato come rapporto tra l'ampiezza o la forza delle oscillazioni che escono dal circuito, rispetto a ciò che è andato nel circuito. Un fattore Q più elevato indica che è necessaria meno energia per mantenere il circuito e viene prodotta più uscita per ciascun ingresso. Come analogia, sull'altalena di un bambino, questo può essere paragonato alla distanza percorsa dall'oscillazione dopo la spinta del genitore, rispetto alla distanza percorsa dalla mano del genitore mentre spingeva il bambino.
Un oscillatore è un tipo speciale di circuito che sostituisce l'energia persa da un fattore Q tutt'altro che ideale. Quando un bambino pompa un'oscillazione alla frequenza corretta, aggiungendo energia al sistema a intervalli regolari per superare la perdita dovuta all'attrito e alla resistenza al vento, il bambino può oscillare indefinitamente. Un sintonizzatore radio è un circuito risonante con un alto fattore Q. Ruotando la manopola si cambia la capacità di un condensatore variabile. Quando il circuito risonante è sintonizzato sulla stessa frequenza del trasmettitore della stazione radio, il circuito produce un'ampiezza elevata e una trasmissione audio chiara.