Wat is een resonerend circuit?
Een resonantiecircuit, ook bekend als een LC-circuit, tankcircuit of afgestemd circuit, is een circuit dat energie opslaat en herhaaldelijk heen en weer verzendt, vergelijkbaar met een slingerende slinger. De energie gaat tussen een inductor, een circuitcomponent die energie opslaat in een magnetisch veld, en een condensator, die energie opslaat in een elektrisch veld. Wanneer de twee op dezelfde frequentie werken, wordt gezegd dat het circuit is afgestemd. Dergelijke afstemcircuits worden gebruikt in tuners en versterkers.
De spoel en condensator werken samen. De condensator slaat energie op in de vorm van spanning en geeft deze vervolgens vrij in de vorm van stroom. De inductor slaat energie van de stroom op in zijn magnetisch veld en geeft de energie vervolgens terug aan de condensator. De twee circuitcomponenten geven hun opgeslagen energie heen en weer, een fenomeen dat oscillatie wordt genoemd. Het aantal keren per seconde dat de energie heen en weer wordt overgedragen, wordt beschouwd als de frequentie van het resonantiecircuit.
Een resonantiekring is als een slinger. Een persoon trekt de slinger naar één kant, waardoor potentiële energie wordt opgeslagen, omdat de slinger hoger is dan voorheen. Wanneer de slinger wordt losgelaten, wordt de potentiële energie omgezet in kinetische energie, de energie van beweging. De kinetische energie zorgt ervoor dat de slinger door de neutrale positie gaat en aan de andere kant omhoog gaat, waardoor opnieuw potentiële energie wordt opgeslagen. De slinger oscilleert heen en weer totdat deze geen energie meer heeft.
Net als een slinger werkt een resonantiekring het meest efficiënt wanneer het oscilleert op zijn voorkeurs- of resonantiefrequentie. De snelheid waarmee condensator en spoel elk energie opnemen en afgeven, is een functie van de tijd. Als iemand het circuit sneller probeert aan te sturen dan zijn resonantiefrequentie, kan de condensator of de spoel niet genoeg energie opnemen en vrijgeven. De resonantiefrequentie van het circuit wordt gedefinieerd door de vergelijking 1 gedeeld door de vierkantswortel van L x C. L staat voor inductantie in Henries en C staat voor capaciteit in Farads.
Als een kind op een schommel verliezen resonante circuits wat energie als de energie heen en weer wordt doorgegeven, dus nieuwe energie moet worden toegevoegd om het circuit draaiende te houden. Draden hebben weerstand. Condensatoren geven niet zoveel energie af als ze opnemen. Het verlies in een resonantiecircuit wordt gemeten door de kwaliteitsfactor of Q-factor. Een hogere Q-factor geeft aan dat bij elke oscillatie minder energie verloren gaat.
De Q-factor wordt berekend als de verhouding van de amplitude of sterkte van oscillaties die uit het circuit komen, vergeleken met wat er in het circuit is gegaan. Een hogere Q-factor geeft aan dat er minder energie nodig is om het circuit te behouden en dat er meer output wordt geproduceerd voor elke input. Als een analogie, op de schommel van een kind, kan dit worden vergeleken met hoe ver de schommel reist na de duw van de ouder, vergeleken met hoe ver de hand van de ouder reisde terwijl hij het kind duwde.
Een oscillator is een speciaal soort circuit dat de verloren energie vervangt door een minder dan ideale Q-factor. Wanneer een kind een schommel op de juiste frequentie pompt en regelmatig energie aan het systeem toevoegt om het verlies door wrijving en windweerstand te overwinnen, kan het kind voor onbepaalde tijd schommelen. Een radiotuner is een resonantiekring met een hoge Q-factor. Door aan de knop te draaien, verandert de capaciteit van een variabele condensator. Wanneer het resonantiecircuit op dezelfde frequentie is afgestemd als de zender van het radiostation, produceert het circuit een hoge amplitude en een heldere audio-uitzending.