Co to jest obwód rezonansowy?
Obwód rezonansowy, znany również jako obwód LC, obwód zbiornika lub obwód strojony, to obwód, który magazynuje energię i przesyła ją wielokrotnie w przód iw tył, podobnie jak wahadło wahadłowe. Energia przepływa między cewką indukcyjną, składnikiem obwodu, który magazynuje energię w polu magnetycznym, a kondensatorem, który przechowuje energię w polu elektrycznym. Kiedy oba pracują na tej samej częstotliwości, obwód jest uważany za dostrojony. Takie obwody strojeniowe są stosowane w tunerach i wzmacniaczach.
Cewka indukcyjna i kondensator współpracują ze sobą. Kondensator gromadzi energię w postaci napięcia, a następnie uwalnia ją w postaci prądu. Cewka gromadzi energię prądu w polu magnetycznym, a następnie uwalnia energię z powrotem do kondensatora. Oba komponenty obwodu przekazują zgromadzoną energię tam iz powrotem, zjawisko zwane oscylacją. Liczbę razy w ciągu sekundy, kiedy energia jest przesyłana tam iz powrotem, uważa się za częstotliwość obwodu rezonansowego.
Obwód rezonansowy jest jak wahadło. Osoba ciągnie wahadło na jedną stronę, magazynując w ten sposób energię potencjalną, ponieważ wahadło jest wyższe niż przedtem. Kiedy wahadło zostaje uwolnione, energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną, energię ruchu. Energia kinetyczna powoduje, że wahadło przechodzi przez położenie neutralne po drugiej stronie, ponownie magazynując energię potencjalną. Wahadło oscyluje w tę iz powrotem, aż skończy mu się energia.
Obwód rezonansowy, podobnie jak wahadło, działa najskuteczniej, gdy oscyluje w preferowanej częstotliwości rezonansowej. Szybkość, z jaką kondensator i cewka indukcyjna pobierają i uwalniają energię, jest funkcją czasu. Jeśli ktoś spróbuje napędzać obwód szybciej niż jego częstotliwość rezonansowa, kondensator lub cewka indukcyjna nie będą w stanie wystarczająco szybko przyjąć i uwolnić energii. Częstotliwość rezonansowa obwodu jest określona równaniem 1 podzielonym przez pierwiastek kwadratowy L x C. L reprezentuje indukcyjność w Henries, a C reprezentuje pojemność w Faradach.
Jak dziecko na huśtawce, obwody rezonansowe tracą trochę energii, gdy energia jest przekazywana tam iz powrotem, więc należy dodać nową energię, aby utrzymać obwód w ruchu. Przewody mają opór. Kondensatory nie wydzielają tyle energii, ile pobierają. Stratę w obwodzie rezonansowym mierzy się współczynnikiem jakości lub współczynnikiem Q. Wyższy współczynnik Q wskazuje, że przy każdej oscylacji 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 na każdym wejściu wytwarzana jest większa moc wyjściowa. Analogicznie, na huśtawce dziecka, można to porównać do tego, jak daleko huśtawka podróżuje po pchnięciu rodzica, w porównaniu do tego, jak daleko dłoń rodzica przesunęła się podczas pchania dziecka.
Oscylator to specjalny rodzaj obwodu, który zastępuje energię traconą z mniej niż idealnego współczynnika Q. Kiedy dziecko pompuje huśtawkę z prawidłową częstotliwością, dodając do systemu energię w regularnych odstępach czasu, aby przezwyciężyć straty wynikające z tarcia i oporu wiatru, dziecko może huśtać się w nieskończoność. Tuner radiowy to obwód rezonansowy o wysokim współczynniku Q. Obrócenie pokrętła zmienia pojemność kondensatora zmiennego. Gdy obwód rezonansowy zostanie dostrojony do tej samej częstotliwości co nadajnik stacji radiowej, obwód wytwarza wysoką amplitudę i czysty przekaz audio.