La resonancia eléctrica se produce en un circuito eléctrico a una frecuencia de resonancia determinada cuando las impedancias o admitancias de los elementos del circuito se cancelan entre sí. En algunos circuitos, esto sucede cuando la impedancia entre la entrada y la salida del circuito es casi cero y la función de transferencia es cercana a uno. [1]
Los circuitos resonantes presentan vibraciones y pueden generar voltajes o corrientes más altos que los que se les suministran. Se utilizan ampliamente en transmisiones inalámbricas ( radio ), tanto para transmisión como para recepción.
La resonancia de un circuito que involucra capacitores e inductores ocurre porque el campo magnético colapsante del inductor genera una corriente eléctrica en sus devanados que carga el capacitor, y luego el capacitor al descargarse proporciona una corriente eléctrica que genera el campo magnético en el inductor. Este proceso se repite continuamente. Una analogía es un péndulo mecánico , y ambos son una forma de oscilador armónico simple .
En resonancia, la impedancia en serie del circuito LC está en un mínimo y la impedancia en paralelo está en un máximo. La resonancia se utiliza para sintonizar y filtrar , porque se produce a una frecuencia particular para valores dados de inductancia y capacitancia . Puede ser perjudicial para el funcionamiento de los circuitos de comunicaciones al causar oscilaciones sostenidas y transitorias no deseadas que pueden causar ruido , distorsión de la señal y daños a los elementos del circuito.
Los circuitos resonantes o casi resonantes en paralelo se pueden utilizar para evitar el desperdicio de energía eléctrica, que de otro modo se produciría mientras el inductor construye su campo o el condensador se carga y descarga. A modo de ejemplo, los motores asíncronos desperdician corriente inductiva mientras que los síncronos desperdician corriente capacitiva. El uso de los dos tipos en paralelo hace que el inductor alimente al condensador, y viceversa , manteniendo la misma corriente resonante en el circuito y convirtiendo toda la corriente en trabajo útil.
Dado que la reactancia inductiva y la reactancia capacitiva son de igual magnitud,
entonces
donde , donde f es la frecuencia de resonancia en hercios , L es la inductancia en henrios y C es la capacitancia en faradios , cuando se utilizan unidades SI estándar .
La calidad de la resonancia (cuánto tiempo sonará cuando se excite) está determinada por su factor Q , que es una función de la resistencia: . Un circuito LC idealizado y sin pérdidas tiene un Q infinito , pero todos los circuitos reales tienen cierta resistencia y un Q finito , y generalmente se aproximan de manera más realista mediante un circuito RLC .
Un circuito RLC (o circuito LCR ) es un circuito eléctrico que consta de una resistencia , un inductor y un condensador, conectados en serie o en paralelo. La parte RLC del nombre se debe a que esas letras son los símbolos eléctricos habituales para resistencia , inductancia y capacitancia respectivamente. El circuito forma un oscilador armónico para la corriente y resuena de manera similar a un circuito LC . La principal diferencia que surge de la presencia de la resistencia es que cualquier oscilación inducida en el circuito decae con el tiempo si no se mantiene mediante una fuente. Este efecto de la resistencia se llama amortiguamiento . La presencia de la resistencia también reduce la frecuencia de resonancia máxima de la oscilación amortiguada , aunque la frecuencia de resonancia para las oscilaciones impulsadas sigue siendo la misma que en un circuito LC. Cierta resistencia es inevitable en los circuitos reales, incluso si una resistencia no se incluye específicamente como un componente separado. Un circuito LC puro es un ideal que existe solo en teoría .
Este circuito tiene muchas aplicaciones. Se utiliza en muchos tipos diferentes de circuitos osciladores . Una aplicación importante es la sintonización , como en los receptores de radio o televisores , donde se utilizan para seleccionar un rango estrecho de frecuencias de las ondas de radio ambientales. En esta función, el circuito se conoce a menudo como circuito sintonizado. Un circuito RLC se puede utilizar como filtro de paso de banda , filtro de eliminación de banda , filtro de paso bajo o filtro de paso alto . La aplicación de sintonización, por ejemplo, es un ejemplo de filtrado de paso de banda . El filtro RLC se describe como un circuito de segundo orden , lo que significa que cualquier voltaje o corriente en el circuito se puede describir mediante una ecuación diferencial de segundo orden en el análisis de circuitos.
Los tres elementos del circuito se pueden combinar en varias topologías diferentes . Los tres elementos en serie o los tres elementos en paralelo son los más simples en concepto y los más fáciles de analizar. Sin embargo, existen otras disposiciones, algunas de ellas con importancia práctica en circuitos reales. Un problema que se encuentra a menudo es la necesidad de tener en cuenta la resistencia del inductor. Los inductores se construyen típicamente a partir de bobinas de alambre, cuya resistencia no suele ser deseable, pero a menudo tiene un efecto significativo en el circuito.
Un circuito RLC en serie tiene una resistencia de 4 Ω, una inductancia de 500 mH y una capacidad variable. La tensión de alimentación es de 100 V alternados a 50 Hz. En resonancia La capacidad necesaria para generar resonancia en serie se calcula como:
Los voltajes de resonancia a través del inductor y el capacitor, y , serán:
Como se muestra en este ejemplo, cuando el circuito serie RLC está en resonancia, las magnitudes de los voltajes a través del inductor y el capacitor pueden llegar a ser muchas veces mayores que el voltaje de suministro.
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