Što je rezonantni krug?

Rezonantni krug, također poznat kao LC krug, krug spremnika ili ugađani krug, je krug koji pohranjuje energiju i prenosi je više puta naprijed-nazad, slično njihalu. Energija prolazi između induktora, komponente kruga koja pohranjuje energiju u magnetskom polju i kondenzatora koji pohranjuje energiju u električnom polju. Kada oboje rade na istoj frekvenciji, krug se kaže da je ugođen. Takvi sklopovi za ugađanje koriste se u tunerima i pojačalima.

Induktor i kondenzator rade zajedno. Kondenzator pohranjuje energiju u obliku napona, a zatim je oslobađa u obliku struje. Induktor pohranjuje energiju iz struje u svom magnetskom polju, a zatim oslobađa energiju natrag u kondenzator. Dvije komponente kruga prenose svoju pohranjenu energiju naprijed-natrag, fenomen koji se naziva oscilacija. Broj puta u sekundi kada se energija prenosi naprijed-natrag smatra se frekvencijom rezonantnog kruga.

Rezonantni krug je poput njihala. Osoba vuče njihalo na jednu stranu i tako pohranjuje potencijalnu energiju, jer je visak njihala veći nego što je bio prije. Kada se njihalo pusti, potencijalna energija se pretvara u kinetičku energiju, energiju kretanja. Kinetička energija uzrokuje da njihalo prolazi kroz neutralni položaj da se podigne s druge strane, ponovno pohranjujući potencijalnu energiju. Njihalo oscilira naprijed-natrag sve dok mu ne ponestane energije.

Poput njihala, rezonantni krug radi najučinkovitije kada oscilira na svojoj željenoj ili rezonantnoj frekvenciji. Brzina kojom svaki kondenzator i induktor preuzimaju i oslobađaju energiju je funkcija vremena. Ako netko pokuša pokrenuti krug brže od njegove rezonantne frekvencije, kondenzator ili induktor neće moći dovoljno brzo preuzeti i osloboditi energiju. Rezonancijska frekvencija kruga definirana je jednadžbom 1 podijeljenom s kvadratnim korijenom od L x C. L predstavlja induktivnost u Henriesu, a C predstavlja kapacitet u Faradima.

Poput djeteta na ljuljački, rezonantni krugovi gube nešto energije dok se energija prenosi naprijed-natrag, tako da se mora dodati nova energija kako bi se sklop održao. Žice imaju otpor. Kondenzatori ne oslobađaju toliko energije koliko uzimaju. Gubitak u rezonantnom krugu mjeri se faktorom kvalitete ili Q faktorom. Veći Q faktor ukazuje na to da se pri svakoj oscilaciji gubi manje energije.

Q faktor se izračunava kao omjer amplitude ili jačine oscilacija koje izlaze iz kruga u odnosu na ono što je ušlo u krug. Viši Q faktor ukazuje da je potrebno manje energije za održavanje kruga i da se proizvodi više izlaza za svaki ulaz. Kao analogija, na dječjoj ljuljački, to se može usporediti s koliko daleko ljuljačka putuje nakon roditeljskog guranja, u usporedbi s tim koliko je daleko prešla ruka roditelja dok je gurala dijete.
Oscilator je posebna vrsta kruga koji zamjenjuje energiju izgubljenu od Q faktora koji je manje od idealnog. Kada dijete pumpa ljuljačku ispravnom frekvencijom, dodajući energiju sustavu u redovitim intervalima kako bi prevladalo gubitak zbog trenja i otpora vjetra, dijete se može ljuljati neograničeno. Radio tuner je rezonantni krug s visokim Q faktorom. Okretanjem gumba mijenja se kapacitet promjenjivog kondenzatora. Kada je rezonantni krug podešen na istu frekvenciju kao i odašiljač radio stanice, krug proizvodi veliku amplitudu i jasan audio prijenos.