Električna rezonanca

thumb|upright=1.4| Rezonantna kola mogu generirati vrlo visoke napone. Teslin namotaj je rezonantno kolo visokog Q faktora.

Električna rezonanca se javlja u električnom kolu na određenoj rezonantnoj frekvenciji kada se električna impedancija ili admitancija elemenata kola međusobno poništavaju. U nekim kolima, ovo se dešava kada je impedancija između ulaza i izlaza kola gotovo nula, a prenosna funkcija blizu jedan.

Rezonantna kola pokazuju zvonjavu i mogu generirati veće napone ili struje nego što se u njih uvodi. Široko se koriste u bežičnom (radio) prijenosu, kako za prijenos tako i za prijem.

LC kola

Rezonancija kola koje uključuje kondenzatore i induktore nastaje jer kolabirajuće magnetsko polje induktora generira električnu struju u njegovim namotajima koja puni kondenzator, a zatim kondenzator koji se prazni osigurava električnu struju koja stvara magnetsko polje u induktoru. Ovaj proces se kontinuirano ponavlja. Analogija je mehaničko klatno, a oba su oblik jednostavnog harmonijskog oscilatora.

Pri rezonanciji, serijska impedancija LC kola je minimalna, a paralelna impedancija je maksimalna. Rezonancija se koristi za podešavanje tjunera (radio) i filtriranje filtera (obrada signala), jer se javlja na određenoj frekvenciji za date vrijednosti induktiviteta i kapaciteta. Može biti štetna za rad telekomunikacijskih kola uzrokujući neželjene trajne i prolazne oscilacije koje mogu uzrokovati šum, izobličenje signala i oštećenje elemenata kola.

Paralelna rezonantna ili kola bliska rezonanci mogu se koristiti za sprječavanje rasipanja električne energije, koje bi se inače dogodilo dok induktor stvara svoje polje ili dok se kondenzator puni i prazni. Naprimjer, asinhroni motori troše induktivnu struju, dok sinhroni troše kapacitivnu struju. Korištenje dva tipa u paraleli čini da induktor napaja kondenzator i "obrnuto", održavajući istu rezonantnu struju u kolu i pretvarajući svu struju u koristan rad.

Budući da su induktivna reaktancija i kapacitivna reaktancija jednake veličine, , tako , gdje , gdje je rezonantna frekvencija u hercima, je induktivnost u henrijima, a je kapacitet u faradima, kada se koriste standardne SI jedinice.

Kvalitet rezonancije (koliko dugo će zvoniti kada je pobuđena) određen je njenim faktorom, koji je funkcija otpora . Idealizirano, LC kolo bez gubitaka cirkuit]] ima beskonačno , ali sva stvarna strujna kola imaju neki otpor i konačnu , i obično se realnije aproksimiraju pomoću kolo.

RLC kolo

RLC-kolo (ili LCR-kolo) je električno kolo koje se sastoji od otpornika, induktivnost i kondenzatora, spojenih serijski ili paralelno. RLC dio naziva potiče od toga što su ta slova uobičajeni električni simboli za otpor, odnosno induktivnost i kapacitet. Kolo formira harmonijski oscilator za struju i rezonira slično LC kolu. Glavna razlika koja proizlazi iz prisustva otpornika je u tome što svaka oscilacija inducirana u kolu vremenom opada ako je ne održava izvor. Ovaj efekat otpornika naziva se prigušenje. Prisustvo otpora također smanjuje vršnu rezonantnu frekvenciju „prigušenih“ oscilacija, iako rezonantna frekvencija za „pogonjene“ oscilacije ostaje ista kao i kod LC-kola. Određeni otpor je neizbježan u stvarnim kolima, čak i ako otpornik nije posebno uključen kao zasebna komponenta. Čisto LC-kolo je ideal koji postoji samo u teoriji.

Postoje mnoge primjene za ovo kolo. Koristi se u mnogim različitim vrstama elektronskih oscilatora. Važna primjena je za podešavanje tjunera, kao što je to slučaj u radio prijemnicima ili televizijskim uređajima, gdje se koriste za odabir uskog raspona frekvencija iz ambijentalnih radiotalasa. U ovoj ulozi kolo se često naziva podešenim kolom. RLC-kolo se može koristiti kao propusnik pojasa, nepropusnik pojasa, niskopropusnik ili visokopropusnik. Primjena podešavanja, naprimjer, je slučaj propusnika pojasa. RLC filter se opisuje kao kolo „drugog reda“, što znači da se bilo koji napon ili struja u kolu može opisati diferencijalnom jednačinom drugog reda u analizi kola.

Tri elementa kola mogu se kombinirati u niz različitih topologija. Sva tri elementa u seriji ili sva tri elementa paralelno su najjednostavnija po konceptu i najlakše se analiziraju. Međutim, postoje i drugi rasporedi, neki od kojih imaju praktičnu važnost u stvarnim kolima. Jedan od problema koji se često susreće je potreba da se uzme u obzir otpor induktora. Induktori se obično konstruišu od zavojnica žice, čiji otpor obično nije poželjan, ali često ima značajan uticaj na kolo.

Primjer Serijsko RLC-kolo ima otpor od 4 Ω, induktivnost od 500 mH i promjenjivi kapacitet. Napon napajanja je 100 V naizmjenično na 50 Hz. Pri rezonanci Kapacitet potreban za postizanje serijske rezonance izračunava se kao:

Rezonantni naponi na induktoru i kondenzatoru, and , će biti:

Kao što je prikazano u ovom primjeru, kada je serija Kada je strujno kolo u rezonanci, magnitude napona na induktoru i kondenzatoru mogu postati višestruko veće od napona napajanja.

Također pogledajte Antirezonanca Teorija antene Šupljinski rezonator Elektronski filter Rezonantni prijenos energije - bežični prijenos energije između dvije rezonantne zavojnice

Reference

Kategorija:Električna struja Kategorija:Električni napon Kategorija:Elektrodinamika