Circuits Resonates

INTRODUCCIÒN

Los fenómenos de resonancia son bien conocidos en distintas áreas de la física. Nos proponemos estudiarlos en el caso de los circuitos eléctricos. Para ello, analizaremos dos situaciones: un circuito abandonado a sí mismo a partir de una situación inicial, y ese mismo circuito excitado por una fuente sinusoidal de frecuencia variable.

Si bien haremos el estudio para un caso concreto (el circuito serie L-C ), se tratará de definir conceptos y parámetros de aplicación general para otras configuraciones que exhiban el fenómeno de resonancia.

Circuitos resonantes

Resonancia:

Un circuito de resonancia está compuesto por una resistencia un condensador y una bobina en el cual se alimentan de corriente alterna, si la reactancia del capacitor y de la bobina tienen signos contrarios, se producen defasajes opuestos en la corriente que circula por el circuito y el valor de esta será la máxima que la tensión aplicada lo permita; el conjunto bobina-capacitor se dice que está en resonancia.

Hay dos tipos de circuitos resonantes uno es el circuito resonantes serie y el otro es el circuito resonante paralelo.

Circuito resonante en serie:

En la figura anterior puede apreciarse el circuito resonante serie. Si se utilizase algún software de simulación matemático (utilizando la función de transferencia de voltaje) o de circuitos, podría observarse que el comportamiento del circuito es idéntico al de un filtro pasa banda (observando la tensión de salida), permitiendo el paso a las frecuencias cercanas a la de resonancia mientras que atenúa a las que se encuentran fuera de ésta. Si bien podrían exponerse gráficas y ecuaciones para explicar el comportamiento, un análisis conceptual es de mayor utilidad para entender el funcionamiento de este circuito.

Circuitos resonantes en paralelo:

En este caso los componentes tiene disposición en paralelo y el razonamiento es similar, pero utilizando la impedancia del circuito para obtener la tensión de salida. La fuente de corriente tiene como “carga” un arreglo RLC en paralelo. Al obtener la ecuación que describe el comportamiento conjunto de estos componentes, puede observarse que la impedancia total es mayor en la frecuencia de resonancia (que es la misma que aquella de la disposición serie) lo que provoca que la tensión sea máxima en el rango de frecuencias cercanas a la de resonancia. Cuando la impedancia del capacitor se hace pequeña al aumentar la frecuencia, el la tensión de salida disminuye (ya que el camino hacia la masa es más pequeño que el que ofrece R o L). Lo mismo sucede en las bajas frecuencias pero con la bobina actuando como camino de baja impedancia. El resultado es una tensión de salida con comportamiento pasa banda, tal cual en la disposición serie.

Cuando a la entrada del circuito se le aplica una frecuencia el circuito reaccionará de una forma distinta.

La reactancia de un condensador o de una bobina es el valor óhmico que se opone al paso de electrones. Cuando la frecuencia crece la reactancia de la bobina aumenta, en tanto que al del condensador disminuye. Pero hay una determinada frecuencia que la cual los valores absolutos de ambas reactancias se iguala y a este fenómeno se llama "Frecuencia de resonancia". Su valor se deduce de esta manera:

XL = 2 * p * F * L XC = 1 = 2 * p * F * C

Para la frecuencia de resonancia:

F = 1 =2p L*C

El factor de calidad es algo más amplio, puede definirse en el caso de una bobina, como la reacción:

Q = XLRL

Hay un concepto más que es el ancho de banda que es el margen de frecuencias.

Circuito

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