9.8 : Rezonans szeregowy

Impedancję obwodu RLC definiuje się jako stosunek napięcia zasilania do prądu obwodu. Rezonans w takim obwodzie występuje, gdy część urojona tej impedancji jest równa zeru. Ten specyficzny warunek oznacza, że ​​reaktancja indukcyjna jest dokładnie równa reaktancji pojemnościowej. Częstotliwość, przy której to się dzieje, nazywana jest częstotliwością rezonansową. Matematycznie częstotliwość rezonansowa jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z iloczynu indukcyjności (L) i pojemności (C).

Przy tej częstotliwości rezonansowej połączenie szeregowe cewki indukcyjnej i kondensatora zachowuje się jak zwarcie. W rezultacie obwód działa czysto rezystancyjnie, co oznacza, że ​​impedancja jest minimalna, a obwód umożliwia maksymalny przepływ prądu. Powoduje to również, że napięcie i prąd są w fazie, osiągając współczynnik mocy jedności.

Po osiągnięciu rezonansu impedancja osiąga minimalną wartość, umożliwiając maksymalny przepływ prądu przez obwód. Dodatkowo podczas rezonansu napięcie na cewce indukcyjnej i kondensatorze może znacznie przekroczyć napięcie źródła ze względu na współczynnik jakości obwodu, który wskazuje sprawność obwodu przy jego częstotliwości rezonansowej. Zjawisko to ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach takich jak tunery radiowe i filtry, gdzie należy zwiększyć siłę sygnału dla wybranej częstotliwości.

Szeregowy obwód rezonansowy charakteryzuje się częstotliwością rezonansową, przy czym obwód wykazuje zachowanie czysto rezystancyjne przy maksymalnym prądzie. W stanie rezonansu prąd reaktancji indukcyjnej i pojemnościowej wzrasta wielokrotnie w stosunku do wartości standardowej. Mimo to efektu tego nie obserwuje się, ponieważ reaktancja indukcyjna i pojemnościowa znoszą się nawzajem. Częstotliwość rezonansowa ma kluczowe znaczenie w różnych zastosowaniach, w tym w obwodach dostrajających w nadajnikach i odbiornikach radiowych, gdzie niezbędna jest możliwość wyboru lub odrzucenia określonych częstotliwości.