¿Qué es un circuito resonante?

Un circuito resonante, también conocido como circuito LC, circuito de tanque o circuito sintonizado, es un circuito que almacena energía y la transfiere de un lado a otro repetidamente, de forma similar a un péndulo oscilante. La energía pasa entre un inductor, un componente del circuito que almacena energía en un campo magnético y un condensador, que almacena energía en un campo eléctrico. Cuando los dos trabajan a la misma frecuencia, se dice que el circuito está sintonizado. Tales circuitos de sintonización se usan en sintonizadores y amplificadores.

El inductor y el condensador trabajan juntos. El condensador almacena energía en forma de voltaje y luego la libera en forma de corriente. El inductor almacena energía de la corriente en su campo magnético y luego libera la energía de regreso al condensador. Los dos componentes del circuito pasan su energía almacenada de un lado a otro, un fenómeno llamado oscilación. El número de veces por segundo que la energía se transfiere de un lado a otro se considera la frecuencia del circuito resonante.

Un circuito resonante es como un péndulo. Una persona tira del péndulo hacia un lado, almacenando así la energía potencial, porque el péndulo es más alto que antes. Cuando se libera el péndulo, la energía potencial se convierte en energía cinética, la energía del movimiento. La energía cinética hace que el péndulo pase a través de la posición neutral para elevarse en el otro lado, almacenando nuevamente la energía potencial. El péndulo oscila de un lado a otro hasta que se queda sin energía.

Al igual que un péndulo, un circuito resonante funciona de manera más eficiente cuando oscila a su frecuencia preferida o resonante. La velocidad a la cual cada capacitor e inductor toman y liberan energía es una función del tiempo. Si uno intenta conducir el circuito más rápido que su frecuencia de resonancia, el capacitor o el inductor no podrán absorber y liberar la energía lo suficientemente rápido. La frecuencia de resonancia del circuito está definida por la ecuación 1 dividida por la raíz cuadrada de L x C. L representa la inductancia en Henries y C representa la capacitancia en Faradios.

Al igual que un niño en un columpio, los circuitos resonantes pierden algo de energía a medida que la energía pasa de un lado a otro, por lo que se debe agregar nueva energía para mantener el circuito en funcionamiento. Los cables tienen resistencia. Los condensadores no liberan tanta energía como absorben. La pérdida en un circuito resonante se mide por el factor de calidad, o factor Q. Un factor Q más alto indica que se pierde menos energía con cada oscilación.

El factor Q se calcula como la relación de la amplitud, o fuerza, de las oscilaciones que salen del circuito, en comparación con lo que entró en el circuito. Un factor Q más alto indica que se necesita menos energía para mantener el circuito y se produce más salida para cada entrada. Como analogía, en el columpio de un niño, esto se puede comparar con la distancia que recorre el columpio después del empuje del padre, en comparación con la distancia que recorrió la mano del padre mientras empuja al niño.

Un oscilador es un tipo especial de circuito que reemplaza la energía perdida de un factor Q menos que ideal. Cuando un niño bombea un columpio a la frecuencia correcta, agregando energía al sistema a intervalos regulares para superar la pérdida debido a la fricción y la resistencia al viento, el niño puede balancearse indefinidamente. Un sintonizador de radio es un circuito resonante con un factor Q alto. Girando la perilla cambia la capacitancia de un capacitor variable. Cuando el circuito resonante se sintoniza a la misma frecuencia que el transmisor de la estación de radio, el circuito produce una amplitud alta y una transmisión de audio clara.