1. Concetto fondamentale e condizione di risonanza
L'essenza della risonanza è che la reattanza induttiva (Xₗ) e la reattanza capacitiva (X꜀) in un circuito si annullano a vicenda ad una frequenza specifica, facendo sì che il circuito si comporti in modo puramente resistivo. Questa frequenza specifica è la frequenza di risonanza (f₀). Sia per i circuiti in serie che in parallelo si calcola utilizzando la stessa formula:
f₀=1 / (2π√LC)
Ciò significa che finché i valori dell'induttore (L) e del condensatore (C) sono fissi, la loro frequenza di risonanza è fissa.
2. Caratteristiche diRisonanza in serie
A serie risonanteIl circuito collega un resistore (R), un induttore (L) e un condensatore (C) da un'estremità all'altra--in serie con una fonte di alimentazione.
1) Impedenza e corrente: al momento della risonanza, le reattanze induttive e capacitive sono uguali in grandezza ma opposte in fase, annullandosi completamente a vicenda. L'impedenza totale del circuito raggiunge il suo valore minimo, teoricamente pari alla sola resistenza R (Z=R). Secondo la legge di Ohm (I=V / Z), quando la tensione della sorgente è costante, la corrente totale nel circuito raggiunge il suo valore massimo.
2)Relazione di tensione: questo è il fenomeno più notevole della risonanza in serie. Sebbene le tensioni ai capi dell'induttore (L) e del condensatore (C) si annullino a vicenda, la tensione ai capi di ogni singolo componente non è piccola. In effetti, la tensione su ciascun componente può essere molto maggiore della tensione della sorgente. Il fattore di amplificazione è il fattore di qualità del circuito (valore Q). Più alto è il valore Q, più significativo è l'effetto di amplificazione. Pertanto, la risonanza in serie è spesso chiamata "risonanza di tensione". Se la resistenza del circuito è molto piccola (valore Q elevato), può causare "sovratensione" e danneggiare le apparecchiature nei sistemi di alimentazione, ma nelle applicazioni a radiofrequenza questo è il principio chiave utilizzato per amplificare i segnali deboli.
3) Fase: alla risonanza, la corrente totale è in fase con la tensione della sorgente.
3. Caratteristiche della risonanza parallela
Un circuito risonante parallelo coinvolge tipicamente un induttore L (che di solito include la sua resistenza parassita intrinseca R) e un condensatore C collegati in parallelo tra loro e quindi collegati alla fonte di alimentazione.
1) Impedenza e tensione: alla risonanza, le correnti nel ramo induttivo e nel ramo capacitivo sono quasi uguali in grandezza ma quasi opposte in fase. Ciò crea una grande corrente circolante tra i rami L e C e queste correnti si compensano e si "annullano" effettivamente a vicenda dal punto di vista della fonte esterna. Il risultato è che l'impedenza totale del circuito, vista dai terminali di ingresso, raggiunge il suo valore massimo. Se la fonte di alimentazione fornisce una corrente costante, la tensione di uscita attraverso il circuito raggiunge il suo valore massimo.
2) Relazione di corrente: corrispondente alla risonanza in serie, nella risonanza parallela, la corrente circolante tra l'induttore (L) e il condensatore (C) può essere molto maggiore della corrente totale assorbita dalla fonte di alimentazione. Il fattore di amplificazione è analogamente il fattore di qualità (valore Q). Pertanto, la risonanza parallela è spesso chiamata "risonanza corrente".
3) Fase: in risonanza, la tensione totale attraverso il circuito è in fase con la corrente proveniente dalla sorgente.
4. Riepilogo delle differenze principali e delle applicazioni
Puoi capirlo vividamente con queste analogie:
Risonanza in serieè come un coro. All'altezza corretta (frequenza di risonanza), la voce di tutti (le tensioni tra L e C) funziona all'unisono, producendo l'effetto più forte e chiaro (corrente massima), ma ogni cantante impiega molto sforzo individualmente (tensioni locali elevate).
La risonanza parallela è come una rotatoria. Durante le ore di punta (frequenza di risonanza), il flusso di traffico all'interno della rotatoria (la corrente in L e C) è molto ampio e circola in modo fluido, ma il flusso di traffico sulla strada principale in entrata e in uscita dalla rotatoria (la corrente totale) è molto ridotto, facendolo sembrare molto chiaro (impedenza molto elevata).
In base a queste caratteristiche completamente diverse, anche le loro applicazioni sono completamente diverse:
Risonanza in serieviene utilizzato in scenari in cui un segnale di frequenza specifico deve passare facilmente. Ad esempio, viene utilizzato nei circuiti di sintonizzazione radio. Regolando il condensatore per modificare la frequenza di risonanza, solo quando la frequenza di una stazione radio corrisponde alla frequenza di risonanza la corrente del circuito viene massimizzata, selezionando e amplificando così il segnale di quella stazione sopprimendo gli altri.
La risonanza parallela viene utilizzata in scenari in cui un segnale di frequenza specifica deve essere fortemente bloccato. Gli esempi includono filtri di banda-stop (notch) o reti-selettive di frequenza negli oscillatori. In risonanza presenta un'impedenza molto elevata rispetto alla frequenza target, impedendo così il passaggio del segnale di frequenza.