Apa itu Rangkaian Resonansi?

Sirkuit resonansi, juga dikenal sebagai sirkuit LC, sirkuit tangki, atau sirkuit yang disetel, adalah sirkuit yang menyimpan energi dan mentransfernya bolak-balik berulang kali, mirip dengan pendulum berayun. Energi melewati antara induktor, komponen rangkaian yang menyimpan energi dalam medan magnet, dan kapasitor, yang menyimpan energi dalam medan listrik. Ketika keduanya bekerja pada frekuensi yang sama, rangkaian dikatakan disetel. Sirkuit penyetelan seperti itu digunakan dalam tuner dan amplifier.

Induktor dan kapasitor bekerja sama. Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk tegangan dan kemudian melepaskannya dalam bentuk arus. Induktor menyimpan energi dari arus dalam medan magnetnya dan kemudian melepaskan energi kembali ke kapasitor. Kedua komponen sirkuit melewatkan energi yang tersimpan bolak-balik, sebuah fenomena yang disebut osilasi. Berapa kali setiap detik energi ditransfer bolak-balik dianggap sebagai frekuensi rangkaian resonansi.

Rangkaian resonansi seperti bandul. Seseorang menarik bandul ke satu sisi, sehingga menyimpan energi potensial, karena bandul lebih tinggi dari sebelumnya. Ketika bandul dilepaskan, energi potensial berubah menjadi energi kinetik, energi gerak. Energi kinetik menyebabkan pendulum melewati posisi netral untuk naik di sisi lain, lagi-lagi menyimpan energi potensial. Bandul berosilasi bolak-balik sampai kehabisan energi.

Seperti bandul, rangkaian resonansi bekerja paling efisien ketika berosilasi pada frekuensi yang disukai, atau resonansinya. Tingkat di mana kapasitor dan induktor masing-masing mengambil dan melepaskan energi adalah fungsi waktu. Jika seseorang mencoba untuk menggerakkan rangkaian lebih cepat dari frekuensi resonansinya, baik kapasitor atau induktor tidak akan dapat mengambil dan melepaskan energi dengan cukup cepat. Frekuensi resonansi rangkaian didefinisikan oleh persamaan 1 dibagi dengan akar kuadrat dari L x C. L mewakili induktansi dalam Henries, dan C mewakili kapasitansi dalam Farad.

Seperti anak kecil di ayunan, sirkuit resonansi kehilangan energi saat energi dilewatkan bolak-balik, jadi energi baru harus ditambahkan untuk menjaga sirkuit tetap berjalan. Kabel memiliki resistensi. Kapasitor tidak melepaskan energi sebanyak yang mereka ambil. Kehilangan dalam rangkaian resonansi diukur dengan faktor kualitas, atau faktor Q. Faktor Q yang lebih tinggi menunjukkan bahwa lebih sedikit energi yang hilang dengan setiap osilasi.

Faktor Q dihitung sebagai rasio amplitudo, atau kekuatan, osilasi yang keluar dari rangkaian, dibandingkan dengan apa yang masuk ke rangkaian. Faktor Q yang lebih tinggi menunjukkan lebih sedikit energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan sirkuit dan lebih banyak output yang dihasilkan untuk setiap input. Sebagai analogi, pada ayunan anak, hal ini dapat dibandingkan dengan seberapa jauh ayunan bergerak setelah dorongan orang tua, dibandingkan dengan seberapa jauh perjalanan tangan orang tua saat mendorong anak.
Osilator adalah jenis sirkuit khusus yang menggantikan energi yang hilang dari faktor Q yang kurang ideal. Ketika seorang anak memompa ayunan pada frekuensi yang benar, menambahkan energi ke sistem secara berkala untuk mengatasi kerugian akibat gesekan dan hambatan angin, anak dapat berayun tanpa batas. Penyetel radio adalah rangkaian resonansi dengan faktor Q tinggi. Memutar kenop mengubah kapasitansi kapasitor variabel. Ketika rangkaian resonansi disetel ke frekuensi yang sama dengan pemancar stasiun radio, rangkaian menghasilkan amplitudo tinggi dan siaran audio yang jernih.