Vad är en resonanskrets?

En resonanskrets, även känd som en LC-krets, tankkrets eller avstämd krets, är en krets som lagrar energi och överför den fram och tillbaka upprepade gånger, liknande en svängande pendel. Energin passerar mellan en induktor, en kretskomponent som lagrar energi i ett magnetfält, och en kondensator, som lagrar energi i ett elektriskt fält. När de två arbetar på samma frekvens, sägs kretsen vara avstämd. Sådana avstämningskretsar används i tuners och förstärkare.

Induktorn och kondensatorn arbetar tillsammans. Kondensatorn lagrar energi i form av spänning och släpper sedan ut den i form av ström. Induktorn lagrar energi från strömmen i sitt magnetfält och släpper sedan energin tillbaka till kondensatorn. De två kretskomponenterna skickar sin lagrade energi fram och tillbaka, ett fenomen som kallas oscillation. Antalet gånger varje sekund som energin överförs fram och tillbaka anses vara resonanskretsens frekvens.

En resonanskrets är som en pendel. En person drar pendeln åt sidan och lagrar därmed potentiell energi, eftersom pendeln är högre än den var tidigare. När pendeln släpps omvandlas den potentiella energin till kinetisk energi, rörelseenergin. Den kinetiska energin får pendeln att passera genom det neutrala läget för att stiga på andra sidan och återigen lagra potentiell energi. Pendeln pendlar fram och tillbaka tills den tar slut på energi.

Som en pendel fungerar en resonanskrets mest effektivt när den svänger med sin föredragna, eller resonans, frekvens. Den hastighet med vilken kondensator och induktor var och en tar upp och frigör energi är en funktion av tiden. Om man försöker driva kretsen snabbare än dess resonansfrekvens, kommer antingen kondensatorn eller induktorn inte att kunna ta upp och släppa energin tillräckligt snabbt. Kretsens resonansfrekvens definieras av ekvationen 1 dividerat med kvadratroten av L x C. L representerar induktans i Henries, och C representerar kapacitans i Farads.

Som ett barn på en gunga förlorar resonanskretsar en del energi när energin förs fram och tillbaka, så ny energi måste tillföras för att hålla kretsen igång. Trådar har motstånd. Kondensatorer släpper inte lika mycket energi som de tar in. Förlusten i en resonanskrets mäts med kvalitetsfaktorn eller Q-faktorn. En högre Q-faktor indikerar att mindre energi går förlorad vid varje svängning.

Q-faktorn beräknas som förhållandet mellan amplituden, eller styrkan, av svängningar som kommer ut ur kretsen, jämfört med vad som gick in i kretsen. En högre Q-faktor indikerar att mindre energi behövs för att upprätthålla kretsen och mer uteffekt produceras för varje ingång. Som en analogi, på ett barns gunga, kan detta jämföras med hur långt gungan färdas efter förälderns knuff, jämfört med hur långt förälderns hand färdades när han knuffade barnet.
En oscillator är en speciell typ av krets som ersätter den förlorade energin från en mindre än idealisk Q-faktor. När ett barn pumpar en gunga med rätt frekvens och tillför energi till systemet med jämna mellanrum för att övervinna förlusten på grund av friktion och vindmotstånd, kan barnet gunga i all oändlighet. En radiotuner är en resonanskrets med hög Q-faktor. Genom att vrida på vredet ändras kapacitansen för en variabel kondensator. När resonanskretsen är inställd på samma frekvens som radiostationens sändare, producerar kretsen en hög amplitud och tydlig ljudsändning.