Circuitos resonantes.
En la lección teórica has estudiado las características de los circuitos resonantes serie y paralelo. Dichos circuitos tienen múltiples aplicaciones en los circuitos electrónicos, algunas mencionadas, pero agregaremos más datos prácticos de los mismos.
Acoplamiento entre circuitos resonantes.
Todo circuito resonante, serie o paralelo, posee en su seno una energía que está oscilando. Parte de esa energía oscilante puede ser transferida a otro circuito oscilante mediante la aproximación de las respectivas bobinas, de manera que las líneas de fuerza del campo magnético creado en el circuito excitado, corten las espiras del circuito resonante pasivo receptor, induciendo en este último una tensión de la misma frecuencia, constituyendo en este caso un transformador de radiofrecuencia.
Esta forma de trasferir energía a través del campo electromagnético, recibe el nombre de acoplamiento inductivo y los 2 circuitos así dispuestos quedan acoplados, tal y como muestra la figura.
En A se muestra el circuito y en B la forma física de estos transformadores. Al igual que lo estudiado en la Lección 6, las bobinas tienen una influencia física de lo que se deriva el coeficiente de inducción mutua M y el factor de acoplamiento K. Este tipo de acoplamiento es el que utilizan los transformadores de frecuencia intermedia (FI).
En la figura A puedes ver que es un circuito sintonizado, el primario está conectado en paralelo y el secundario en serie; se utilizan condensadores de mica y muy estables para fijar en principio la sintonía de resonancia que luego, se podrá ajustar con precisión gracias a un mecanismo que mueve los núcleos, modificando la inductancia; todo el conjunto está blindado del exterior mediante una cubierta de aluminio del que solo sobresalen las patillas de conexión. Cuando un circuito resonante queda acoplado a otro, ambos sintonizados a la misma frecuencia de resonancia, la impedancia del primero y el factor Q disminuyen, disminución mayor cuanto mayor sea el acoplamiento de los circuitos o, de otro modo, cuanto mayor es la transferencia de energía.
El efecto del secundario es que hace de carga del primario, viene a ser el mismo efecto que si se le hubiese agregado una resistencia en serie con el circuito paralelo del primario por lo que se considera en la práctica una resistencia paralela. Consecuentemente, el comportamiento de un conjunto de 2 circuitos acoplados depende del grado de acoplamiento K.
El factor Q.
Ya has estudiado la importancia de los circuitos sintonizados y las inductancias con respecto al factor Q. En esta parte ampliaremos conocimientos de dicho factor. El factor Q de un circuito resonante es la relación entre la energía almacenada en la bobina (Exl) o en el condensador (EXc), y la energía disipada en la resistencia:
R, representa la resistencia total del circuito a la radiofrecuencia. Si las perdidas del condensador son insignificantes, el Q del circuito equivale prácticamente al Q de la bobina (recuerda que a la frecuencia de resonancia Xc = Xl).
Aplicaciones prácticas.
Dado el siguiente circuito:
Resolvemos el circuito calculando los valores de Q, Fo, Xc, Xl, Z e I.
Para determinar el Q aplicamos la formula Q = 1 ÷ R derivada de Q = Xl ÷ R.
si lo haces bien te dará este resultado:
La frecuencia de resonancia del circuito se calcula así:
La impedancia del circuito se calcula sumando las impedancias del mismo; en este caso, como son iguales, se oponen y cancelan mutuamente, con lo cual queda determinado el valor de la resistencia como único elemento de impedancia. Por tanto Z=10Ω.
La intensidad de corriente en el circuito será de:
ITotal= E ÷ Z = 10V ÷ 10Ω = 1A
Susceptancia y admitancia.
En el tema 3 vimos los efectos de la resistencia que, al agruparse en los circuitos con otras resistencias en paralelo, disminuía la resistencia total; es decir aumentaba la conductividad en el circuito. En realidad la conductancia es la inversa de la resistencia. Lo mismo sucede en los elementos reactivos cuando se conectan varios en paralelo, que hay que realizar cálculos, así pues la inversa de la reactancia es la susceptancia.
Esta magnitud se mide en Mohm (Ohmios reactivos a la inversa) y se representa con el símbolo S con el subíndice correspondiente si es inductivo o capacitivo.
La admitancia es la inversa de la impedancia, al igual que la susceptancia es la inversa de la reactancia y la conductividad es la inversa de la resistencia. Se designa por la letra Y y no existe en este caso subíndice. Se mide en Mohm y su expresión matemática es:
Circuitos en serie en C.A.
El circuito siguiente te muestra un circuito serie con resistencia, inductancia y capacidad.
La corriente i constituye la referencia común en cuanto a las caídas de tensión en los 3 elementos, puesto que la intensidad es la misma en los 3 componentes (componentes en serie). Esta referencia está indicada por la línea horizontal sobre la que se encuentra el vector correspondiente a la caída de tensión sobre la resistencia en el circuito de la izquierda.
El vector representativo de la tensión en cada elemento, mostrando la relación de fase, con respecto a la corriente común (línea horizontal), lo puedes ver trazado justo encima de cada elemento, mostrando la relación de fase con respecto a la corriente común.
La suma vectorial de las tres caídas de tensión IR, IXl e IXc debe ser igual a la tensión total aplicada E al circuito.
Los 3 vectores trazados a escala (figura central), se disponen a la suma vectorial. Puesto que las tensiones IXl e IXc están respectivamente opuestas y desfasadas entre sí 90º con respecto a IR, y 180º entre ellas, la suma vectorial Xl - Xc es sencilla.
En el dibujo de la derecha se observa la suma vectorial ya realizada la suma vectorial de los componentes Xl y Xc y sumado al valor R. De aquí deducimos el valor de la impedancia total Z.
Circuitos en paralelo en C.A.
En este caso se sigue el procedimiento vectorial, pero actuamos con las corrientes en vez de con las tensiones. En la figura observas el circuito en paralelo, el desfase de reactancias y la suma vectorial. Observa que en el desfase, la reactancia capacitiva es superior a la inductiva. Esto se debe a que en un condensador la intensidad se adelanta con respecto a la tensión y en el inductor, se retrasa, lo que hace que ambas corrientes estén desfasadas 180º entre sí.
