Circuitos.

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Circuitos Resonantes RLC.

Hola en esta entrada os voy a hablar sobre el circuito resonante serie. Los circuitos resonantes son circuitos utilizados en la recepción y emisión de ondas radioeléctricas. Aunque también se utilizan en filtros activos.

Un circuito resonante es un circuito eléctrico alimentado por una corriente alterna y compuesto por una resistencia, una inductancia y un condensador.

Circuito resonante en serie RLC

Los circuitos resonantes son componentes activos, cuando atraviesan corrientes eléctricas alternas se comportan adelantando la corriente respecto a la tensión (condensador), o retrasándola (inductancia). Y lo más importante en un circuito resonante es que su resistencia varía con la frecuencia de la fuente alterna.

La reactancia varía con la frecuencia y, además la reactancia de sus componentes tiene una forma dependiendo de la frecuencia, por lo que la reactancia es un fenómeno que se da en los circuitos alternos:

forma de onda de un ciclo alterno

Así que la reactancia capacitiva disminuye con la frecuencia y la reactancia inductiva aumenta con la frecuencia.

Por lo tanto, existirá una frecuencia alterna en la que ambas reactancias tengan el mismo valor. Pero como los valores de ambos elementos son inversos, a la frecuencia de resonancia, el valor del conjunto es únicamente del valor óhmico del circuito (su resistencia).

En el circuito puedes ver un circuito resonante. como puedes ver en el canal 1 (en rojo), se muestra la forma de onda de la frecuencia del generador completa sin desfase. El canal 2 (violeta), puedes ver que la frecuencia experimenta un desfase capacitivo, es decir que la onda se adelanta respecto a la original.

comparación de dos ondas alternas

En un refresco de 5ms puedo ver la onda completa de ambos canales y observar el desfase. Si ahora el canal 2 lo conecto a la inductancia, las formas de onda cambian:

Variación de los valores de los componentes reactivos

Se puede observar que la señal que pasa por la inductancia, a pesar de ser más pequeña en amplitud, está retrasada respecto a la señal de original. Comparando ambas señales (las de los componentes activos), se puede ver que el circuito es capacitivo porque la tensión de la capacidad es mayor que la tensión resultante de la inductancia.

Circuito con resultante capacitivo al predominar la tensión que cae en el condensador

Pero si aumentamos la frecuencia, la amplitud del condensador empezará a bajar y la amplitud de la inductancia aumentará. Así por ejemplo, a partir de los 500Hz, la amplitud de ambos componentes es muy similar.

Igualdad de tensión entre ambos componentes implica la resonancia

Y si siguiéramos subiendo la frecuencia, la reactancia del circuito cambiaría a inductiva porque sería la inductancia la que tendría mayor amplitud de las dos (la amplitud de la resistencia no se tiene en cuenta). Pero, ¿a partir de qué valor se neutralizan ambos componentes? Eso nos lo da la frecuencia de resonancia.

fórmula para cálcular la resonancia en un circuito resonante

De ahí podemos establecer conociendo los valores de los componentes la frecuencia en la cual ambos componentes se neutralizan. En nuestro caso:

fo = 1 ÷ 2π√LC
1 ÷ 6,28 √3,872983346207417e-4
= 1 ÷ 0,0024334
= 410,94Hz

Por lo tanto a una frecuencia de 410,94Hz, el circuito dejara de ser reactivo y solo será óhmico (la resistencia eléctrica será la única impedancia del circuito).

Resumiendo, en un circuito resonante (serie), la frecuencia de resonancia anula el valor reactivo de los componentes. A menor frecuencia de resonancia, el circuito es capacitivo; a mayor frecuencia de resonancia, el circuito es inductivo.

La impedancia total del circuito resonante a la frecuencia de resonancia es mínima ya que es la resistencia la única que proporciona resistencia al circuito.

En otras entradas estudiaremos los circuitos antirresonantes, que cambian el estado de sus componentes de manera contraria a como lo hace un circuito resonante.