Mis on resonantsahel?

Resonantsahel, tuntud ka kui LC-ahel, paagiahel või häälestatud vooluahel, on vooluahel, mis salvestab energiat ja kannab seda korduvalt edasi-tagasi sarnaselt pendlile. Energia liigub induktiivpooli, vooluahela komponendi, mis salvestab energiat magnetvälja, ja kondensaatori vahel, mis salvestab energiat elektriväljas. Kui need kaks töötavad samal sagedusel, öeldakse, et vooluahel on häälestatud. Selliseid häälestusahelaid kasutatakse tuunerites ja võimendites.

Induktiivpool ja kondensaator töötavad koos. Kondensaator salvestab energiat pinge kujul ja vabastab selle seejärel voolu kujul. Induktor salvestab voolust saadava energia oma magnetvälja ja vabastab seejärel energia tagasi kondensaatorisse. Kaks vooluahela komponenti edastavad oma salvestatud energia edasi-tagasi, seda nähtust nimetatakse võnkumiseks. Resonantsahela sageduseks loetakse, mitu korda igas sekundis energiat edasi-tagasi kantakse.

Resonantsahel on nagu pendel. Inimene tõmbab pendli ühele küljele, salvestades sellega potentsiaalset energiat, sest pendli bob on kõrgemal kui varem. Pendli vabastamisel muudetakse potentsiaalne energia kineetiliseks energiaks, liikumisenergiaks. Kineetiline energia paneb pendli läbima neutraalasendi, et tõusta teisele poole, salvestades taas potentsiaalset energiat. Pendel võngub edasi-tagasi, kuni energia saab otsa.

Nagu pendel, töötab resonantsahel kõige tõhusamalt siis, kui see võngub eelistatud ehk resonantssagedusel. Kiirus, millega kondensaator ja induktiivpool energiat võtavad ja vabastavad, on aja funktsioon. Kui proovite juhtida vooluahelat kiiremini kui selle resonantssagedus, ei suuda kondensaator ega induktiivpool energiat piisavalt kiiresti vastu võtta ja vabastada. Ahela resonantssagedus määratakse võrrandiga 1, mis on jagatud L x C ruutjuurega. L tähistab induktiivsust Henries ja C tähistab mahtuvust Faradides.

Nagu laps kiigel, kaotavad resonantsahelad energia edasi-tagasi edastamisel osa energiast, seega tuleb ahela käigushoidmiseks lisada uut energiat. Juhtmetel on takistus. Kondensaatorid ei eralda nii palju energiat, kui nad sisse võtavad. Resonantsahela kadu mõõdetakse kvaliteediteguri ehk Q-teguriga. Suurem Q-tegur näitab, et iga võnkumisega kaob vähem energiat.

Q-tegur arvutatakse ahelast väljuvate võnkumiste amplituudi või tugevuse suhtena võrrelduna ahelasse minekuga. Kõrgem Q-tegur näitab, et vooluahela ülalpidamiseks on vaja vähem energiat ja iga sisendi jaoks toodetakse rohkem väljundit. Analoogia põhjal võib seda lapse kiigel võrrelda sellega, kui kaugele kiik liigub pärast vanema tõuget, võrreldes sellega, kui kaugele läbis vanema käsi last lükates.
Ostsillaator on spetsiaalne vooluahel, mis asendab ideaalsest väiksemast Q-tegurist kaotatud energia. Kui laps pumpab kiike õige sagedusega, lisades süsteemi korrapäraste ajavahemike järel energiat, et ületada hõõrdumisest ja tuuletakistusest tingitud kadu, võib laps kiikuda lõputult. Raadiotuuner on kõrge Q-teguriga resonantsahel. Nupu keeramine muudab muutuva kondensaatori mahtuvust. Kui resonantsahel on häälestatud raadiojaama saatjaga samale sagedusele, toodab ahel suure amplituudiga ja selge heliülekande.