Circuiti LC e RLC

Il circuito oscillante è un particolare circuito elettrico, fondamentale per lo studio del funzionamento della radio. È un componente chiave in molti dispositivi elettronici ed è utilizzato per generare segnali a una particolare frequenza o per rilevarne uno filtrando un segnale complesso in ricezione. Costituisce anche un filtro passa-banda, arresta-banda, passa-basso o passa-alto a seconda della sua costituzione. La domanda di sintonia, ad esempio, è un esempio di filtro passa-banda.

Circuito LC

Il circuito oscillante LC è denominato in questo modo dal nome dei suoi componenti.

Descrizione

Induttore L:

componente elettrico che genera un campo magnetico al passaggio di corrente elettrica. Nella teoria dei circuiti è un componente ideale (ad esso si associa la grandezza detta induttanza) in cui tutta l’energia elettrica assorbita è immagazzinata nel campo magnetico prodotto. Gli induttori reali presentano anche fenomeni dissipativi. L’induttore è un filo conduttore avvolto su se stesso. Bobina e induttore vengono qui identificati come sinonimi.

Condensatore C:

componente elettrico che immagazzina energia in un campo elettrostatico. Nella teoria dei circuiti è un componente ideale che può mantenere l’energia e la carica accumulata all’infinito.

Funzionamento
Il circuito LC può immagazzinare energia elettrica in base alla sua frequenza di risonanza. Il condensatore immagazzina energia elettrica e l’induttore la trasforma in energia elettromagnetica. Se un condensatore carico è collegato a un induttore, per differenza di potenziale l’energia fluisce attraverso l’induttore e il campo magnetico aumenta in intensità (a discapito di quello elettrico). Per la legge di Lenz, però, nasce una forza elettromotrice che si oppone alla diminuzione di flusso di energia che si verifica nella bobina. La corrente elettrica circola nuovamente e carica il condensatore con corrente di segno opposto a quello precedente, fino a che la corrente si annulla. L’energia del campo magnetico si tramuta completamente, quindi, in elettrica. La differenza di potenziale fa poi nuovamente scaricare il condensatore sulla bobina; questo fenomeno si ripete all’infinito. In un circuito reale sintonizzato le oscillazioni sono migliaia o milioni al secondo.

Considerazioni
L e C sono quindi in grado di rimbalzarsi l’energia elettrica presente nel circuito; per questo motivo, da un punto di vista energetico, efficace è il paragone tra il circuito e un oscillatore armonico (in cui l’energia potenziale si trasforma in cinetica e viceversa all’infinito): L e C possono essere paragonati ad una massa e ad una molla; anche questi due elementi, infatti, producono delle oscillazioni in presenza di una forza esterna (anche, banalmente, la forza di gravità). Per approfondire quest’analogia, consultare l’appendice della sezione sui circuiti.

Si può affermare che L e C siano in competizione per aggiudicarsi l’energia del sistema. L’energia in ogni istante è finita e, se un componente ne ha la quantità massima, l’altra deve averne quella minima.

Le applicazioni più comuni del circuito LC sono la sintonizzazione (la frequenza di risonanza del circuito è uguale alla frequenza portante del segnale) oppure, a seconda che siano istallati in serie o in parallelo, più circuiti LC possono amplificare rispettivamente tensione di corrente e intensità di corrente, oppure ancora nel riscaldamento ad induzione e in amplificatori, oscillatori, filtri, sensori elettronici di sicurezza.