Circuito RLC
In un circuito reale l’energia subisce delle perdite. In questo circuito, che è sempre un oscillatore armonico, le oscillazioni vengono smorzate e giungerebbero ad annullarsi in un certo periodo di tempo. Questa situazione viene risolta integrando al circuito una sorgente di energia esterna.
Il circuito RLC è, per precisare nuovamente, il caso reale del circuito LC. La resistenza (R), infatti, è una componente sempre presente nei circuiti reali (anche se il resistore non è per forza un componente del circuito); se, da un lato, l’assenza di questa semplifica la trattazione, è opportuno ricordare il comportamento di questo tipo di circuiti nella realtà. L’effetto del resistore è chiamato smorzamento; la presenza della resistenza riduce,come si vedrà, la frequenza di risonanza.
Descrizione
Questo circuito è costituito da:
Gli elementi circuitali possono essere combinati in più modi, in serie o in parallelo. Il circuito RLC è caratterizzato da una frequenza propria di oscillazione f0, esattamente come il circuito LC. Esso, cioè, è in grado di produrre una corrente oscillante in risposta ad un impulso esterno. La frequenza propria f0 costituisce la risonanza del circuito; il circuito è in grado di assorbire la massima quantità di energia da un generatore esterno di tensione alternata quando la tensione stessa oscilla ad una frequenza molto vicina ad f0.
Funzionamento
Quando il circuito è forzato ad oscillare dall’esterno partendo dalla condizione di equilibrio, la corrente giunge con una frequenza f. L’energia ha forma variabile, appunto secondo la sua frequenza. Il sistema reagisce nel tempo immagazzinando l’energia in base alla sua frequenza naturale f0. Il trasferimento di energia dal generatore al circuito è tanto più efficace quanto la frequenza del generatore è vicina a quella dell’oscillatore (in questo modo generatore e circuito non si ostacolano a vicenda). Se f=f0, generatore e oscillatore sono in risonanza. In questa situazione ottimale, il circuito riceve energia dal generatore ad ogni oscillazione.
In un caso ideale, senza resistenze, l’ampiezza delle oscillazioni diverrebbe infinita; nella realtà le oscillazioni raggiungono un valore massimo finito: molta energia serve ad alimentare le oscillazioni, ma una parte viene dissipata. In questo modo si ottengono oscillazioni di valore massimo finito. La resistenza, quindi, ha un ruolo importante per rendere meno restrittiva la condizione di risonanza (f=f0): se il sistema dissipa energia, anche frequenze molto simili a f0, ma non per forza identiche, possono essere in risonanza con l’oscillatore.
Se la frequenza del generatore non è nemmeno simile a f0, l’energia viene principalmente dissipata, anziché trasferirsi al circuito. Per riassumere, un circuito RLC investito da un’onda complessa (sovrapposizione di più onde) permette di filtrare, grazie alla risonanza, le frequenze più prossime a f0, agendo da filtro e attenuando, perciò, tutte le altre.
Quando il deviatore è chiuso, il condensatore si carica grazie alla pila. Il condensatore cessa di caricarsi quando la differenza di potenziale (d.d.p.) fra le armature del condensatore stesso è pari alla forza elettromotrice del generatore. Nel condensatore si crea un campo elettrico.
Quando si esclude la pila dal circuito, spostando il deviatore, il condensatore comincia a perdere energia, che viene scaricata sulla bobina di induttanza, attorno alla quale si crea un campo magnetico. L’energia del campo elettrico diminuisce fino a che il condensatore non si scarica. Contemporaneamente, il campo magnetico aumenta di intensità, fino a raggiungere il massimo valore possibile. Ad un certo punto, la d.d.p. del condensatore è nulla.