¿Cómo funciona un circuito LCR?

Un circuito LCR, también conocido como circuito resonante, circuito sintonizado o circuito RLC, es un circuito eléctrico que consta de un inductor (L), un condensador (C) y una resistencia (R) conectados en serie o en paralelo. Estos circuitos son fundamentales para muchos dispositivos y sistemas electrónicos y desempeñan un papel crucial en aplicaciones como sintonización de radio, filtrado de señales y corrección del factor de potencia. Como proveedor de LCR, a menudo me preguntan cómo funcionan estos circuitos y, en esta publicación de blog, brindaré una explicación detallada.

Componentes básicos de un circuito LCR

Antes de profundizar en cómo funciona un circuito LCR, es fundamental comprender los componentes básicos que componen el circuito:

• Inductor (L): Un inductor es un componente eléctrico pasivo de dos terminales que almacena energía en un campo magnético cuando la corriente eléctrica fluye a través de él. La inductancia, medida en henrios (H), determina cuánto campo magnético se genera para una corriente determinada. Cuando la corriente a través de un inductor cambia, induce una fuerza electromotriz (EMF) que se opone al cambio de corriente, según la ley de inducción electromagnética de Faraday.

• Condensador (C): Un condensador es otro componente pasivo de dos terminales que almacena energía en un campo eléctrico entre dos placas conductoras separadas por un material aislante. La capacitancia, medida en faradios (F), indica la capacidad del capacitor para almacenar carga. Cuando se aplica voltaje a través de un capacitor, este se carga y cuando se elimina la fuente de voltaje, puede descargar la energía almacenada.

• Resistencia (R): Una resistencia es un componente pasivo que restringe el flujo de corriente eléctrica en un circuito. La resistencia, medida en ohmios (Ω), determina la cantidad de corriente que fluirá para un voltaje determinado, según la ley de Ohm (V = IR). Las resistencias disipan la energía eléctrica en forma de calor.

Circuito LCR en serie

En un circuito LCR en serie, el inductor, el condensador y la resistencia están conectados de extremo a extremo, por lo que la misma corriente fluye a través de los tres componentes. Analicemos el comportamiento de un circuito LCR en serie cuando se aplica una fuente de voltaje de corriente alterna (CA).

La impedancia (Z) de un circuito LCR en serie viene dada por la fórmula:

[Z=\sqrt{R^{2}+(X_{L} - X_{C})^{2}}]

donde (X_{L}=\omega L) es la reactancia inductiva, (X_{C}=\frac{1}{\omega C}) es la reactancia capacitiva, (\omega = 2\pi f) es la frecuencia angular de la fuente de CA, (f) es la frecuencia, (L) es la inductancia y (C) es la capacitancia.

La reactancia inductiva (X_{L}) es directamente proporcional a la frecuencia (f) y la inductancia (L). A medida que aumenta la frecuencia, (X_{L}) aumenta, lo que significa que el inductor ofrece más oposición al flujo de corriente. Por otro lado, la reactancia capacitiva (X_{C}) es inversamente proporcional a la frecuencia (f) y la capacitancia (C). A medida que aumenta la frecuencia, (X_{C}) disminuye, por lo que el condensador ofrece menos oposición a la corriente.

El ángulo de fase (\varphi) entre el voltaje y la corriente en un circuito LCR en serie viene dado por:

[\tan\varphi=\frac{X_{L}-X_{C}}{R}]

Si (X_ {L}> X_ {C}), el circuito es inductivo y el voltaje adelanta a la corriente. Si (X_ {L} <X_ {C}), el circuito es capacitivo y la corriente adelanta al voltaje. Cuando (X_ {L} = X_ {C}), el circuito está en resonancia y la impedancia (Z = R) está en su mínimo. En resonancia, la corriente en el circuito alcanza su valor máximo, y la frecuencia a la que esto ocurre se llama frecuencia de resonancia (f_ {0}), dada por:

[f_{0}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}]

Circuito LCR paralelo

En un circuito LCR en paralelo, el inductor, el condensador y la resistencia están conectados a través de la misma fuente de voltaje. La admitancia total (Y) de un circuito LCR en paralelo viene dada por:

[Y=\sqrt{G^{2}+(B_{C}-B_{L})^{2}}]

donde (G=\frac{1}{R}) es la conductancia, (B_{L}=\frac{1}{X_{L}}=\frac{1}{\omega L}) es la susceptancia inductiva y (B_{C}=\omega C) es la susceptancia capacitiva.

La impedancia (Z=\frac{1}{Y}). Similar al circuito en serie, el circuito LCR en paralelo también tiene una frecuencia de resonancia. En resonancia en un circuito LCR paralelo, las susceptancias inductiva y capacitiva se cancelan entre sí ((B_ {L} = B_ {C})), y la impedancia alcanza su valor máximo.

Aplicaciones de los circuitos LCR

Los circuitos LCR tienen una amplia gama de aplicaciones en electrónica e ingeniería eléctrica:

• Sintonización de radio: En los receptores de radio, los circuitos LCR se utilizan para sintonizar diferentes estaciones de radio. Al ajustar la capacitancia o inductancia del circuito, la frecuencia de resonancia se puede cambiar para que coincida con la frecuencia de la señal de radio deseada. Esto permite al receptor seleccionar una estación específica mientras rechaza otras.

• Filtrado de señal: Los circuitos LCR se pueden utilizar como filtros para separar diferentes frecuencias en una señal. Por ejemplo, un filtro de paso bajo permite el paso de señales de baja frecuencia mientras atenúa las señales de alta frecuencia, y un filtro de paso alto hace lo contrario. También se pueden construir filtros de paso de banda y de parada de banda utilizando circuitos LCR para seleccionar o rechazar un rango específico de frecuencias.

• Corrección del factor de potencia: En los sistemas de energía eléctrica, los circuitos LCR se utilizan para mejorar el factor de potencia. Al agregar un capacitor en paralelo con una carga inductiva, se puede reducir la potencia reactiva, lo que mejora la eficiencia del sistema eléctrico y reduce las pérdidas de energía.

Medición de parámetros LCR

Para diseñar y analizar con precisión circuitos LCR, es necesario medir los valores de inductancia, capacitancia y resistencia. Como proveedor de LCR, ofrecemos una variedad de medidores LCR de alta calidad para este fin. Por ejemplo, elMedidor LCR Agilent 4287A, 1 MHz - 3 GHzes adecuado para medir componentes a altas frecuencias, mientras que elMedidor LCR Agilent 4285A, 75 KHz - 30 MHzEs ideal para aplicaciones de media frecuencia. ElMedidor LCR Agilent E4982A, 1 MHz a 300 MHz / 500 MHz / 1 GHz / 3 GHzOfrece un amplio rango de frecuencia y alta precisión para mediciones precisas.

Contacto para adquisiciones

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Referencias

• Boylestad, RL y Nashelsky, L. (2012). Dispositivos electrónicos y teoría de circuitos. Pearson.
• Dorf, RC y Svoboda, JA (2011). Introducción a los circuitos eléctricos. Wiley.
• Nilsson, JW y Riedel, SA (2015). Circuitos Eléctricos. Pearson.