9.8 : Serienresonanz

Die Impedanz des RLC-Schaltkreises ist definiert als das Verhältnis der Versorgungsspannung zum Stromkreisstrom. Resonanz in einem solchen Schaltkreis tritt auf, wenn der Imaginärteil dieser Impedanz gleich Null ist. Dieser spezielle Zustand bedeutet, dass die induktive Reaktanz genau gleich der kapazitiven Reaktanz ist. Die Frequenz, bei der dies geschieht, wird als Resonanzfrequenz bezeichnet. Mathematisch ist die Resonanzfrequenz umgekehrt proportional zur Quadratwurzel des Produkts aus Induktivität (L) und Kapazität (C).

Bei dieser Resonanzfrequenz verhält sich die Reihenschaltung aus Induktor und Kondensator wie ein Kurzschluss. Folglich wirkt der Schaltkreis rein resistiv, d. h. die Impedanz ist minimal und der Schaltkreis lässt einen maximalen Stromfluss zu. Dies führt auch dazu, dass Spannung und Strom in Phase sind, wodurch ein Leistungsfaktor von eins erreicht wird.

Wenn Resonanz erreicht wird, erreicht die Impedanz ihre minimale Größe, wodurch ein maximaler Stromfluss durch den Schaltkreis möglich ist. Außerdem kann bei Resonanz die Spannung über Induktor und Kondensator die Quellenspannung aufgrund des Qualitätsfaktors des Schaltkreises, der die Effizienz des Schaltkreises bei seiner Resonanzfrequenz angibt, erheblich überschreiten. Dieses Phänomen ist bei Anwendungen wie Radiotunern und Filtern entscheidend, bei denen die Signalstärke für eine ausgewählte Frequenz verbessert werden muss.

Der Serienresonanzschaltkreis ist durch die Resonanzfrequenz gekennzeichnet, bei der der Schaltkreis ein rein resistives Verhalten mit maximalem Strom zeigt. Während des Resonanzzustands steigt der induktive und kapazitive Blindstrom um ein Vielfaches gegenüber seinem Standardwert an. Trotzdem wird dieser Effekt nicht beobachtet, da sich induktiver und kapazitiver Blindwiderstand gegenseitig aufheben. Die Resonanzfrequenz ist bei verschiedenen Anwendungen von entscheidender Bedeutung, einschließlich Abstimmschaltungen in Radiosendern und -empfängern, bei denen die Fähigkeit, bestimmte Frequenzen auszuwählen oder abzulehnen, unerlässlich ist.