De cruciale rol van het resonante LC-circuit in AM-radio

Het vermogen van een Amplitude Modulation (AM) radio-ontvanger om één enkele uitzending te isoleren van de vele signalen die de antenne bombarderen, is fundamenteel afhankelijk van een eenvoudige maar elegante elektronische structuur: het resonante Inductor-Capacitor (LC) circuit, ook wel de afgestemde kring genoemd. Dit artikel legt uit hoe de principes van reactantie en resonantie, de kernconcepten van AC-circuitanalyse, dit circuit in staat stellen zijn essentiële functie van frequentieselectie en -afstemming uit te voeren.

De Stichting: Reactantie

In een gelijkstroomcircuit werken componenten zoals weerstanden de stroom tegen (weerstand). In een wisselstroomcircuit werken spoelen en condensatoren ook de wisselstroom tegen, een eigenschap die reactantie (X) wordt genoemd. In tegenstelling tot weerstand, die energie afgeeft, slaat reactantie energie op en geeft deze terug aan het circuit, en de grootte ervan is afhankelijk van de signaalfrequentie (f).

• Capacitieve reactantie ( _XC ): Condensatoren zijn bestand tegen snelle spanningsveranderingen. Bij zeer lage frequenties (of gelijkstroom) gedraagt ​​een condensator zich als een open circuit (oneindige reactantie). Naarmate de frequentie toeneemt, neemt de capacitieve reactantie af:
  _XC = 1/(2πfC)
  Een hoogfrequent signaal wordt gemakkelijker doorgegeven.
• Inductieve reactantie ( _XL ): Inductoren zijn bestand tegen snelle stroomveranderingen. Bij zeer hoge frequenties gedraagt ​​een inductor zich als een open circuit (oneindige reactantie). Naarmate de frequentie afneemt, neemt de inductieve reactantie af:
  X _L = 2πfL
  Een laagfrequent signaal wordt gemakkelijker doorgegeven.

Het mechanisme: resonantie

In een serie- of parallel-LC-schakeling werken capacitieve en inductieve reactantie tegengesteld aan elkaar, en hun totale impedantie (Z) wordt als volgt berekend:

Z = R + j(X _L - X _C )

Resonantie treedt op wanneer de inductieve reactantie de capacitieve reactantie (X _L = X _C ) perfect opheft. Bij deze specifieke resonantiefrequentie (f ₀ ) is het circuit puur resistief (Z = R), en deze frequentie wordt gedefinieerd door de waarden van de inductor (L) en condensator (C):

2πf ₀ L = 1/(2πf ₀ C) ⇒ f ₀ = 1/(2π√(LC))

LC-circuit bij AM-afstemming

AM-radiotuners maken doorgaans gebruik van een parallel LC-circuit .

1. Hoge impedantie bij resonantie: In de parallelle configuratie, bij de resonantiefrequentie (f ₀ ), is de stroom door de spoel precies uit fase met de stroom door de condensator. Ze circuleren intern tussen de twee componenten, wat resulteert in een zeer hoge (theoretisch oneindige) impedantie over de externe circuitaansluitingen.
2. Frequentieselectie: De antenne stuurt een mix van alle binnenkomende radiosignalen naar deze parallelle LC-kring. Omdat de kring alleen bij de resonantiefrequentie (f ₀ ) een hoge impedantie heeft, is de versterkertrap van de ontvanger effectief geïsoleerd van alle frequenties, behalve het signaal bij f ₀ . Dit signaal wordt "gevangen" of sterk benadrukt over de hoge impedantie van de afgestemde kring, waardoor het efficiënt kan worden doorgegeven aan de volgende trap voor detectie.

De handeling van het afstemmen

Het afstemmen van een AM-radio is eenvoudigweg het veranderen van de resonantiefrequentie (f ₀ ) van het LC-circuit, zodat deze overeenkomt met de draagfrequentie van het gewenste radiostation.

De capaciteit (C) van de afstemcondensator in het circuit wordt fysiek gevarieerd door de gebruiker aan een knop te draaien. Dit proces verandert het L × C-product, wat op zijn beurt de resonantiefrequentie (f ₀ ) verschuift.

• Om af te stemmen op een station met een lagere frequentie: De gebruiker verhoogt de capaciteit (C), waardoor f ₀ lager wordt.
• Om af te stemmen op een station met een hogere frequentie: De gebruiker verlaagt de capaciteit (C), waardoor f ₀ toeneemt.

Door C te variëren scant de ontvanger de AM-band (bijvoorbeeld 530 kHz tot 1700 kHz), waardoor het selectieve filter met hoge impedantie zich kan afstemmen op de gewenste uitzendfrequentie en alleen deze kan selecteren. Dit toont de elegante toepassing van reactantie en resonantie in praktische elektronica.