전기 공진

전기 공진(electrical resonance)은 특정 공명 주파수에서 전기 회로 내의 회로 요소들의 온저항 또는 어드미턴스가 서로 상쇄될 때 발생한다. 일부 회로에서는 입력과 출력 사이의 온저항이 거의 0이고 전달 함수가 1에 가까울 때 발생한다.

공명 회로는 링잉 현상을 보이며, 입력되는 전압이나 전류보다 더 높은 전압이나 전류를 생성할 수 있다. 이들은 무선 (라디오) 전송 및 수신 모두에 널리 사용된다.

LC 회로

축전기와 유도자가 포함된 회로의 공명은 유도자의 붕괴하는 자기장이 코일에 전류를 생성하여 축전기를 충전하고, 그 다음 방전하는 축전기가 유도자에 자기장을 형성하는 전류를 공급하기 때문에 발생한다. 이 과정은 계속해서 반복된다. 기계적인 진자와 비유할 수 있으며, 둘 다 단순 조화 진동자의 한 형태이다.

공명 시 LC 회로의 직렬 온저항은 최소가 되고 병렬 온저항은 최대가 된다. 공명은 주어진 유도계수와 전기 용량 값에 대해 특정 진동수에서 발생하기 때문에 튜닝 및 필터링에 사용된다. 또한 원치 않는 지속적이고 과도적인 진동을 일으켜 잡음, 신호 디스토션, 회로 요소 손상을 유발할 수 있으므로 전기 통신 회로의 작동에 해로울 수 있다.

병렬 공명 또는 공명에 가까운 회로는 유도자가 자기장을 형성하거나 축전기가 충전 및 방전될 때 발생하는 전기 에너지 낭비를 방지하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 비동기 모터는 유도 전류를 낭비하는 반면 동기 모터는 전기 용량 전류를 낭비한다. 두 가지 유형을 병렬로 사용하면 유도자가 축전기를 공급하고 그 반대로 작용하여 회로에 동일한 공명 전류를 유지하고 모든 전류를 유용한 작업으로 변환한다.

유도성 반응저항과 용량성 반응저항의 크기가 같으므로,
,
따라서
,
여기서 이며, 는 헤르츠 단위의 공명 주파수이고, 은 헨리 단위의 유도계수이며, 는 패럿 단위의 전기 용량으로, 표준 SI 단위를 사용했을 때이다.

공명의 품질(여기될 때 얼마나 오래 진동하는지)은  인자에 의해 결정되며, 이는 저항의 함수이다: . 이상적인, 손실이 없는  회로는 무한한 를 가지지만, 모든 실제 회로는 어느 정도의 저항과 유한한 를 가지며, 일반적으로  회로로 더 현실적으로 근사된다.

RLC 회로

RLC 회로 (또는 LCR 회로)는 저항기, 유도자, 축전기로 구성된 전기 회로로, 직렬 또는 병렬로 연결된다. RLC라는 이름은 이 글자들이 각각 저항, 유도계수 및 전기 용량의 일반적인 전기 기호이기 때문이다. 이 회로는 전류에 대한 조화 진동자를 형성하며 LC 회로와 유사하게 공명한다. 저항기의 존재로 인한 주요 차이점은 회로에 유도된 모든 진동이 외부 소스에 의해 유지되지 않으면 시간이 지남에 따라 감쇠한다는 것이다. 저항기의 이러한 효과를 감쇠라고 한다. 저항의 존재는 또한 감쇠 진동의 최대 공명 주파수를 감소시키지만, 구동 진동의 공명 주파수는 LC 회로와 동일하게 유지된다. 저항기가 별도의 구성 요소로 특별히 포함되지 않더라도 실제 회로에서는 일부 저항이 불가피하다. 순수한 LC 회로는 이론에서만 존재하는 이상적인 회로이다.

이 회로에는 많은 응용 분야가 있다. 여러 종류의 발진 회로에 사용된다. 중요한 응용 분야는 라디오 수신기나 텔레비전 수상기와 같은 튜닝에 사용되며, 주변 전파에서 좁은 주파수 범위를 선택하는 데 사용된다. 이 역할에서 회로는 종종 동조 회로라고 불린다. RLC 회로는 대역 필터, 대역 제거 필터, 로우패스 필터 또는 하이패스 필터로 사용될 수 있다. 예를 들어 튜닝 응용 프로그램은 대역 필터링의 예이다. RLC 필터는 2차 회로로 설명되는데, 이는 회로의 모든 전압 또는 전류가 회로 분석에서 2차 미분방정식으로 설명될 수 있음을 의미한다.

세 가지 회로 요소는 여러 가지 다른 토폴로지로 결합될 수 있다. 세 요소 모두 직렬 또는 세 요소 모두 병렬은 개념적으로 가장 간단하고 분석하기 가장 쉽다. 그러나 다른 배열도 있으며, 일부는 실제 회로에서 실용적으로 중요하다. 종종 발생하는 한 가지 문제는 유도자 저항을 고려해야 한다는 것이다. 유도자는 일반적으로 코일 와이어로 구성되며, 그 저항은 일반적으로 바람직하지 않지만 종종 회로에 상당한 영향을 미친다.

 예시 
직렬  회로는 4 Ω의 저항, 500 mH의 유도계수, 그리고 가변 전기 용량을 갖는다. 공급 전압은 50 Hz에서 100 V의 교류 전압이다.
공명 시  직렬 공명을 제공하는 데 필요한 전기 용량은 다음과 같이 계산된다:

유도자와 축전기에 걸리는 공명 전압  및 는 다음과 같다:

이 예시에서 알 수 있듯이, 직렬  회로가 공명 상태에 있을 때 유도자와 축전기에 걸리는 전압의 크기는 공급 전압보다 여러 배 더 커질 수 있다.

 같이 보기 
 반공명
 안테나 이론
 공동 공진기
 전자 필터
 자기 공진 결합 - 두 공진 코일 간의 무선 에너지 전송

 각주 

분류:신시사이저
분류:전자 회로
분류:필터 이론