Rezonans Devreleri Nedir?

Rezonans devreleri, en temel fiziksel sistemlerden biri olan salınımlı sistemlerin elektrik alanında kullanılan örneklerine verilen addır. 20. yüzyılın ikinci yarısında elektroniğin etkinlik alanının olağanüstü genişlemesi ile telekomünikasyon sistemlerinde kullanılan çeşitli türden L-C filtreleri de rezonans olayından dolaylı olarak yararlanan yapılar olarak önem kazanmış ve bir süre devreler teorisi disiplininin temel uğraşı alanı olmuştur.

Rezonans Devreleri

Rezonans, fizikte bir sistemin (genellikle doğrusal bir sistemin) bazı frekanslarda diğerlerine nazaran daha büyük genliklerde salınması eğilimidir. Bir elektrik devresinde; bir kondansatörle bir bobinden oluşan devrelere rezonans devresi denir. Bu devre tipinde bobinin manyetik enerjisi periyodik olarak kondansatörün elektrik enerjisine dönüşür. Bu dönüşüm periyodu olarak bobinle kapasitenin değerleri tarafından belirlenir.

Bir rezonans devresi bir bobin (endüktans) ile bir kondansatörün (kapasitenin) seri yahut paralel bağlanması ile gerçekleştirilir ve “seri rezonans devresi” yahut “paralel rezonans devresi” olarak anılır. Rezonans devrelerinin gerçekleştirilmesinde kullanılan bobinler, sargı dirençleri nedeni ile ideal endüktanslar değildir. 

Radyo uygulamalarında endüktans olarak çeşitli yapıda bobinler kullanılmıştır. Endüktansın değeri yaklaşık olarak sarım sayısının karesi ile ve ayrıca ortamın bağıl magnetic geçirgenliği (μ) ile orantılıdır. Bu bobinlerle 100-1000 mertebesinde Q değerleri, gerekli özen gösterildiğinde kolayca sağlanabilir. Bu nedenle rezonans devreleri ile ilgili olarak temel yayınlarda bağıntılar hep Q>>1 kabul edilerek çıkartılmış yahut basitleştirilmiştir.

Seri Rezonans Devreleri

Seri rezonans devreleri bir bobinle bir kondansatörün seri bağlanmasından elde edilir. Gösterilen devrede RL selfin, RC kondansatörün kayıp dirençleridir. Pratikte kondansatörler çok küçük kayıplarla imal edilebildiklerinden yapacağımız hesaplarda Rc =0 Ω olarak alınacaktır.

Önerilen Yazı » Lojik Kapılar (Devreler) Nedir? Ne İşe Yarar?

Devreden akan I akımı RL direncinde akımla aynı yönde olan UR = I. RL gerilim düşümüne, selfte akımdan 90° ileri kaymış UL = IwL gerilim düşümüne ve kondansatörde, akımdan 90° kaymış Uc =1 / wC gerilim düşümüne sebep olacaktır. Bir frekans değeri için olması durumunda reaktif terimi sıfır olur (olması durumu) ve devrenin toplam empedansı tamamen dirençsel (reel) olur. Bu durum seri rezonans olarak adlandırılır ve frekansına seri rezonans frekansı denir.

ƒo frekansında devrenin empedansı minimum (Ztoplam=Rs ) olduğundan akım maksimum değerde ve gerilimle aynı fazda olur. Bobin ve kondansatördeki gerilimler +/- 90 faz farklıdır. Rezonans durumunda bu açıların toplamı sıfır olur. Akımın en yüksek değerini aldığı bu frekansa rezonans frekansı denir. ƒo rezonans frekansının altında ve üstünde gerilimin en yüksek değerinin (Vmax ) 0.707’sine düştüğü (gücün yarıya düştüğü) frekanslar alt kesim ve üst kesim frekansı olarak adlandırılır. Bu iki frekansın farkına rezonans devresinin frekans bant genişliği denir.

Paralel Rezonans Devreleri

Paralel rezonans bir kondansatörle bir bobinin paralel bağlanmasından elde edilir. Bir ƒo frekans değeri için reaktif terim sıfır olur ve devrenin toplam empedansı tamamen dirençsel olur. Bu durum paralel rezonans olarak adlandırılır.

Önerilen Yazı » Online Elektronik Devre Simülasyon Programı

Reaktif terimi sıfır yapan frekans değeri hesaplanırsa;

olarak bulunur. Rezonans frekansında akım ve gerilim en yüksek değerini alır (Vmax ). Bu frekansa ƒo Rezonans frekansının altında ve üstünde gerilimin en yüksek değerinin ( Vmax) 0.707’sine düştüğü (gücün yarıya düştüğü) frekanslar alt kesim ve üst kesim frekansı olarak adlandırılır. Bu iki frekansın farkına rezonans devresinin frekans bant genişliği denir.

Son on yıl içinde haberleşme sistemlerinde kullanılan frekansların GHz ler düzeyine yükselmiş olması ve bunun sonucu olarak gerekli olan endüktans değerlerinin nH ler mertebesine düşmesi, mobil sistemlerin gerektirdiği boyut sınırlamaları ve mikroelektronik teknolojisinde sağlanan gelişmeler bir arada, endüktansların tümdevre içinde gerçekleştirilmesi konusunu gündeme getirmiş, bunun sonucu olarak endüktanslar ve rezonans devreleri teknoloji gündeminde yeniden yer almıştır.