resonant
Nach Abmessungen so ausgelegt, dass durch den Durchgang von elektrischen Wellen einer bestimmten Frequenz Ströme oder elektrische Schwingungen entstehen.
resonant: auf eine Frequenz abgestimmt, um diese zu verstärken
Ein resonanter Stromkreis, ein resonantes Bauteil oder System ist absichtlich so abgestimmt, dass es auf Wechselstrom oder elektromagnetische Signale bei einer bestimmten Frequenz, der sogenannten Resonanzfrequenz, mit maximaler Amplitude antwortet. Das geschieht, wenn die induktive und die kapazitive Reaktanz im Stromkreis gleich groß, aber entgegengesetzt gepolt sind und sich gegenseitig aufheben, sodass nur noch der Widerstand im Stromkreis verbleibt. Das Ergebnis ist ein starker Anstieg des Stromflusses oder der Spannungsantwort bei genau dieser einen Frequenz.
In einem LC-Stromkreis tritt Resonanz auf, wenn die induktive Reaktanz XL gleich der kapazitiven Reaktanz XC ist. Die Resonanzfrequenz wird mit f = 1/(2π√LC) berechnet, wobei L die Induktivität in Henry und C die Kapazität in Farad ist. Bei Frequenzen über oder unter der Resonanz wird der Stromkreis zunehmend induktiv oder kapazitiv, und der Strom fällt ab. Diese Selektivität ist der ganze Sinn der Sache: ein resonanter Stromkreis filtert eine Frequenz aus einer vollen elektromagnetischen Umgebung heraus.
Resonante Systeme finden sich überall in elektrischen Geräten. Radioempfänger nutzen resonante Abstimmschaltungen, um eine gewünschte Rundfunkfrequenz zu isolieren. Blindleistungskompensation in Industrieanlagen nutzt resonante Tanks, um Oberwellenverfälschungen bei bestimmten Frequenzen zu absorbieren. Schaltnetzteilquellen enthalten oft Resonanzstufen, um elektromagnetische Störungen zu reduzieren. Bereits ein einfaches Transformator- und Kondensatorpaar kann bei irgendeiner Frequenz resonieren, daher müssen Ingenieure auf unbeabsichtigte Resonanzen prüfen, die zu Überhitzung oder Ausfall führen könnten.
Was schiefgeht
Die Schärfe einer Resonanz wird durch den Gütefaktor Q beschrieben: ein hochpertiger Stromkreis hat einen engen, intensiven Gipfel; ein niedriger Q-Wert ergibt einen breiten, sanften. Hoher Q bedeutet ausgezeichnete Selektivität, aber auch extreme Empfindlichkeit gegenüber Frequenzabweichungen. Wenn eine resonante Komponente bei 60 Hz arbeiten soll, die Versorgung aber wegen Lastungleichgewicht auf 61 Hz abweicht, könnte ein schmalbandiges resonantes Filter plötzlich nicht mehr richtig leiten. Bauteilalterung, Temperaturänderungen und Fertigungstoleranzen verschieben die Resonanzfrequenz im Laufe der Zeit leicht.
Der Begriff resonant kommt von der Analogie zur mechanischen Resonanz: genauso wie eine Stimmgabel bei ihrer Eigenfrequenz am leichtesten schwingt, hat ein elektrischer Stromkreis eine Eigenfrequenz, bei der er gerne oszilliert. Der Name ist treffend, weil das Verhalten im Grunde dasselbe ist, auch wenn es hier um elektromagnetische statt um mechanische Energie geht.