Calculadora de frequência de ressonância (LC e RLC)

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Resultado

Frequência de ressonância f₀5,033 kHz
Frequência angular ω₀31623 rad/s
Reatância na ressonância316,2 Ω
Fator de qualidade Q15,81
Largura de banda318,3 Hz
Frequência de meia potência inferior4,876 kHz
Frequência superior de meia potência5,195 kHz
Impedância na ressonância20 Ω

Na ressonância, um circuito RLC série tem a menor impedância, Z = R, e por isso a corrente é máxima.

Encontre a frequência de ressonância de um circuito LC, ou a indutância ou capacitância necessária para uma dada frequência. Para circuitos RLC série e paralelo, a calculadora também fornece o fator de qualidade Q, a largura de banda e as duas frequências de meia potência (−3 dB). Escolha unidades de nH a H, de pF a µF e de Hz a MHz; cada conversão aparece nos passos.

Solução passo a passo

Unidades

L = 10 mH = 0,01 H
C = 100 nF = 1 × 10⁻⁷ F

Ressonância: as reatâncias são iguais

XL = XC → ω₀L = 1/(ω₀C) → ω₀ = 1/√(LC)
f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,01·(1 × 10⁻⁷))) = 5,033 kHz
ω₀ = 2πf0 = 31623 rad/s

Reatância na ressonância

XL = ω₀L = 31623·0,01 = 316,2 Ω = XC = √(L/C)

Fator de qualidade e largura de banda

Q = (1/R)·√(L/C) = 316,2/20 = 15,81
BW = f0/Q = 5033/15,81 = 318,3 Hz
f1,2 = f0·(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)) = 4,876 kHz, 5,195 kHz

Fórmulas principais

Frequência natural
ω0 = 1/√(LC), f0 = 1/(2π√(LC))
RLC série
Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
RLC paralelo
Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
Fator de qualidade
Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
Largura de banda
BW = f2 − f1 = f0/Q, f0 = √(f1f2)

Como calcular a frequência de ressonância

  1. Converta L para henry e C para farad.
  2. Na ressonância as reatâncias se anulam: X_L = X_C, então ωL = 1/(ωC) e ω₀ = 1/√(LC).
  3. Converta para hertz: f₀ = ω₀/(2π) = 1/(2π√(LC)).
  4. Fator de qualidade: Q = (1/R)·√(L/C) para um circuito RLC série e Q = R·√(C/L) para um paralelo.
  5. Largura de banda: BW = f₀/Q. As frequências de meia potência são f₀·(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)).

Perguntas e respostas

A resistência altera a frequência de ressonância?

Não, no circuito RLC série ideal nem com R, L e C todos em paralelo: ambos ressoam em f₀ = 1/(2π√(LC)). Ela altera no circuito tanque em que a resistência está em série com a bobina: nele, f₀ = (1/2π)·√(1/(LC) − R²/L²).

O que acontece na ressonância em um circuito série?

As tensões no indutor e no capacitor são iguais e opostas, a impedância cai ao mínimo Z = R e a corrente é máxima. A tensão sobre L ou C pode ser Q vezes a tensão da fonte.

O que acontece na ressonância em um circuito paralelo?

As correntes nos ramos L e C se anulam, a impedância sobe ao máximo Z = R e o circuito consome a menor corrente da fonte. É assim que um circuito tanque paralelo seleciona uma frequência.

O que é a largura de banda?

A faixa de frequências entre os dois pontos de meia potência, em que a potência é metade do valor na ressonância e a corrente ou tensão é 1/√2 do pico (−3 dB). BW = f₀/Q, então um circuito com Q alto é mais seletivo.

Por que as frequências de meia potência não são simétricas em torno de f₀?

Elas são simétricas em escala logarítmica: f₁·f₂ = f₀². Para um Q alto são quase exatamente f₀ ± BW/2, mas para um Q baixo a inferior fica nitidamente mais perto de f₀.

Pratique você mesmo

Pratique Ressonância LC, fator Q e largura de banda

Uma calculadora dá a resposta. Na prova você precisa do método: pratique-o com exercícios novos, dicas e soluções resolvidas.

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