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Resonanz ist eine physikalische harmonische Schwingung, bei der die Beschleunigung eines Objekts proportional zur Verschiebung weg von der Gleichgewichtsposition ist und immer eine Schwingung unter der Wirkung der zur Gleichgewichtsposition weisenden Rückstellkraft ist.
Wenn ein einzelnes Portnetzwerk, das induktive, kapazitive und ohmsche Elemente enthält, bei bestimmten Betriebsfrequenzen Resonanz erfährt, wenn die Wellenformphasen der Portspannung und des Portstroms gleich sind, spricht man von Schaltungsresonanz. Ein Kreis, der in Resonanz treten kann, wird Resonanzkreis genannt.
In einem Wechselstromkreis mit den Komponenten Widerstand R, Induktivität L und Kondensator C unterscheidet sich die Spannung an beiden Enden des Stromkreises im Allgemeinen in der Phase vom Strom darin. Wenn die Parameter oder die Netzfrequenz der Schaltungskomponenten (L oder C) angepasst werden, können sie auf die gleiche Phase gebracht werden und die gesamte Schaltung erscheint rein ohmsch. Wenn ein Schaltkreis diesen Zustand erreicht, spricht man von Resonanz. Im Resonanzzustand erreicht die Gesamtimpedanz des Stromkreises ihren Maximalwert oder nähert sich diesem an. Der Zweck der Resonanzforschung besteht darin, dieses objektive Phänomen zu verstehen und seine Eigenschaften in Wissenschaft und angewandter Technologie voll auszuschöpfen und gleichzeitig den Schaden zu verhindern, den es verursachen kann. Es gibt zwei Arten von Stromkreisverbindungen:Serienresonanzund Parallelresonanz.
Das Phänomen eines passiven (bezieht sich auf einen Schaltkreis ohne unabhängige Stromquelle) linearen zeitinvarianten Schaltkreises, der eine Induktorspule und einen Kondensator enthält und reine Widerstandseigenschaften aufweist, wenn er einer externen Stromquelle mit einer bestimmten Frequenz ausgesetzt wird. Diese spezifische Frequenz ist die Resonanzfrequenz des Schaltkreises. Ein Kreis, dessen Hauptbetriebszustand die Resonanz ist, wird Resonanzkreis genannt. Funkgeräte verwenden Resonanzkreise, um Funktionen wie Abstimmung und Filterung auszuführen. Das Stromversorgungssystem muss Resonanzen verhindern, um Überstrom und Überspannung zu vermeiden.
In Schaltkreisen gibt es lineare Resonanz, nichtlineare Resonanz und parametrische Resonanz. Ersteres ist eine Resonanz, die in linearen zeitinvarianten passiven Schaltkreisen auftritt, wobei Serienresonanzkreise ein typisches Beispiel sind. Nichtlineare Resonanz tritt in Schaltkreisen auf, die nichtlineare Komponenten enthalten. Ein Schaltkreis, der aus Eisenkernspulen und linearen Kondensatoren in Reihe (oder parallel) besteht (allgemein bekannt als ferromagnetischer Resonanzkreis), kann einer nichtlinearen Resonanz unterliegen. Bei sinusförmiger Erregung treten im Stromkreis Grundresonanz, harmonische Resonanz hoher Ordnung, subharmonische Resonanz sowie Amplituden- und Phasensprünge des Stroms (oder der Spannung) auf. Diese Phänomene werden zusammenfassend als ferromagnetische Resonanz bezeichnet. Parametrische Resonanz ist die Resonanz, die in Schaltkreisen auftritt, die zeitlich veränderliche Komponenten enthalten. In einem Schaltkreis mit einer kapazitiven Last in einem Schenkelpol-Synchrongenerator kann parametrische Resonanz auftreten.
Die sogenannte Resonanz ist nach der Schaltungstheorie eine Sinusspannung, die an eine ideale (parasitäre widerstandsfreie) Reihenschaltung von Induktivitäten oder Kondensatoren angelegt wird. Wenn die Sinusfrequenz einen bestimmten Wert hat, sind Kapazität und Induktivität gleich, die Impedanz des Stromkreises ist Null und der Strom des Stromkreises erreicht Unendlich; Wenn eine Sinusspannung an eine Parallelschaltung aus Induktivität und Kapazität angelegt wird und die Frequenz der Sinusspannung einen bestimmten Wert hat, ist die Gesamtadmittanz der Schaltung (Admittanz ist der Kehrwert der Impedanz) Null und die Spannung an den Induktivitäts- und Kapazitätskomponenten ist unendlich. Ersteres heißtSerienresonanz, während letzteres Parallelresonanz genannt wird.
Ausgedrückt als:
Z=R+j (XL-XC), wobei Z die Impedanz, R der Widerstand und XL-XC=X die Induktivität+Kapazität=Reaktanz ist. Aus der Formel ist deutlich zu erkennen, dass bei Gleichheit der Induktivität XL und der Kapazität XC in Z nur der Realanteil R, also der reine Widerstand, enthalten ist. An diesem Punkt ist es Resonanz.