Circuito LC para niños
Un Circuito LC, también conocido como circuito resonante u oscilador LC, es un circuito eléctrico especial. Está formado por dos componentes principales: una bobina (representada con la letra L) y un condensador (representado con la letra C). Estos dos componentes están conectados entre sí.
Este circuito funciona como un resonador eléctrico, algo parecido a un diapasón que vibra a una frecuencia específica. Su funcionamiento se basa en cómo la energía se guarda y se libera de forma repetida a una frecuencia de resonancia particular.
Los circuitos LC son muy útiles. Se usan para crear señales de radio a una frecuencia exacta o para elegir una señal específica de entre muchas. Esta función se llama filtro paso banda. Son piezas clave en muchos aparatos electrónicos, especialmente en equipos de radio, donde se usan en osciladores (que generan señales), filtros (que seleccionan señales), sintonizadores (para encontrar emisoras) y mezcladores de frecuencias.
Es importante saber que un circuito LC es un modelo ideal. Esto significa que, en teoría, no pierde energía porque no tiene resistencia eléctrica. Sin embargo, en la vida real, cualquier circuito LC siempre tendrá pequeñas pérdidas de energía debido a la resistencia de sus componentes y cables. Aunque los circuitos reales tienen pérdidas, estudiar este modelo ideal nos ayuda a entender cómo funcionan y por qué son tan importantes. Si quieres saber más sobre circuitos con resistencia, puedes buscar sobre el circuito RLC.
Contenido
¿Cómo funciona un circuito LC?
Cuando el condensador y la bobina están conectados, la energía se mueve de un lado a otro entre ellos.
- El condensador guarda energía en su campo eléctrico (como cargas eléctricas).
- Luego, la bobina toma esa energía y la guarda en su campo magnético.
- Después, el condensador vuelve a absorber esa energía y la guarda de nuevo en su campo eléctrico.
- Y así, el ciclo se repite una y otra vez.
Este movimiento constante de la corriente eléctrica entre el condensador y la bobina crea una oscilación electromagnética. Imagina un vaivén:
- Cuando el campo magnético de la bobina es más fuerte, el campo eléctrico del condensador es cero.
- Cuando el campo eléctrico del condensador es más fuerte, no hay campo magnético en la bobina.
El campo magnético solo existe cuando los electrones se mueven. Cuando los electrones se mueven de una placa del condensador a la otra a través de la bobina, se crea un campo magnético. Una vez que los electrones se han movido y las placas del condensador están equilibradas, el movimiento se detiene y el campo magnético de la bobina desaparece. Cuando el campo magnético colapsa, la bobina crea un voltaje opuesto que empuja a los electrones en la dirección contraria, cargando el condensador con la polaridad opuesta. Este proceso se repite continuamente.
¿Por qué las oscilaciones no duran para siempre?
En cada ciclo de carga y descarga, hay pequeñas pérdidas de energía. Esto se debe a la resistencia de los cables de la bobina y a las pequeñas fugas del material dentro del condensador. Por eso, el voltaje en el condensador se va haciendo más pequeño con el tiempo, hasta que las oscilaciones se detienen. Para que las oscilaciones duren mucho tiempo, se necesitan otros circuitos electrónicos llamados amplificadores, que añaden la energía perdida.
¿Qué es la resonancia en un circuito LC?
Una característica especial de estos circuitos es que la energía que libera un componente (la bobina o el condensador) es exactamente igual a la que absorbe el otro. Es como si se pasaran la energía de un lado a otro sin perderla (en un circuito ideal). Esta condición de "vaivén" de energía se llama resonancia. La frecuencia a la que ocurre esta resonancia se conoce como frecuencia resonante.
Los circuitos resonantes son muy útiles para hacer "sintonizadores". Estos sintonizadores permiten que solo una frecuencia específica (o un rango muy pequeño de frecuencias) tenga suficiente potencia. Por ejemplo, cuando sintonizas una emisora de radio, lo que haces es ajustar el circuito resonante de tu radio para que coincida con la frecuencia de esa emisora. Las radios comerciales tienen un circuito resonante que puedes ajustar para elegir la emisora que quieres escuchar. Las emisoras de FM suelen estar entre 88 y 108 MHz, y las de AM de Onda Media entre 535 y 1705 kHz.
¿Cómo se calcula la frecuencia de un circuito LC?
La velocidad a la que la corriente fluye y regresa entre el condensador y la bobina se llama frecuencia (f). Esta frecuencia es única para cada circuito LC y se conoce como frecuencia de resonancia. Depende de los valores del condensador (C) y de la bobina (L). Se calcula con la siguiente fórmula, conocida como la fórmula de Thomson:
En esta fórmula:
- f se mide en hercios (Hz).
- C (la capacitancia del condensador) se mide en faradios (F).
- L (la inductancia de la bobina) se mide en henrios (H).
Usos importantes de los circuitos LC
Los circuitos resonantes o sintonizados se usan en muchos lugares:
- Radiocomunicación (radio y TV): Tanto la emisora que envía la señal como el receptor que la recibe tienen osciladores sintonizados a la misma frecuencia para que la comunicación sea posible.
- Trampas de ondas: Son circuitos que contienen un condensador y una bobina conectados para formar un circuito sintonizado. Se usan para bloquear o desviar ciertas frecuencias no deseadas.
- Control remoto: En algunos sistemas de control remoto, como los de radiocontrol para modelos de aviones, la señal que envía el control está sintonizada con el receptor del modelo.
- Identificación y seguridad:
* Tarjetas de identificación y acceso: Algunas tarjetas de identidad o acceso tienen un circuito LC muy pequeño dentro. Cuando acercas la tarjeta a un lector, el campo magnético del lector induce una corriente en la bobina de la tarjeta, que a su vez hace que el circuito LC de la tarjeta oscile a una frecuencia única. El lector capta esta señal y puede identificar la tarjeta. Estas tarjetas no necesitan batería, ya que la energía la obtienen del campo magnético externo. Algunas tarjetas de crédito también pueden usar esta tecnología. * Seguridad antirrobo en tiendas: Las etiquetas de seguridad que ves en los productos de las tiendas a menudo contienen un circuito LC impreso en material flexible. Cuando un producto con esta etiqueta pasa por el campo magnético de la alarma en la puerta, el circuito LC resuena y activa la alarma. Al pagar, la etiqueta se desactiva para que puedas salir sin que suene la alarma. Las llaves de coches modernos también usan un sistema similar llamado transponder pasivo.
- Multiplexión en comunicaciones: Permite enviar muchas comunicaciones diferentes al mismo tiempo a través de un solo par de cables. En cada extremo de los cables, hay filtros y circuitos oscilantes sintonizados para cada una de las frecuencias que se usan. Un ejemplo es el uso de la línea eléctrica de casa para transmitir datos y voz.
- Multiplexión en control automático: Se usa para controlar muchos aparatos conectados a un mismo par de cables desde una central. Cada aparato envía su señal en una frecuencia diferente, lo que permite a la central saber el estado de cada uno. Por ejemplo, un sensor de nivel de agua en un tanque puede activar o desactivar un circuito oscilador, y la señal llega a la central para controlar una bomba. Esto simplifica el cableado en sistemas complejos.
- Transponder (transpondedor): Es un dispositivo que envía una respuesta cuando recibe una señal de radio. Por ejemplo, los transpondedores en los aviones reciben una señal y envían información sobre la aeronave a los controladores de tráfico aéreo. Esto ayuda a identificar los aviones en el radar y mantener distancias seguras. Existen transpondedores activos (con batería) y pasivos (que obtienen energía del campo magnético externo, como las etiquetas de seguridad).
Aunque hoy en día se usa mucho la tecnología digital, la combinación de circuitos osciladores (que son analógicos) con el procesamiento digital es cada vez más común y útil.
Véase también
En inglés: LC circuit Facts for Kids
- Resonancia eléctrica
- Factor de calidad
- Oscilador
- Oscilador armónico
- Multivibrador
- Oscilador RF
- Oscilador RC
