RLC共振アナライザー

Qは蓄積エネルギーを1サイクルあたりの損失エネルギーで割った一般的な指標です。直列RLC回路では、抵抗が小さいほど、エネルギーが熱に変わるまでにインダクタの磁場とコンデンサの電場の間を何度も行き来できます。同じ考え方は原子時計にも現れます。スペクトル線幅が狭いことは巨大なQを意味し、発振器が極めて小さな周波数誤差を識別できるのです。

コイルとコンデンサの組は必ず固有周波数 f₀ = 1/(2π√(LC)) をもち、そこではブランコを漕ぐ子どものようにエネルギーが行き来します。回路を f₀ で駆動すると L と C のリアクタンスが打ち消し合い、残るのは抵抗だけなので、電流は鋭いピークに達します。注目すべきは、f₀ が L と C だけで決まる点です。抵抗のつまみはピークを鋭くしたり広げたりしますが、その位置を動かすことはありません。

共振時、電源から見えるのは抵抗だけですが、コイルとコンデンサそれぞれの電圧は入力の Q 倍まで跳ね上がり、しかも位相が 180° ずれているため互いに正確に打ち消し合います。Q = 50 の回路を 10 V で駆動すると、コンデンサには 500 V がかかります。この電圧増幅こそ、火花送信機やテスラコイルが巨大な電圧を得る仕組みであり、入力電圧しか想定していないコンデンサを静かに破壊することもあります。