Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Оценка коэффициента передачи в децибелах введена нами с далеким прицелом. В дальнейшем мы еще будем пользоваться децибелами и привыкнем к ним, как привыкли к метрам или килограммам. А пока вернемся к схемам фильтров и рассмотрим, каким же образом колебательный контур (LC-фильтр) оказывает наибольшее благоприятствование одной определенной частоте.

Т-83. В последовательной L, С, R цепи индуктивное сопротивление действует против емкостного. Для начала извлечем из памяти три уже установленные истины. Первое — во всех элементах последовательной цепи течет один и тот же ток (Т-36). Второе — ток через конденсатор опережает напряжение на 90° (Т-75); об этом можно сказать иначе — напряжение на конденсаторе отстает от тока на 90°. Третье — ток через катушку отстает от напряжения на ней на 90° (Т-77); об этом можно сказать иначе — напряжение на катушке опережает ток в ней на 90°. Если, обогащенные этими воспоминаниями, мы взглянем на последовательную цепь LCR (Р-56;1), то увидим, что напряжение U_L, на катушке и напряжение U_c на конденсаторе сдвинуты по фазе на 180°. То есть они действуют друг против друга. Напряжения U_L и U_c зависят от соответствующих реактивных сопротивлений x_L и х_с. А поскольку по всем элементам проходит один и тот же ток I, то соотношение между напряжением U_L и U_с зависит только от соотношения между сопротивлениями x_L и х_с.

Т-84. На резонансной частоте резко падает общее сопротивление последовательной L, С, R цепи, и ток в ней возрастает. Попробуем подключить к последовательной LCR-цепи генератор с изменяемой частотой (Р-55;1) и будем постепенно увеличивать частоту его переменного напряжения. При этом индуктивное сопротивление будет постепенно увеличиваться, а емкостное— постепенно уменьшаться (Р-56;4). На какой-то частоте — давайте сразу же назовем ее резонансной частотой f_рез — сопротивления x_L и х_с станут равными и, значит, уравняются напряжения U_L и U_С. А так как эти напряжения противофазны, то они полностью скомпенсируют друг друга и генератор вообще перестанет чувствовать присутствие реактивных элементов, перестанет отдавать им часть своей э.д.с. Общее сопротивление цепи Z резко уменьшится, для генератора из всей цепи останется только одно активное сопротивление R, ток I из-за этого резко возрастет (Р-56;5) и столь же резко увеличатся напряжения U_L и U_c (Р-56;6). Но заметьте, увеличатся каждое в отдельности, а общее суммарное напряжение на обоих реактивных элементах U_x, как уже говорилось, будет равно нулю.

Весь этот процесс называется последовательным резонансом или резонансом напряжений. Если после резонанса продолжать увеличивать частоту, то x_L станет больше, чем х_с, и в цепи в основном начнет действовать индуктивное сопротивление. Ток уменьшится, а вместе с ним уменьшатся и напряжения U_L и U_c.

Как видите, в последовательном контуре на особом положении оказывается только резонансная частота f. Именно на этой частоте резко возрастает ток, возрастают напряжения на отдельных элементах. А это как раз и означает, что последовательный контур из всех переменных токов особо выделяет ток одной определенной частоты.

Т-85. На резонансной частоте сопротивление параллельного контура резко возрастает. В самом упрощенном виде параллельный LC-контур можно рассматривать как цепь, состоящую из двух параллельно соединенных сопротивлений x_L и х_с (Р-57).

Р-57

На низших частотах сопротивление x_L мало и катушка шунтирует конденсатор. На высших частотах мало сопротивление х_с и конденсатор шунтирует катушку. И лишь на резонансной частоте никто никого не шунтирует и общее сопротивление параллельного контура оказывается весьма большим. При этом, естественно, уменьшается общий ток в цепи генератора (Р-57;3) — это вполне согласуется с законом Ома. И еще одна интересная деталь: если включить параллельный контур в делитель напряжения (Р-57;4), то этот контур за счет своего большого сопротивления на резонансной частоте будет выделять только напряжение этой частоты из всех напряжений, подводимых к делителю.

Т-86. Подбором индуктивности (емкости) меняем резонансную частоту. Почему резонанс наблюдается именно на такой частоте, а не на другой? Почему резонансная частота не выше или не ниже? И можно ли как-либо влиять на эту частоту, можно ли сделать так, чтобы контур выбирал не тот ток, какой ему захочется, а тот, который нам нужен?