Ваш радиоприемник

Следующий шаг, который нам предстоит сделать, можно охарактеризовать одним словом — резонанс. Все вы, конечно, знаете, что это такое, и, наверное, даже слышали интересные и страшные рассказы о резонансе. Например, рассказ о том, как обрушился большой мост, когда по нему в ногу шел полк солдат. Подобно огромной натянутой струне, мост медленно и незаметно раскачивался, а бравые солдаты, четко отбивая шаг, помогали ему, раскачивая в такт с его собственными колебаниями и постепенно увеличивая их амплитуду. Известны подобные неприятности и в электрических цепях переменного тока, когда оборудование, рассчитанное на 10 000 вольт, из-за резонанса выходило из строя при напряжениях 1000 и даже 200 в. Именно резонанс, который может быть вредным и опасным, используется для того, чтобы выделить сигнал нужной станции из других сигналов, действующих в антенне приемника.

Давайте включим в контур генератор переменного тока и будем постепенно менять его частоту. Резонанс наступит тогда, когда частота генератора окажется равной частоте собственных электромагнитных колебаний в контуре. При этом генератор будет поддерживать ток, своевременно подталкивать заряды и главное — помогать им в борьбе с потерями. Согласованное действие генератора и контура приведет к резкому увеличению тока и напряжения на резонансной частоте. Это явление может послужить прекрасной основой для осуществления избирательности. Последнее станет совсем понятным, если мы проделаем еще один эксперимент.

На этот раз включим в контур не один генератор, а несколько, ну, скажем, сто, десять или хотя бы три (рис. 27, а), причем все они будут давать переменное напряжение с одной и той же амплитудой, например 1 в. Только частота переменного напряжения генераторов будет разной, и среди всех этих частот будет одна избранная f₂, равная частоте собственных колебаний контура. Для начала попробуем включать генераторы по одному и измерять напряжение на конденсаторе или на катушке (его называют напряжением на контуре). Во всех случаях это будет сравнительно небольшое напряжение, что-нибудь около 1 в. И только при включении «избранного» генератора напряжение на контуре резко возрастет — оно может превысить несколько десятков и даже несколько сотен вольт.

Как вы уже, наверное, догадались, это и есть следствие резонанса — совпадения частоты генератора с собственной частотой контура. То же самое произойдет и при одновременном работе всех генераторов — контур выделит из общей массы и резко увеличит напряжение одного из них: именно того, который создает в контуре резонанс. Контур можно смело назвать резонансным фильтром, фильтром, подавляющим все колебания и пропускающим только одну частоту (рис. 27, б, в).

Рис. 27

Иногда в качестве иллюстрации явления резонанса рисуют качели, на которых уселся огромный бегемот, и маленькую девочку, раскачивающую эти качели. Девочка наверняка не знает, что такое резонанс (в детском саду об этом пока не рассказывают), но хорошо использует его. Она раскачивает качели в такт с их собственными колебаниями, и таким образом демонстрирует модель генератора, работающего на резонансной частоте. Эффект получается огромный — качели поднимаются так высоко, что у бедного бегемота, наверное, сердце уходит в пятки, а собравшаяся вокруг публика никак не может понять, откуда у маленькой девочки такая сила.

Способность контура из многих переменных токов выделять только тот, для которого выполняются условия резонанса, можно было бы иллюстрировать известной пословицей: «Свой свояка видит издалека». Однако сказать так о контуре, это значит в известной степени перехвалить его. Оказывается, контур «видит» не только «свояка» и уж во всяком случае не издалека. Для того чтобы это стало понятней, нам придется затронуть очень важный вопрос — посмотреть, как влияет на резонансные явления добротность колебательного контура.

Вы уже вскользь заметили, что при резонансе энергия генератора в основном тратится на преодоление потерь. Чем меньше потери в контуре, то есть, чем выше его добротность, тем сильнее генератор сможет раскачивать заряды, тем больше будет напряжение и ток в контуре во время резонанса (рис. 27, г). Для реальных контуров коэффициент добротности достигает 100, и при этом резонансное напряжение может оказаться в 100 раз больше напряжения генератора.