無(wú)線電接收機(jī)的諧振回路原理分析

“收聽”電磁波的“耳朵”——我們的無(wú)線電接收機(jī)里面，有一種叫做“諧振回路”的選擇裝置，它能夠從許多信號(hào)中挑選一個(gè)要聽的信號(hào)。

諧振回路是無(wú)線電的心臟，如果它不正常動(dòng)作，無(wú)線電就失去作用。因?yàn)橹C振回路，不僅有選擇信號(hào)的能力，還有把微弱信號(hào)放大的能力。

諧振回路分兩種，就是串聯(lián)和并聯(lián)回路（圖1），

分別是一個(gè)線圈和一個(gè)電容器串聯(lián)和并聯(lián)所構(gòu)成。在無(wú)線電里，它們起著不同的而往往互相輔助的作用。

“感抗”、“容抗”和諧振頻率

諧振回路的作用，是和線圈和電容器在高頻回路里所起的作用分不開的。

在高頻回路里，線圈的電感量L和電容器的電容量C對(duì)高頻電流的通過(guò)，都有抗拒作用。我們分別叫做 “感抗”和“容感”。并分別簡(jiǎn)寫為XL和XC，單位是 “歐”，和電阻的單位相同。電流的頻率愈高，線圈的抗拒作用愈強(qiáng)而電容器的抗拒作用反愈小（圖2）。

線圈的“電感量”愈大，“感抗”愈大，電容器的 “電容量”愈大，“容抗”愈小。

盡管線圈和電容器有著不同的甚至完全相反的性能，但人們能夠巧妙地把它們配在一起，相互諧調(diào)，這就是“調(diào)諧回路”這個(gè)名稱的來(lái)源。

線圈和電容器里的電流和兩端電壓的關(guān)系

要了解XL和XC相互調(diào)諧的關(guān)系，我們還得先分析一下交流電流和電壓之間“相位”上的關(guān)系。

圖3甲、乙、丙是交流電壓e加在 R、 L、和C上產(chǎn)生交流電流iR、iL、和iC的情形。交流電壓和電流是經(jīng)常變換方向的，我們?yōu)榱吮阌谡f(shuō)明起見，規(guī)定當(dāng)a點(diǎn)的電壓高于b點(diǎn)的電壓時(shí)，a、b兩端的電壓。eR、eL或eC是正電壓：當(dāng)電流由a點(diǎn)流到b點(diǎn)時(shí)，iR、iL或iC是正方向的電流， 繪起曲線來(lái)，正雷壓和電流都繪在時(shí)間軸上面。

eR和iR的關(guān)系比較簡(jiǎn)單。eR愈大，iR也愈大。eR是正或負(fù)的時(shí)候，iR也是在正或負(fù)方向。就是說(shuō)eR和iR是“同相位”的，繪起曲線來(lái)如圖4。

但在圖3乙和丙的情形，eL并不和iL同相位，eC也不和iC同相位。它們的關(guān)系比較復(fù)雜是因?yàn)長(zhǎng)和C都產(chǎn)生反電壓，拒抗電流通過(guò)的原故。

我們先看iL和eL的關(guān)系

圖5甲示iL的曲線，這是典型的代表交流電流隨時(shí)間變化的曲線。在電流為零值的各瞬間，電流的變化最快，即“變化率”最大；而在電流為最大值的各瞬間，電流的變化最慢，變化率為零。

線圈是反對(duì)電流的變化的，iL的變化率愈大，線圈兩端所產(chǎn)生的反電壓愈大；iL的變化率為零，線圈兩端所產(chǎn)生的反電壓也是零。在整個(gè)t1到t3的一段時(shí)間內(nèi)，電流由a到b在繼續(xù)增大，線圈反對(duì)電流增加所起的是圖5乙的電池E對(duì)電流iL的同樣作用。換句話說(shuō)：在這個(gè)時(shí)段內(nèi)，a點(diǎn)的電壓高于b點(diǎn)的電壓，所以eL是正值；而且eL由t1到t3逐漸變小。圖5甲的eL曲線的實(shí)線就是根據(jù)上述的關(guān)系繪出來(lái)的。順著交流電壓的變化趨勢(shì)，接著實(shí)線我們并繪出了虛線部分。

我們現(xiàn)在看出iL和eL的關(guān)系，是“相位”上并不一致，iL落后于eL90度。

我們?cè)倏磇c和ec的關(guān)系

在圖6甲里t3到t5的時(shí)段內(nèi)，iC是正值，如圖5丙，對(duì)電容器C起充電作用，使a點(diǎn)帶正電荷而b點(diǎn)帶負(fù)電荷即eC為正值。在t5的那一瞬間，充電到了最后的一剎那，eC也達(dá)到了最大正值。過(guò)了t5以后 ，電流反向如圖5丁，有使原來(lái)所充的電逐漸減小的趨勢(shì)，要等到了t7那一瞬間，方能將原來(lái)所充的電完全消除，使eC為零值。圖5甲上的組曲線eC就是根據(jù)上述的關(guān)系繪出來(lái)的，eC的虛線部分同樣是順著交流電壓變化的趨勢(shì)繪的。

我們現(xiàn)在看出iC和 eC的關(guān)系也是“相位”不一致，eC落后于iC后面90度。

諧振是怎樣產(chǎn)生的

了解iL和eL及iC和eC的相位關(guān)系，討諧振的意義進(jìn)行解釋就比較容易。

我們先談串聯(lián)諧振的意義

在圖6的串聯(lián)回路里，同一個(gè)電流經(jīng)過(guò)L和C，我們看圖5甲，對(duì)同一個(gè)電流來(lái)說(shuō)，eL和eC的值永遠(yuǎn)是正負(fù)相反的。所以L對(duì)i的抗拒作用和C對(duì)i的抗拒作用有互相抵消的趨勢(shì)。

我們曉得有電流i通過(guò)電阻R時(shí)，電阻兩端的電壓eR是iR。同樣，有電流i通過(guò)XL和XC時(shí)，L和C兩端的電壓eL和eC就是iXL和iXC。在頻率為f0時(shí)，XL＝XC，即eL＝eC。所以對(duì)f0頻率的電流i0來(lái)說(shuō)，eL和eC方向相反大小又相等，它們的相互抵消是完全的，

這時(shí)由a到b（圖6）等于毫無(wú)阻抗，所以i0達(dá)到極大值。其他頻率的電流受到相當(dāng)大的阻抗（因eL和eC不完全相消），所以并不太大。

我們想像同時(shí)有很多不同頻率的電源電壓加到L-C串聯(lián)回路上，分別產(chǎn)生不同頻率的電流i1、i2……等，那么L－C回路將對(duì)頻率為f0的電源電壓e0最靈敏，對(duì)e1、e2……等甚至可以不起任何作用，這就是串聯(lián)回路的選擇性。

因諧振i0大，所以eL（i0XL）和eC（i0XC）也很大，比e0可能大數(shù)十至百余倍，顯然電源電壓是被諧振回路升高了，這就是串聯(lián)諧振回路的放大特性。

我們?cè)僬劜⒙?lián)諧振的意義

現(xiàn)在eL和eC相同，我們都用e代表如圖7甲。由上面的分析，iL的曲線在e后90°而e又在iC后90度，所以iL和iC相差180度如圖7乙。

在任何時(shí)間，iL和iC都是相反的，如iL由a流到b，iC同時(shí)一定是由b到a。

我們曉得圖7甲里的總電流i為iL和iC之和。iL和iC正負(fù)相反，相加起來(lái)就有相互抵消的趨勢(shì)，使i變小。

在諧振頻率f0時(shí)，iL（eXL）和iC（e;XC）相等，方向又是相反，總電流i0特別變得很小，而其他頻率的總電流i1、i2……等，并不是特別變小，這就是并聯(lián)諧振回路的選擇性。

i0特別變小也表示在并聯(lián)回路兩端諧振時(shí)阻抗最大。普通兩個(gè)電阻并聯(lián)，總阻比任何一個(gè)電阻都??；現(xiàn)在一個(gè)感抗和電抗并聯(lián)，諧振時(shí)總阻抗反比任何一個(gè)電抗大，并聯(lián)諧振回路的這種特性，可以用來(lái)產(chǎn)生放大作用。

串聯(lián)諧振回路的阻抗小和并聯(lián)回路的阻抗大的特性，是基本的特性。利用這種特性，我們可以把串、并聯(lián)諧振回路用到無(wú)線電回路的許多方面，本文僅是幫助讀者了解無(wú)線電回路作用原理的一個(gè)開端。