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无线电接收机的谐振回路原理分析

时间:2022-11-23 11:58来源:未知 作者:admin 点击:
“收听”电磁波的“耳朵”——我们的无线电接收机里面,有一种叫做“谐振回路”的选择装置,它能够从许多信号中挑选一个要听的信号。 谐振回路是无线电的心脏,如果它不正常动

“收听”电磁波的“耳朵”——我们的无线电接收机里面,有一种叫做“谐振回路”的选择装置,它能够从许多信号中挑选一个要听的信号。

谐振回路是无线电的心脏,如果它不正常动作,无线电就失去作用。因为谐振回路,不仅有选择信号的能力,还有把微弱信号放大的能力。

谐振回路分两种,就是串联和并联回路(图1),

无线电接收机的谐振回路原理分析

分别是一个线圈和一个电容器串联和并联所构成。在无线电里,它们起着不同的而往往互相辅助的作用。

“感抗”、“容抗”和谐振频率

谐振回路的作用,是和线圈和电容器在高频回路里所起的作用分不开的。

在高频回路里,线圈的电感量L和电容器的电容量C对高频电流的通过,都有抗拒作用。我们分别叫做 “感抗”和“容感”。并分别简写为XL和XC,单位是 “欧”,和电阻的单位相同。电流的频率愈高,线圈的抗拒作用愈强而电容器的抗拒作用反愈小(图2)。

无线电接收机的谐振回路原理分析

线圈的“电感量”愈大,“感抗”愈大,电容器的 “电容量”愈大,“容抗”愈小。

无线电接收机的谐振回路原理分析

尽管线圈和电容器有着不同的甚至完全相反的性能,但人们能够巧妙地把它们配在一起,相互谐调,这就是“调谐回路”这个名称的来源。

线圈和电容器里的电流和两端电压的关系

要了解XL和XC相互调谐的关系,我们还得先分析一下交流电流和电压之间“相位”上的关系。

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图3甲、乙、丙是交流电压e加在 R、 L、和C上产生交流电流iR、iL、和iC的情形。交流电压和电流是经常变换方向的,我们为了便于说明起见,规定当a点的电压高于b点的电压时,a、b两端的电压。eR、eL或eC是正电压:当电流由a点流到b点时,iR、iL或iC是正方向的电流, 绘起曲线来,正雷压和电流都绘在时间轴上面。

eR和iR的关系比较简单。eR愈大,iR也愈大。eR是正或负的时候,iR也是在正或负方向。就是说eR和iR是“同相位”的,绘起曲线来如图4。

但在图3乙和丙的情形,eL并不和iL同相位,eC也不和iC同相位。它们的关系比较复杂是因为L和C都产生反电压,拒抗电流通过的原故。

我们先看iL和eL的关系

图5甲示iL的曲线,这是典型的代表交流电流随时间变化的曲线。在电流为零值的各瞬间,电流的变化最快,即“变化率”最大;而在电流为最大值的各瞬间,电流的变化最慢,变化率为零。

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线圈是反对电流的变化的,iL的变化率愈大,线圈两端所产生的反电压愈大;iL的变化率为零,线圈两端所产生的反电压也是零。在整个t1到t3的一段时间内,电流由a到b在继续增大,线圈反对电流增加所起的是图5乙的电池E对电流iL的同样作用。换句话说:在这个时段内,a点的电压高于b点的电压,所以eL是正值;而且eL由t1到t3逐渐变小。图5甲的eL曲线的实线就是根据上述的关系绘出来的。顺着交流电压的变化趋势,接着实线我们并绘出了虚线部分。

我们现在看出iL和eL的关系,是“相位”上并不一致,iL落后于eL90度。

我们再看ic和ec的关系

在图6甲里t3到t5的时段内,iC是正值,如图5丙,对电容器C起充电作用,使a点带正电荷而b点带负电荷即eC为正值。在t5的那一瞬间,充电到了最后的一刹那,eC也达到了最大正值。过了t5以后 ,电流反向如图5丁,有使原来所充的电逐渐减小的趋势,要等到了t7那一瞬间,方能将原来所充的电完全消除,使eC为零值。图5甲上的组曲线eC就是根据上述的关系绘出来的,eC的虚线部分同样是顺着交流电压变化的趋势绘的。

我们现在看出iC和 eC的关系也是“相位”不一致,eC落后于iC后面90度。

谐振是怎样产生的

了解iL和eL及iC和eC的相位关系,讨谐振的意义进行解释就比较容易。

我们先谈串联谐振的意义

在图6的串联回路里,同一个电流经过L和C,我们看图5甲,对同一个电流来说,eL和eC的值永远是正负相反的。所以L对i的抗拒作用和C对i的抗拒作用有互相抵消的趋势。

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我们晓得有电流i通过电阻R时,电阻两端的电压eR是iR。同样,有电流i通过XL和XC时,L和C两端的电压eL和eC就是iXL和iXC。在频率为f0时,XL=XC,即eL=eC。所以对f0频率的电流i0来说,eL和eC方向相反大小又相等,它们的相互抵消是完全的,

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这时由a到b(图6)等于毫无阻抗,所以i0达到极大值。其他频率的电流受到相当大的阻抗(因eL和eC不完全相消),所以并不太大。

我们想像同时有很多不同频率的电源电压加到L-C串联回路上,分别产生不同频率的电流i1、i2……等,那么L-C回路将对频率为f0的电源电压e0最灵敏,对e1、e2……等甚至可以不起任何作用,这就是串联回路的选择性。

因谐振i0大,所以eL(i0XL)和eC(i0XC)也很大,比e0可能大数十至百余倍,显然电源电压是被谐振回路升高了,这就是串联谐振回路的放大特性。

我们再谈并联谐振的意义

现在eL和eC相同,我们都用e代表如图7甲。由上面的分析,iL的曲线在e后90°而e又在iC后90度,所以iL和iC相差180度如图7乙。

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在任何时间,iL和iC都是相反的,如iL由a流到b,iC同时一定是由b到a。

我们晓得图7甲里的总电流i为iL和iC之和。iL和iC正负相反,相加起来就有相互抵消的趋势,使i变小。

在谐振频率f0时,iL(eXL)和iC(e;XC)相等,方向又是相反,总电流i0特别变得很小,而其他频率的总电流i1、i2……等,并不是特别变小,这就是并联谐振回路的选择性。

i0特别变小也表示在并联回路两端谐振时阻抗最大。普通两个电阻并联,总阻比任何一个电阻都小;现在一个感抗和电抗并联,谐振时总阻抗反比任何一个电抗大,并联谐振回路的这种特性,可以用来产生放大作用。

串联谐振回路的阻抗小和并联回路的阻抗大的特性,是基本的特性。利用这种特性,我们可以把串、并联谐振回路用到无线电回路的许多方面,本文仅是帮助读者了解无线电回路作用原理的一个开端。

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