Электричество шаг за шагом

Р-66. РАБОТАЕТ ЧАСТОТА. Прежде всего отметим, что на этом рисунке имеется простейшая цепь (1) из конденсатора С, катушки индуктивности L и активного сопротивления R. Обычно такую цепь называют колебательный контур, или резонансный контур, или, наконец, просто контур. Первые два названия будут вскоре пояснены (Р-73), а третьим мы будем пока пользоваться без всяких пояснений.

Основа рисунка — большой график (2), показывающий, как с изменением частоты f (горизонтальная ось) меняются различные характеристики нашего LCR — контура (вертикальная ось). Для начала, вспомнив знакомый рисунок (Р-64.3, Р-64.5), отметим, что с ростом частоты f увеличивается индуктивное сопротивление X_L в контуре и уменьшается ёмкостное Х_с. Затем, тоже вспомнив знакомый рисунок (Р-59.3, Р-59.6), отметим, что эти сопротивления действуют друг против друга, так как напряжение на катушке опережает ток на 90°, а на конденсаторе отстаёт от тока на 90°, то есть эти напряжения сдвинуты на 180° (3). На сравнительно низких частотах, когда Х_с больше, чем X_L, напряжение на конденсаторе U_c больше, чем U_L на катушке, ток во всей цепи одинаковый и напряжение генератора делится пропорционально сопротивлениям, какое из них больше, тому и напряжение достаётся побольше. На сравнительно высоких частотах, когда X_L больше, чем Х_с, напряжение U_L оказывается больше, чем U_c.

Нечто особое происходит на частоте, которую обозначают f_рез, или f₀, и называют резонансная частота. На этой частоте сопротивления X_L и Х_с оказываются одинаковыми, они полностью компенсируют друг друга (3), и общее сопротивление Z контура резко уменьшается до очень небольшой величины R. Никто обычно не включает в контур резисторы, и в R входит небольшое сопротивление провода, которым намотана катушка. Итак, на резонансной частоте резко возрастает ток в контуре и вместе с ним и напряжения U_L и U_c на катушке и конденсаторе, также ставшие равными из-за равенства сопротивлений X_L и X_с.

Т-147. С помощью конденсаторов и катушек можно создавать фильтры — электрические цепи, которые по-разному пропускают токи разных частот. Сопротивление реактивных элементов (конденсатора и катушки) зависит от частоты. Эта их особенность может оказаться весьма нежелательной в тех случаях, когда по цепи с конденсатором и катушкой идут переменные токи разных частот и нужно создать для всех этих токов равные условия. То есть когда нужно пропускать эти токи, никому не отдавая предпочтения — одинаково хорошо или одинаково плохо, но, главное, одинаково. Конденсатор или катушка, разумеется, не допустят такой одинаковости — по-разному сопротивляясь токам разных частот, конденсатор и катушка в разной степени будут ослаблять эти токи. Профессионалы об этом говорят так: конденсаторы и катушки — источники частотных искажений.