А теперь, маэстро, ваш выход! Прошу зарисовать АЧХ как для схемы рис. 3.2, а, так и для схемы рис. 3.2, б.
"Н": "Извольте, я готов…, но я в большой надежде, что термин АЧХ… мне разъясните прежде?"
"А": Вот ты уже, Незнайкин, стихами заговорил!.. АЧХ - это аббревиатура, которая расшифровывается как АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА! Ее смысл - наглядно показать, как изменяется напряжение в какой-либо точке в зависимости от частоты генератора переменного напряжения.
"Н": Так частота генератора переменного напряжения НЕПОСТОЯННАЯ величина?
"А": Ну конечно!.. А то чего ради мы потратили столько времени и усилий, вникая в суть индуктивностей и емкостей?
"Н": Будет лучше, если ты изобразишь это графически!
"А": Ладно!.. Я рисую график! Ординате присваиваю обозначение А, тогда абсциссе - f. По английски f - friquensi - (частота) (см. рис. 3.3)! Тогда А, соответственно, амплитуда.
Пусть амплитуда переменного напряжения, генерируемого источником, постоянна и равна U для любой из генерируемых частот. При f = 0, то есть в нашем случае U просто некоторое постоянное напряжение. Соответственно, в точке D (рис. 3.2, а) установится напряжение, равное U. Эта точка на графике обозначена, как "а".
Повысим частоту генератора до f1. Естественно, что это приведет к заряду (или разряду в зависимости от полупериода) конденсатора С. Но в этом случае зарядно-разрядный ток, проходя по резистору R, создает на нем соответствующее падение напряжения. Поэтому теперь напряжение в точке D будет меньше, чем U. На графике это соответствует точке "б".
Увеличим частоту генератора и приравняем ее f2. Напряжение на выходе стало еще меньше. Это и отображает точка "в". Так будет продолжаться до тех пор. пока частота не станет равной частоте среза fср. На этой частоте уже ВСЕ напряжение источника падает на активном сопротивлении!
"Н": Выходит, что дальнейшее увеличение частоты генератора уже бессмысленно?
"А": В точности так! А теперь, Незнайкин, раздраконь мне так же схемку на рис. 3.2,б.
"Н": С нашим удовольствием… Вот график (рис. 3.4)! Все верно?
"А": Мне остается только (и с полным на то правом) повторить слова "великого кормчего" Мао-цзе-дуна к его приемнику Хуа-го-фену: "Если дело в твоих руках, я спокоен!" Тем более, что ты предъявил реальный график, а не утопию!
"Н": Но ты обратил внимание, что в точках графика "д" и "е" амплитуда одна и та же?
"А": Поверь, я от всей души рад, что ты это подметил! А что ты скажешь по поводу вот этих двух схемок (рис. 3.5)?
"Н": Вот, прошу. И для случая а и для случая б. Возражения есть (рис. 3.6)?
"А": Пока - никаких! Но я проявлю известную толерантность и не стану вот так, с места в карьер требовать, чтобы ты нарисовал мне АЧХ вот такой "скромной" схемки (рис. 3.7).
"Н": Да что в ней особенного-то! Сейчас-сейчас. Нет, знаешь, что-то не выходит!..
"А": Остынь, дружище! И, чтобы не тратить время напрасно, послушай, что в действительности представляет из себя вышепредложенная схема! Ты уже знаешь, что с возрастанием частоты индуктивное сопротивление (XL) увеличивается, а емкостное сопротивление (ХС) - уменьшается! Но отсюда следует, что при некоторой частоте f0 - индуктивное и емкостное сопротивления становятся равными. И в этот момент общее реактивное сопротивление цепи СТРЕМИТСЯ К НУЛЮ! Вспомним о сдвигах по фазе!
Так вот, когда частота генератора равна никакого сдвига по фазе между напряжением и током - НЕ БУДЕТ! Эта ситуация получила название - РЕЗОНАНС!
"Н": Я знал, что есть механический резонанс…
"А": Ну, примеры потрясающих случаев механического резонанса можно найти даже в Библии. Например, Иерихонские трубы!
"Н": Действительно…
"А": Итак, мы видим, что электрическая цепь, состоящая из емкости С и индуктивности L, обладает собственной резонансной частотой f0! При этом общее сопротивление цепи становится очень малым, а амплитуда колебаний тока в ней - очень большой!
"Н": Но почему ты говоришь "очень малым", а не говоришь - "нулевым"?
"А": Ты прав, мой милый граф! Это только из-за того, что индуктивность L - это ведь изолированный провод, намотанный на сердечник. А провод, как известно, имеет еще и активное сопротивление, хотя и очень небольшое. Поэтому, в реальном случае, предыдущая схема выглядит так (рис. 3.8).
"Н": А я готов нарисовать АЧХ этой схемы! Смотри, я даже учел тот факт, что из-за наличия активного сопротивления R "провал" АЧХ не имеет общей точки с осью абсцисс!
"А": Я начинаю думать, что если дело и дальше пойдет так же успешно, то не только я, но и Спец запишется на цикл твоих лекций по электронике! Ну, а теперь я прошу тебя подумать, что будет в таком случае (рис. 3.9)…
Да, учти следующее обстоятельство. То, о чем мы сейчас говорим, я имею в виду электрический резонанс, - это "святая святых" радиотехники вообще и техники радиоприема, в частности!
"Н": Что я вижу!? Ты заменил генератор переменного тока на батарейку? К чему бы это?
"А": Мы подключили батарейку к нашей схеме посредством выключателя, а затем отключили ее! Вот с этого момента мы и начнем анализ…
"Н": А что же тут анализировать? Конденсатор просто разрядится через резистор R и индуктивность L! И все дела!..
"А": Да, кроме шуток?
"Н": Нет-нет, прости! Не совсем… Что-то еще здесь произойдет… Но я пока не врубился - что!..
"А": Вспомни, Незнайкин, что индуктивность L обладает некоторой инерцией. Образно говоря, из-за нее электронам так же трудно начать упорядоченное движение, как и прекратить это движение!
Ток разряда, проходя по виткам индуктивности L, порождает магнитное поле, в котором запасается некоторая энергия! Таким образом, в тот момент, когда конденсатор С уже разрядится, магнитное поле будет поддерживать упорядоченное движение электронов в том же направлении! Это значит, что до того момента, как энергия магнитного поля иссякнет, конденсатор успеет перезарядиться почти до первоначального напряжения! Хотя и ПРОТИВОПОЛОЖНОЙ ПОЛЯРНОСТИ! Затем снова наступит цикл перезаряда. И так будет продолжаться до того момента, пока на активном сопротивлении R (а оно в неявном виде ВСЕГДА присутствует в рассматриваемой системе) постепенно не перейдет в тепло ВСЯ первоначально запасенная в конденсаторе энергия!
"Н": А рассмотренная система, состоящая из L, С и R, не имеет имени собственного?
"А": Обязательно! И отныне мы будем употреблять только его - КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР!
"Н": А как долго будет продолжаться подобная циркуляция тока в контуре? От чего это зависит?
"А": Есть такой удивительный параметр - ДОБРОТНОСТЬ! Вот он то и, определяет, как долго в контуре будут продолжаться колебания.
"Н": А почему ты назвал этот параметр - "удивительным"?
"А": Да хотя бы потому, что он как бы един в трех лицах!
"Н": А это как?
"А": Да вот, посмотри на рисунок! На рис. 3.10,а изображены незатухающие электромагнитные колебания, которые имели бы место в контуре без потерь. На рис. 3.10,б изображены реальные, ЗАТУХАЮЩИЕ колебания в контуре.