无线电接收机的谐振回路原理分析

“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），

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）。

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。

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。

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。

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。

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，

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。

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。