В этом уроке мы кратко и доступно рассмотрим простые электрические цепи, состоящие из соединенных элементов – индуктивности и емкости.
Электрическая цепь из соединенных индуктивности и емкости называется колебательным контуром, или фильтром. Как они работают и для чего нужны рассказано ниже.
В Уроке 1.8 мы рассмотрели конденсаторы. Познакомились с реактивным сопротивлением емкости, которое зависит от частоты и определяется по формуле
Хс = 1/2 π f С
В Уроке 1.9 была рассмотрена индуктивность где говорилось о том, что сопротивление индуктивности носит комплексный характер. Оно состоит из активного, собственно сопротивления провода, которым намотана катушка “R” и реактивного “ XL ”, зависящего от частоты:
Z = R + XL
где XL = 2 π f L
Если индуктивность и емкость соединены параллельно, то такой колебательный контур называется параллельным.
Если индуктивность и емкость соединены последовательно, то такой колебательный контур называется последовательным.
Частота колебательного контура на которой реактивные сопротивления емкости и индуктивности равны, называется резонансной частотой.
Т.е. если выполняется условие:
1/2 π f С = 2 π f L
то частота, определяемая из этого условия, называется резонансной.
Несложными преобразованиями из вышеприведенной формулы получаем:
fp = 1/2 π √LC
где fp — резонансная частота
Параллельный контур на резонансной частоте имеет наибольшее сопротивление, в десятки раз превышающее его сопротивление на частоте отличной от резонанса. На частоте ниже резонансной комплексное сопротивление имеет индуктивный характер, на частоте выше резонансной — емкостной.
Последовательный контур на резонансной частоте имеет наименьшее сопротивление, в десятки раз меньше, чем его сопротивление на частоте отличной от резонанса. Т.е. полная противоположность параллельному контуру. 
Величина показывающая, как сильно меняется сопротивление контура при резонансе по отношению к частотам вне резонанса, называется добротностью, обозначается “Q”.
Фактически добротность характеризует потери в контуре. Чем меньше потери, тем выше добротность и соответственно тем больше меняется сопротивление контура при наступлении резонанса. На рисунке ниже добротность контура 3 наибольшая, а добротность контура 1 наименьшая. Графики, изображающие зависимость комплексного сопротивления контура (Z) от частоты называются амплитудно-частотными характеристиками.
Если условно принять максимальное значение комплексного сопротивления параллельного колебательного контура за 1, то полоса частот, в пределах которой это сопротивление больше 0,7 Z, называется полосой пропускания контура и обозначается 2∆f.
Избирательные свойства контуров, т.е. зависимость их сопротивления от частоты нашли очень широкое практическое применение. Например, в радиоприемнике настройка на радиостанцию производится изменением резонансной частоты контура.
Например, чтобы выделить один сигнал нужной радиостанции из всех возможных, достаточно настроить параллельный контур входной цепи радиоприемника на частоту этого сигнала. Контур должен быть включен как нагрузка.
Чтобы ослабить уровень помех в сигнале нужно на частоту этой помехи настроить последовательный колебательный контур. При этом контур должен шунтировать сигнал и т.д.
Чтобы иметь возможность настраивать контур на разные частоты в нем ставят переменный конденсатор или индуктивность.
Если нужна широкая полоса пропускания и хорошая добротность, используют комбинации нескольких контуров. В этом случае их называют фильтрами.
Выводы.
- Колебательный контур — это устройство, состоящее из индуктивности и емкости.
- В последовательном колебательном контуре индуктивность и емкость соединены последовательно, в параллельном — параллельно.
- Основными характеристиками колебательных контуров являются резонансная частота и добротность.
- Сопротивление последовательного колебательного контура на резонансной частоте минимально, а у параллельного — максимально.
- Способность контуров выделять нужные частоты широко используется в радиотехнических схемах.