振荡和谐振

假若你有一部收音机、无论是矿石式的、一灯再生式的或五、六灯的超外差式收音机，当你收听广播，由第一个电台换到第二个电台时，就需要转动一个旋钮，实际就是转动那个和旋钮联结的可变电容器。这时候面板上的指针也就在频率刻度盘上移动，由第一个频率的位置，移到第二个频率的位置。这样一个动作，就叫做“调谐”，目的是让收音机内部的一个或数个高频谐振回路起“谐振”作用。那个可变电容器，就是每个高频谐振回络的主要组成元件之一，另一主要元件，就是线圈。换句话说，利用“谐振”现象选择电台，完全是靠了线圈电容器的相互配合作用。

有些东西，本身就有可能来回振动，只要外面随时加一些力量，加得很合适，它就继续不断的振动。

什么样的东西才有这种来回振动的条件呢？这种东西不仅要具有情性，还必须同时具有弹性。

一个弹簧，上端钉在木板上，下端悬着一个铜球。在这里铜球可以说只有惰性没有弹性的，它自己不会振荡，但利用了弹簧的弹性，你把它往下一拉，它就会上下动荡起来。铜球小而弹簧细的，动荡得快；铜球大而弹簧粗的，动荡得慢。但它这样动荡若干次后，便会停止下来。如果要它继续不已的同样快慢的上下动荡，在它每动荡一周的时间内，你必须适当的给它补充力量。它向上时你朝上加力量；或它往下时，你往下用力量。你用的力量和它的振荡很谐调，它就跟着你的力量振荡，这就是谐振或振荡现象。相反的，它要朝上你要它往下，或它要往上你要它朝下，结果不会发挥弹性和惰性的作用，也就是不能振动。

因此，产生谐振现象有两个基本要求：一个是物件本身有谐振条件，另一个是要有适当的外加的力量。

我们在谈线圈（第8期）和电容器（第9期）的时候，已经说明：对电子的运动来说，线圈有惰性，它一方面不让电子很容易的通过它；已经在它里面流动的电子，要停下来它又不让电子很容易的停下来。电容器是有弹性的，在一个回路里，充电的时候所储藏的电能，它能够完全放了出来，就像电子跑进电容器又被弹回来了一样。所以线圈和电容器联接起来，成为一个电子运动的回路，就同时具备了惰性和弹性，让电子在回路里有条件产生振荡。这种自然振荡的频率（即每秒钟来回运动的周数），决定于线圈的电应量L和电容器的电容置C，就像上面所说的铜球的振荡快慢，决定于铜球的大小和弹簧的粗细一样。

这个自然的振荡频率f\(_{r}\),可用下式计算：

f\(_{r}\)＝160000000\(\sqrt{LC}\)

上式中，f\(_{r}\)为每秒钟电子振荡的周数，L的单位是微亨，C的单位是微微法。例如一振荡回路的L为20微亨，C为20微微法，它的振荡频率即为160000000\(\sqrt{2}\)0×20=8000000周＝8兆周。显然的，改变L或C的值，就会得到不同的振荡频率fr。

在这个回路里，让电子动一下，电子振荡一个极短时间便会停止下来。若要电子保持继续的振荡，我们就需要每周加以适当的电力来帮助电子。这个外加电力每秒钟作用的次数（频率）要等于回路振荡的频率，才能帮助电子产生谐振运动。否则，电子虽也有可能被这个电力强迫运动，但这种运动并不是谐振运动。

在无线电里起作用的是每秒钟里振荡次数以千、万计的高频电振荡。现在，我们来看看这样的高频电力，是怎祥得到的。

一根收音机的天线伸到天空里，由许多广播电台来的电磁波就在它的周围形成了许多高频交变电场，天线里的电子在这电场里受电力线的作用，自然金随高频电场来回运动。但这里一般只是强迫运动，而不是谐振运动。

因为收信天线突际是一个大线圈，天线的导线和大地又可以看成是电容器的两个容电面，再力上天线要接到收音机里的输入变庄器的初级线圈，这线圈上一圈和一圈之间也有电容量，因此整个天线回路突际上是一个L—C回路，有它的自然的振荡频率。

我们先假定天线回路能够被某一个高频电场激动并产生了谐振，天线回路里这个频率的电流就会特别大；其他频率的电场，只是强迫天线里的电子运动，结果这些频率的电流就很小。

天线里有了许多大小不同的高频电流以后，流经收音机输入变压器的初级线圈，便在次级线圈里感应出许多不同的高频电压。这个输入变正器的次级线圈，通常是和一个可变电容器朕接起来组成可调整的L—C回路，也有它的自然振荡频率。现在，在这个回路里已经有了许多高频电压，它们对回路里的电子都有作用电力，但其中只有和这回路的自然振荡频率相同的，才产生谐振，得到最大的谐振频率的电流。

这样看来，因为天线的谐振作用，选择了一个广播电台的信号，产生了很大的信号电流；收音机里的第一个谐振回路的谐振作用，又把信号电流变得更大、更容易对收音机起作用；而其他广播电台的信号，比较起来就更没有多大的作用。所以谐振回路是否优良，决定了收音机的选择性。如果你的收音机里夹杂着许多电台的声音，一定是谐振回路配制不适当或有了故障。谐振回路愈多的，选择性也愈强。

事实上，一根普通的天线一架好后，它的电感量和对地的电容量就不容易调整，也就是回路的谐振频率不能随便改变。一付固定的天线要能够收许多频率不同的广播电台信号，显然不能使它对这些电台都能起谐振，因此我们选择电台，主要是靠收音机里的输入谐振回路，我们旋转那个可变电容器，便能达到选择电台的目的。

这就说明收音机里输入谐振回路的重要性。靠它的作用，不仅得到了选择性，而且把要收的信号电流特别变大，同时还“排除”了那些从输入回路里一起混进来的其他信号。

上面，我们一直把振荡和谐振现象混为一谈。因为对L—C回路来说，振荡和谐振基本上都是让电子在回路里很自然的动荡。不过，在无线电里，可以利用电子管让振荡回路里的电流，自动来控制电子管里的电流，又使电子管的电流可以帮助振荡，这和从辽远的广播电台发射的电场取得帮助产生振荡的情形自然有所不同。因此习惯所说的“振荡”，还包括了自动控制所发生的振荡的意义。

上面所谈的天线谐振回路（通信天线）和收音机或收信机里的第一个谐振回路都是串联谐振回路。因为高频电场也罢，高频电源也罢，都是加到这种谐振回路里面，和L—C串联。这时电流既是极大，那末串联谐振时的L—C回路对电流的阻抗就极小。但单独一个电容器的容抗X\(_{c}\)或单独一个线圈的感抗XL并不小。因此有很大的谐振电流I\(_{r}\)经过XL及X\(_{C}\)时，在线圈和电容器两端所产生的电压（IrX\(_{L}\)和IrX\(_{C}\)）就极大，比高频电源的电压可能要大数十至数百倍。所以串联谐振回路不仅选择了信号，还放大了信号。

另一种使用谐振回路的方法，叫做并联谐振。谐振回路自然还是由L—C联接起来所构成，但却是在它们相并联接的两个接点，加上高频电源，对高频电源看起来，L－C是并联的。谐振的时候，电子就“欢喜”在L—C回路里动荡，而“不愿”跑到谐振回路外面去，也就是只有很少的电子跑到高频电源。因此对高频电源所产生的电流来说，并联谐振回路谐振时，相当于一个很高的阻抗。如果将一个并联谐振回路接入天线的回路里，使它对个别干扰电台产生谐振，那这干扰频率的电流将被减小到很少，不起干扰的作用，结果就是把这个频率的信号排除了。

但并联谐振回路能够谐振，还是要归功于那个高频电源，不得到电源的帮助，谐振是不能产生的。由高频电源流来的电流很小，而并联谐振回路里的电流很大，这就是它可被利用的另一特点。(沈肇熙)