Слово "резонанс" происходит от латинского слова "resonans", что значит откликаться, увеличивать продолжительность или интенсивность звука. Резонансные явления встречаются не только в области звука, но и в механике. Так, например, резонанс может являться причиной поломки мостов, валов, различных машин при критических числах оборотов, качки кораблей и т.п. В силу того что резонансные явления были мало изучены, резонанса раньше боялись, относили его к числу опасных явлений.

С развитием практической электротехники прежнее осторожное отношение к резонансу еще более возросло. Оказалось, что резонанс в цепях переменного тока очень опасен. Такую славу создал резонансу неудачный опыт итальянской электротехнической фирмы Ферранти. Инженеры этой фирмы решились, несмотря на усиленную агитацию Эдиссона за постоянный ток (у него не было ни одного патента на схемы переменного тока), воспользоваться переменным током при передаче энергии по подземному кабелю. Предварительный расчет кабеля был ориентировочным и производился только на изоляцию. Такие "мелочи", по тогдашнему уровню знаний, как собственная емкость и индуктивность кабеля, в расчет не принимались.

Когда же прокладка кабеля была закончена и один его конец был подключен к генератору переменного тока, а другой к электродвигателям, то последние при пуске в ход получили тяжелые повреждения, а сам генератор переменного тока перегорел так, как будто через него прошел сильный ток очень высокого напряжения.

Изучение причин аварии показало, что кабель, обладавший вследствие большой длинны значительной емкостью и индуктивностью, образовал колебательный контур, собственная частота которого случайно оказалась в резонансе с частотой переменного тока, создаваемого генератором. Поэтому в кабеле и возникли огромные перенапряжения, приведшие к аварии.

В последующие годы, однако, резонанс явился той основой, при помощи которой удалось подтвердить на опыте гипотезу о существовании электромагнитных волн. Через несколько лет после этого А.С.Попов изобрел первый в мире радиоприемник, работающий на основе резонанса, хотя он не имел органов настройки. По мере развития практической радиотехники, с введением органов настройки сначала в передатчики, а затем и в приемники, даже в период "искровой радиотехники", стало очевидно, что резонанс имеет для радиотехники очень важное значение. В то время как в строительной механике, машиностроении, кораблестроении, в электротехнике и в некоторых других областях техники против резонанса принимают особые меры предосторожности, в радиотехнике, наоборот, стремятся к полному использованию этого явления. Однако такое понимание резонанса развилось далеко не сразу.

 

Когда в 1900 году инженеры фирмы Маркони взялись строить передающую станцию в Полдью (Англия), опасность резонанса казалась им по-прежнему самой основной. Поэтому были тщательно предусмотрены всевозможные меры защиты от него. По проекту питание радиостанции должно было осуществляться от генератора переменного тока. Применение переменного тока, бывшее новшеством в то время, позволяло избавиться от большой батареи аккумуляторов, зарядной станции постоянного тока, а также от прерывателя постоянного тока и индукционной катушки, являвшихся ранее обязательной принадлежностью передающей искровой радиостанции. Генератор переменного тока (см. схему) работал на первичную обмотку силового трансформатора, служившего для повышения напряжения; вторичная обмотка этого трансформатора через дроссели низкой частоты была соединена с конденсатором, разряжавшимся, в свою очередь, через искровой промежуток.

Несмотря на предусмотренные в проекте меры предосторожности, при эксплуатации станции все-таки очень часто выходили из строя дроссели низкой частоты. В них нередко возникали пробои, особенно между витками, находившимися ближе к конденсатору постоянной емкости. Это не был пробой на землю или пробой между витками, имеющими значительную разность потенциалов. Наоборот, он загадочно возникал иногда, например, между двумя соседними витками обмотки дросселя, где уже никак не могла появиться сколько-нибудь значительная разность потенциалов.

Попытки бороться с этим явлением производились вслепую до тех пор, пока, наконец, не удалось подтвердить догадку, что пробои вызываются токами высокой частоты. Именно наличием колебаний высокой частоты, проникающих в дроссель, и объяснялась значительная разность потенциалов даже между соседними витками. Пришлось ввести в цепь еще дроссели высокой частоты - катушки с однослойной обмоткой, без сердечников. Поскольку колебания высокой частоты могли проникать в схему и через первичную обмотку трансформатора, что грозило повторением печального опыта фирмы Ферранти - перенапряжением в обмотках генератора, - в схему были добавлены так называемые (в то время) "предохранители высокой частоты" - конденсаторы постоянной емкости, установленные между защищаемыми проводами и землей.

Применение силовых трансформаторов электротехнического типа с повышающей обмоткой вызывало значительное удорожание радиостанций. Эти трансформаторы были дороги, громоздки, требовали хорошей изоляции, не устраняли возможности короткого замыкания повышающей обмотки в моменты проскакивания искры между электродами разрядного промежутка. Последнее было особенно опасно при тупой синусоидальной или плоской форме кривой напряжения переменного тока. Искажения же формы синусоидальной кривой встречались в то время очень часто из-за несовершенства генераторов и трансформаторов.

Развитие знаний в области электрического резонанса позволило применить так называемые резонанс-трансформаторы. От обычного силового трансформатора резонанс-трансформатор отличался тем, что индуктивности и емкости его обмоток подбирались с учетом тех же параметров обмоток генератора переменного тока. В результате получалась электрическая цепь, имеющая резонанс на рабочей частоте генератора переменного тока. В этом случае за счет резонанса можно было значительно сократить число витков обмоток трансформатора, уменьшив тем самым его размеры и стоимость. Другое, не менее важное преимущество заключалось в том, что при наличии резонанс-трансформатора исключалась опасность электрической дуги при пробое электродов искрового промежутка: в момент проскакивания искры резонанс нарушался и напряжение на зажимах конденсатора и обмотке трансформатора мгновенно падало до величины, недостаточной для пробоя электродов разрядного промежутка.

Стремление к последовательному и исчерпывающему использованию явлений резонанса привело не только к замечательным практическим результатам по мере развития теоретической и практической радиотехники, но и к открытию новых видов резонанса, к расширению и уточнению самого понятия этого термина. Учение о резонансе прошло через несколько ступеней последовательного развития. С самого начала развития радиотехники явление резонанса было положено в основу избирательного приема, причем для повышения избирательности и усиления стремились к созданию колебательных систем с возможно меньшим затуханием. В это время и появились в детекторных приемниках катушки индуктивности гигантских размеров для повышения добротности контуров. С появлением усилительных ламп стало возможным добиться нужного и при меньшей добротности контуров. Развитие радиотехники поставило на повестку дня разработку резонансных систем с кварцем.

Свойство резонансного контура выделять из сложных колебаний, состоящих из целого спектра частот, колебания одной определенной частоты, совпадающей с собственной частотой колебательного контура, привело к тому, что такие контуры стали широко применяться в передающих и приемных устройствах.

Автор: В. Шамшур

Источник публикации: ж. Радио, 1954, № 2, с. 59-60


Печать Источник Все публикации пользователя dodonych