"CQ-SKW", №7, апрель, 1930 год, стр. 49-53

Инж. А. Ф. Шевцов

КОРОТКОВОЛНОВЫЙ ВЕРНЬЕР ДЛЯ НАСТРОЙКИ И ГРАДУИРОВКИ

Секторный подталкиватель

В своей статье, посвященной теории и расчету верньерных ручек (№№ 10 и 11 «Радио всем», 1929 г.), при рассмотрении верньеров с подталкивателем, автор выразил надежду, что такие верньеры, в комбинации с механическим, могут оказаться чрезвычайно выгодными в любительской практике, как эффективные любительские верньеры. В статье речь шла только об одном типе верньеров с подталкивателем, который можно назвать эксцентриковым подталкивателем. В дальнейшей же своей работе над верньерами автор пришел к заключению, что более благодарным, более совершенным следует признать другой тип подталкивателя, который мы назовем секторным подталкивателем.

Рис. 1.

Секторный подталкиватель является частным случаем механического верньера с непрерывным вращением, в котором вращение ограничено не полуокружностью, а меньшим углом, или сектором. Для наглядного пояснения этого определения приводим чертеж (рис. 1). На нем обозначено: О — ось органа настройки, которая вращается грубо при помощи насаженной на нее ручки, преодолевая трение охватывающего ее стержня «а» верньерного приспособления, а верньерно — при помощи нашего подталкивателя, состоящего из упомянутого уже стержня а и прикрепленного к нему отрезка кругового сектора b, сцепленного с роликом r', вращаемым от верньерной ручки r. Буквой Θ, как и в упомянутой в начале нашей статье, обозначен угол перекрытия верньера-подталкивателя ¹.

Расчет замедления такого верньера и его эквивалентного радиуса так же прост, как и расчет механического верньера. Замедление будет равно отношению радиусов:

а эквивалентный радиус, как всегда, равен

В случае комбинированного верньера, когда вместо ручки r на ее оси будет насажен механический верньер, имеющий замедление n' и радиус вращаемой ручки r, эквивалентный радиус будет, как и раньше,

Новое же и более ценное по сравнению с эксцентриковым верньером заключается в следующем.

Большее замедление, любой угол перекрытия

Во-первых, в верньере мы связаны оперативным углом, от которого теснейшим образом зависит замедление. Здесь же, в секторном верньере, мы, если откинуть вопрос о перекрытии диапазона и о градуировке (об этом будем говорить дальше), в смысле выбора величины замедления связаны главным образом только размерами механизма. Если мы располагаем значительным местом, можем взять большой радиус R, можем получить и очень значительное замедление — не 5, не 10, а, начиная с десяти, — пятнадцать, двадцать и даже и больше. Угол перекрытия также можем выбрать произвольно, руководясь лишь конструктивными соображениями; легко, в частности, сделать угол перекрытия в 20° (⅕ полуокружности), что даст возможность перекрывать шкалу пятью установками ручки главной оси; не так трудно осуществить угол и на все 100°, т. е. перекрывать всю шкалу; впрочем, конечно, чем меньше угол, тем меньшая точность требуется при изготовлении, тем проще верньер сделать, тем надежней он будет работать.

Оперативная свобода

Второе новое в секторном верньере заключается в большой оперативной свободе. В то время как эксцентриковый верньер имеет нормальный оперативный угол (угол вращения ручки r) в 50° (четверть окружности при 100° шкале), при секторном верньере мы в этом отношении ограничены выбранным нами углом перекрытия — можно сделать столько оборотов ручки r, сколько раз поместится на дуге сектора катящаяся по ней окружность ролика r'.

Все это — и первая и вторая особенности — отмечено нами в предположении, что градуируется только главная шкала, шкала главной оси.

200—градусный оперативный угол

Если же мы захотим повысить точность градуировки при комбинированном верньере большой эффективности и при коротких волнах (о такой возможности мы уже говорили в упомянутой выше статье в № 11 «Радио всем»), то картина несколько изменится — свободы конструктор будет иметь несколько меньше, но все же значительно больше, чем при эксцентриковом верньере.

Рис. 2.

Вместо 50°-ного оперативного угла эксцентрикового верньера мы будем иметь в случае секторного верньера угол, равный полной окружности, т. е. все 200°. (Конечно, эти 200° мы получим только в том случае, если сама ручка допускает свободноо вращение; большинство верньерных ручек, например, имеют ограниченное движение — в пределах 100°, приставной же верньер допускает неограниченное вращение.) Как можно использовать «все 200°», когда только 100° — т. е. половина окружности — имеет шкалу, поясняет рис. 2.

Для этого вместо одной стрелки-указателя, применяемой при 100-градусной шкале, воспользуемся двумя стрелками-указателями; левая стрелка будет показывать первые 100°, правая стрелка — вторые 100°.

Связь угла перекрытия с замедлением

Когда мы ограничили себя оперативным углом — хотя бы даже 200°, а в случае применения некоторых верньерных ручек — до 100°, мы получим и другие ограничения нашей свободы выбора данных верньера. Именно, снова, (как и в эксцентриковом верньере) мы будем иметь тесную связь между углом перекрытия и замедлением. Разберем вопрос на примере.

В самом деле, если наша ручка имеет оперативный угол 200°, а замедление подталкивателя 25, то это значит, что при полном обороте ручки (на ее оперативный угол) главная ось повернется на угол в 25 раз меньший. То есть угол перекрытия будет

При замедлений 10 угол перекрытии будет,

Если мы сравним с эксцентриковым подталкивателем, то мы увидим, что секторный дает эффект в четыре раза больше. Это и естественно, так как в четыре раза больше оперативный угол. С другой стороны, если мы по конструктивным соображениям задаемся углом перекрытия, то легко определяется замедление, которое при этом должно получиться при данном оперативном угле. Например, при угле перекрытия 10° и оперативном угле 200° получим замедление

Закрепим в нашей памяти достигнутое знание формулами:

В этих формулах n — замедление, Θ_n — угол перекрытия, Θ_о — оперативный угол.

Угол градуировки и угол перекрытия

Но сказанное — еще не все о достоинствах секторного верньера. Большое ценное качество его заключается еще в том, что «угол перекрытия» не обязательно должен иметь упоры, ручку можно вращать не на один, а на несколько оборотов. Этим безусловно увеличивается удобство управления. Перестановку ручки главной оси можно делать значительно реже, чем можно было бы ожидать, исходя только из «угла перекрытия». Рабочий угол сектора, т. е. фактический угол перекрытия, может быть в несколько раз больше, чем получается из формулы, исходя из оперативного угла ручки. То, что мы называли раньше «углом перекрытия», вернее (для случая секторного подталкивателя) следовало бы назвать «углом градуировки», потому что это будет угол вращения главной оси, который мы можем проградуировать, пользуясь и второй шкалой ручки r. А то, что мы только что назвали «фактическим углом перекрытия», будем попрежнему называть просто углом перекрытия.

Методика верньерной градуировки

Поясним только что сказанное соображениями о градуировке, которые, надеемся, и сами по себе будут небесполезны для стремящегося к сознательной, углубленной работе радиолюбителя.

Эти соображения лучше всего выявятся на разборе конкретного примера, в качестве которого рассмотрим примерный график градуировки, изображенный на рис. 3.

Рис. 3.
(увеличенное изображение)

Он построен для оперативного угла 200°, при градуировочном угле 20°; фактически градуировочный угол (как и угол перекрытия, о чем говорилось в нашей основной статье), берется с известным запасом, с перекрытием, во избежание нарушения непрерывности прохождения шкалы, непрерывности градуировки, во избежание пропусков (провалов), которые могут получиться при очень скупо выбранном градуировочном угле вследствие неизбежных на практике неточностей. Отсюда понятно, что двумстам градусам оперативного угла соответствуют не точно двадцать градусов основной шкалы, а двадцать три градуса. Иначе говоря, наш верньер таков, что при вращении верньерной ручки на 200° главная ось поворачивается на 23°. Конечно, фактический градуировочный угол может быть 21; 21,5; 22; 22,5; 24 градуса — точность здесь не нужна, важно только, чтобы фактический градуировочный угол был больше теоретического, причем только немного больше, так как излишний запас даст уже ухудшение удобства настройки.

Итак, мы перекрываем 23 градуса. Этот участок и градуируется на длины волн (или частоты) в зависимости от шкалы верньерной ручки.

Для того, чтобы пользоваться графиком градуировки, если он уже составлен, или чтобы приступить к его составлению, нужно сделать установку шкал. Первой установкой будем считать такую, при которой мы начнем вращение главной оси от нуля ее шкалы. Устанавливаем верньерную ручку на 100° около правой стрелки, причем так, чтобы сектор нашего верньерного механизма допускал (при левом вращении верньерной ручки, которое само собой получится вследствие действия механизма, в силу того, что основная ось будет иметь правое вращение) при полном обороте ручки непрерывное ее вращение, чтобы где-нибудь на этом пути не произошло остановки вследствие упора в стопорные края сектора. Установим затем на нуль стрелку главной шкалы. Тогда, при перебегании шкалы около правой стрелки — 100, 90, 80 и т. д. до 0, а затем около левой стрелки в том же порядке, стрелка главной шкалы передвинется от 0 до 23°. (Конечно, было бы приятнее, если бы и верньерная шкала проходилась не навыворот, не от 100° к нулю, а прямо — от 0 к 100°, — но имеющиеся в продаже шкалы предназначены для основных шкал, а не для наших верньеров.)

Рис. 4.

Отсюда понятно, почему в нижней части графика стоят цифры: 100, 90, 80 и т. д. и под ними подпись «правая», а затем «нуль» переходит в «100» и снова цифры уменьшаются, причем под ними уже подпись «левая». Этим показано прохождение цифр шкалы около соответствующих стрелок в соответствующей последовательности. Теперь нам останется только при помощи волномера определить для нескольких положений верньерной шкалы (не меньше 5 точек) соответствующие им длины волн, полученные точки соединить плавной кривой, построив таким образом градуировочную кривую или график длин волн для градуируемого участка шкалы. (Или, если график уже имеется, настроившись на какую-нибудь станцию, определять ее длину волны по настройке, отсчитываемой по верньерной шкале.) Далее переходим к следующему участку. Мы проградуировали первый участок главной шкалы с запасом от 0 до 23°. Теперь второй участок начнем с 20°. Для этого, как уже было ранее объяснено, производим установку верньерной ручки, после чего ставим ручку главной оси на 20°. Конец второго участка будет на 43°. Градуировочная кривая II начнется несколько ниже конца кривой I, так как мы кончили первый участок на 23°, а начали второй на 20°. Подобные же уступы на графике будут на каждом переходе от одного участка к другому. Как уже объяснялось раньше, такое перекрытие при переходе от одного участка к другому необходимо для гарантии в том, что мы не пропустим ни одной станции.

Рабочий график

Продолжая по предыдущему, мы пройдем последовательно участок за участком всю главную шкалу. В нашем примере мы пройдем ее в пять приемов, мы будем иметь пять участков, проградуированных в зависимости от верньерной шкалы. Все эти участки общего графика, для наглядности при наших рассуждениях, мы располагали друг за другом и получили очень длинный, растянутый общий график. Целесообразнее, однако, в смысле использования бумаги, а главное — удобства пользования графиком, расположить все кривые на графике одного участка. Тогда мы получим окончательный, удобный для работы, рабочий вид градуировочного графика, изображенный на рис. 5. Он напоминает график настройки приемника с контактным переключателем. Это и понятно, так как по идее способы настройки контактным переключателем и подталкивателем сходны между собою: и здесь и там мы имеем «грубую настройку», установку на некоторый диапазон, который затем мы и проходим непрерывно, вращая ручку, — в первом случае ручку плавной настройки, во втором — верньерную ручку.

Рис. 5.

На рисунке 5 кривые 1, 2, 3, 4 и 5 — кривые верньерной градуировки, отсчет по которым производится согласно делениям верньерной шкалы, помещенным на нижней горизонтальной строке графика. Для сравнения на этом же графике помещена и кривая градуировки для основной шкалы — кривая 6. Деления основной шкалы, по который производится отсчет волн по этой кривой, указаны на верхней горизонтальной строке графика.

Точность градуировки

Верньерная градуировка имеет целью повысить точность определения по графику длины волны (или частот). Насколько же повышается эта точность по сравнению с градуировкой по главной шкале?

Вопрос этот, поскольку он зависит от верньера (график можно сделать в любых масштабах и получить на нем любую точность), сводится к вопросу — в какой мере увеличивается точность отсчета по верньерной шкале по сравнению с главной. Нетрудно сообразить, что точность находится в прямой зависимости от замедления. В самом деле, при замедлении 10 (как в нашем примере, когда 20 градусам главной шкалы соответствует 200 градусов верньерной) на каждый градус главной шкалы приходится 10 градусов на верньерной и, значит, во столько же раз увеличивается точность отсчета.

На каждый градус главной шкалы при коротких волнах в среднем приходится 50 000 периодов (50 килопериодов), или, считая в полосах частот и принимая на одну станцию полосу частот в 10 килопериодов, — 5 станций на градус. Определить станцию по графику, пользуясь только главной шкалой, невозможно в силу одной только невозможности произвести отсчет по шкале с точностью до десятых градуса. При верньере же можно производить отсчет с вполне достижимой точностью до 1—½ градуса, одна станция будет занимать 1—2 градуса, благодаря чему определение ее станет практически возможным, в такой же мере, в какой возможно определение станции по настройке на приемнике вещательного диапазона.

На пути к разрешению задачи «верньер не только для подстройки, но и для настройки» стоят некоторые технические трудности. Первая и основная — изменение настройки в зависимости от обратной связи; она в известной мере преодолевается применением специальных схем. Вторая трудность, сводящая на-нет все градуировки, влияние на настройку тела настраивающего; это затруднение также преодолимо как при помощи соответствующих изменений в схеме, так и экранированием. Остальные технические затруднения кроются в конструкции верньера, о чем будем говорить особо. Сейчас мы подчеркнем, что, как вытекает из только что сказанного, применение верньера для градуировки требует от приемника известного технического совершенства. Надеемся, что именно поэтому данная задача привлечет к себе внимание передовых любителей-коротковолновиков.

Попутно любопытно отметить, что в хорошем верньере, выбранном путем приведенного нами расчета (в № 10 «Р. В.», 1929), нуждается только хороший приемник. Хороший — это такой приемник, который обладает хорошей избирательностью (дает острую настройку) и в котором слабо влияют на настройку как обратная связь, так и тело (руки) настраивающего. Только тогда на приемнике волей-неволей приходится ставить хорошие верньеры. Имея же плохой приемник, любитель пользуется для подстройки обратной связью, изменением положения своего тела, а иногда и просто не нуждается в верньере, потому что, вследствие плохой избирательности, приемник допускает настройку без всяких верньерных приспособлений (таков, например, «трехрублевый» коротковолновый приемник Кубаркина, ценный своей доступностью для начинающего, но не имеющий качеств, предъявляемых к хорошему приемнику).

«Непрерывный дисковый подталкиватель»

Теперь нам остается только разобрать вопрос о конструктивных особенностях нашего верньера.

Сразу же надо сказать о недопустимости мертвого хода в механизме верньера; это требование, существенное при подстраивающих верньерах, совершенно обязательно для верньеров градуируемых. При наличии мертвого хода, понятно, все кривые, вся точность градуировки пойдут на смарку.

Для большей точности градуировки необходимо, чтобы осноовная шкала давала возможность наибольшей возможной точности установки стрелки-указателя на шкале. Для этого и шкала должна быть начерчена тонкими линиями, а стрелка иметь острый конец (рис. 6); кроме того, они должны прилегать близко друг к другу.

Рис. 6.

Теперь об основной детали верньера — о секторе. Если при секторном подталкивателе применять фрикционное сцепление (принятое в лучших образцах механических верньеров по той причине, что такое сцепление не дает мертвого хода), то здесь мы столкнемся с некоторой неприятностью, Дело в том, что в процессе работы с приемником приходится настраиваться как с градуировкой, так и без нее. В последнем же случае, вращая верньерную ручку, иногда доходим до упора, и здесь наше сцепление, безукоризненное по самому сектору, даст некоторое скольжение. Несколько таких скольжений могут настолько изменить взаимное положение сектора и привода к нему от верньерной ручки, что при желании работать с градуировкой, когда требуется произвести установку верньера по шкале, мы встретимся с упором совсем в ненадлежащем месте. Приходится, так сказать, обратным скольжением водворять сектор в нормальное положение. Эта операция является побочной, кроме того страдает фрикционный механизм. И от того и от другого желательно избавиться.

Зубчатая передача не имеет скольжения, и потому сектор всегда будет на месте, и градуировочная установка будет происходить без затруднений. Но сама по себе зубчатая передача неприятна тем, что без мертвого хода ее осуществить нелегко. Поэтому желательно было бы сохранить фрикционное сцепление и вместе о тем не иметь побочных забот при установке шкал.

Решение мы видим в механизме, который назовем «непрерывный подталкиватель». Сущность его заключается в том, что вместо сектора на главную ось, также с трением, насаживаем диск, попрежнему сцепленный фрикционно с верньерной ручкой. Нетрудно сообразить, что в случае диска мы можем «непрерывно подталкивать», совершенно не заботясь о положении механизма. Механизм будет всегда в рабочем положении при подстроечной работе — никогда здесь не помешают упоры, нужно только время от времени производить установку главной шкалы (грубо настраиваться), а в случае же градуировки производят установку сначала верньерной, а потом главной шкал. (Преимущества непрерывного (дискового) подталкивателя сохраняются и при других видах передач — зубчатой и червячной).

В таком виде верньер-подталкиватель представляется нам в настоящее время лучшим верньером для коротковолнового приемника, особенно при развитии радиотелефона на коротких волнах, да и при траффике, когда желательно быстрое и точное определение станции по ее настройке. Чрезвычайно удобен такой верньер — с ручками главной, верньерной и приставной микроверньерной (рис. 4); для начинающих входить в практику радиолюбителей комбинированных приемников на вещательные и короткие волны три ручки дают три ступени верньерности настройки, каждая из которых может быть применена, в необходимом случае.

Конечно, три ручки — удаление от идеала управления одной ручкой. Но усложнение, которое они вносят, невелико, оно не больше того, которое вносит в управление привычный контактный переключатель. Овладение ими, поскольку они увеличивают удобство настройки, не представляет больших затруднений. Но зато они улучшат эксплоатационные качества коротковолновых приемников и тем, надеемся, окажут содействие их широкому внедрению, которому препятствует трудность настройки и градуировки.

Вопросы для читателей. 1)Чем отличается верньерный график длин волн при секторном подталкивании (рис. 5) от графика при контактном переключателе и почему? 2) Как получить, не прибегая к волномеру (построением), по графику главной шкалы верньерные графики, и наоборот — по верньерным графикам график главной шкалы? 3) Какая из указанных в вопросе 2 операций предпочтительнее и почему?