В лабораториях при различного рода измерениях, когда необходимы переменные сопротивления, применяют обычно магазины сопротивлений.
Здесь мы помещаем описание так называемого декадного (десятичного) магазина сопротивлений, в который нами внесены некоторые изменения, сделавшие его более универсальным. Наш прибор может быть использован как декадный реостат и как декадный потенциометр. На таком приборе можно с точностью до одного ома подобрать любое сопротивление в пределах от 1 и до 1 110 ом. Приведенные данные сопротивлений справедливы как для реостата, так и для потенциометра. Необходимо также упомянуть, что конструкция допускает возможность получения на одном приборе трех реостатов (разумеется, с различными сопротивлениями) или потенциометров, а также в одно и то же время и реостатов и потенциометров.
Подобный прибор, безусловно обладая целым рядом преимуществ перед обычным магазином сопротивлений, все-таки много сложнее его в изготовлении. Но для кружка любителей постройка такого прибора не составит большого труда.
На рис. 1 изображена схема декадного реостата. Как видно из схемы, он состоит из трех групп сопротивлений, разбитых на десять частей каждое, причем в первую группу входят десять сопротивлений по одному в каждом, во вторую — десять по десять ом каждое сопротивлевие, в третью — десять по сто каждое сопротивление. Сумма всех сопротивлений равна 1 110 омам. Наименьшее сопротивление равно 1 ому.
Реостат включается в цепь клеммами «К3» и «П». Изменение сопротивления производится передвижением ползунков по 33 контактам, к которым приключены секции сопротивлений.
При положении ползунков в изображенном на рис. 1 случае сопротивление реостата равно 574 омам. При перемещении рукояток ползунков слева направо сопротивление реостата будет возрастать, а в обратном направлении — уменьшаться.
При установке какого-либо из трех ползунков на контакт, помеченный цифрой «0», сопротивление данной группы совершенно выводится из цепи. Таким образом, как уже упоминалось выше, можно, двигая ползунки, подобрать любое сопротивление в пределах от 1 и до 1 110 ом.
На рис. 2 дана схема потенциометра. В этом случае группы сопротивлений соединены последовательно. Зажимы от ползунков выведены отдельно. Источник тока приключается к клеммам «П» и «П1». На клеммах К1 и К2, К1 и К3 и, наконец, К2 и К3 мы при движении ползунков можем получить целый ряд различных напряжений, в пределах от одной тысячной доли напряжения источника до полного его напряжения. Два подобных прибора легко объединить в один, произведя соединение групп сопротивлений с ползунками по схеме рис. 3.
Между сопротивлениями ставится по три клеммы; к двум из них присоединяют сопротивления, а к третьим ползунки.
На клеммы «Д1» и «Д2» помещают по перемычке, которые могут перебрасываться на ту или иную из рядом стоящих клемм. Таким образом, если перемычки будут замыкать клемму «В1» с «Д1», а клемму «В2» с «Д2», то наш прибор будет включен по схеме рис. 2, т. е. он будет работать как потенциометр. Если перемычки будут замыкать клеммы «Д1» с «К1», а «Д2» с «К2» (как указано на рис. 3), то прибор будет иметь схему рис. 1, то есть будет включен в качестве реостата.
Как видно, переключения прибора не сложны, стоит только переставить перемычки на другие клеммы и вместо реостата мы будем иметь потенциометр или наоборот.
Перейдем к практическому выполнению универсального декадного магазина сопротивлений.
Декадный магазин собирается в прямоугольном ящике размерами 110 × 120 × 230 мм. Общий вид магазина дан на фотографии (рис. 5). Как видно из фотографии, все части расположены на верхней крышке ящика. Монтаж прибора не представляет каких-либо особенных затруднений: вся работа заключается в установке 36 контактов (к каждой группе добавлено по одному холостому контакту, чтобы в случае нужды можно было разрывать цепь), трех ползунков и девяти клемм. Поэтому мы не будем останавливаться на этой части работы. Основная часть работы по изготовлению прибора сводится, главным образом, к выполнению десятичных групп сопротивлений. Последние удобней всего выполнить, наматывая соответствующую проволоку на панель. Форма и размеры панели, а также и расположение витков указаны на рис. 4. Общий вид панели с сопротивлениями приведен на фотографии рис. 6.
Размеры панели, указанные на рис. 4, и толщина данели в 10 мм рассчитаны таким образом, что каждый намотанный на нее виток из никелиновой проволоки диаметром 0,1 мм обладает сопротивлением, равным десяти омам. Легко понять, что для группы сопротивлений в 1 000 ом надо намотать 100 витков указанной никелиновой проволоки. Такая группа разбивается на десять секций, по 100 ом в каждой секции, и от места, которое будет служить концом последнего (десятого) витка одной секции и началом первого витка следующей секции, делается отвод.
Для группы в 100 ом необходимо десять витков указанной проволоки, причем в этом случае отводы делаются от каждого витка.
Что касается группы в 10 ом по 1 ому в каждой секции, то тут удобней применить вместо проволоки диаметром в 0,1 мм никелиновую же проволоку, но диаметром в 0,3 мм. Такой проволоки для этой группы также мотают десять витков и делают отводы от каждого витка. Но в этом случае длина проволоки, идущей на один виток, будет на 20 мм меньше, чем длина витков в первых двух группах. Для того чтобы получить нужную длину витков, в панели делаются прорезы глубиной в 10 мм.
Вообще же расчет длины витков и величины панели ведется следующим простым способом (в качестве примера приведем расчеты групп сопротивлений, применяемых в описываемом приборе): сопротивление одного метра никелиновой проволоки диаметром в 0,1 мм равно 53,2 ома1). Отсюда сопротивление одного сантиметра такой проволоки равно 53,2 : 100 = 0,532 ома. В каждой секции первой группы у нас должно быть по 100 ом сопротивления, следовательно длина проволоки секции будет равна (округляя результат) 100 : 0,532 = 188 см. Для удобства отсчета сопротивлений зададимся числом витков каждой секции равным 10. Длина проволоки, идущей на один виток, в мм равна 1 880 : 10 = 188 мм.
Получив эти данные, можно переходить к расчету размеров панели, который ведется в следующем порядке: из длины одного витка вычитается удвоенная толщина доски, из которой будет сделана панель; полученный остаток делим пополам, результат от этого деления и будет искомой шириной панели. Длина последней зависит от плотности намотки; на длину же проволоки, и следовательно на сопротивление намотанных на нее витков, плотность намотки мало влияет. В нашем примере при толщине фанеры, равной 10 мм, получаются следующие данные: (188 — 10 · 2) : 2 = 84 мм. Итак, сторона панели для нашего случая должна быть равна 84 мм. Практически к полученному результату нужно прибавлять 1 мм, так как при намотке (см. ниже) делаются для правильной укладки витков пропилы. Прибавленный миллиметр будет их компенсировать.
Подобный расчет справедлив для любого диаметра проволоки и толщины панели. Нужно только ширину панели расчитывать для группы в 1 000 ом, так как при этом эта же ширина будет годна и для намотки второй группы сопротивлений.
Теперь нам известно, что при панели размерами, 10 × 85 мм (длина витка равна (10 + 85) · 2 = 190 мм) каждый намотанный на нее виток будет обладать сопротивлением в 10 ом, т. е. для первой группы нужно намотать 100 витков, для второй 10 витков той же проволоки, а для третьей мы решили взять проволоку в 0,3 мм, а также для удобства отсчета намотать ее 10 витков, но с таким расчетом, чтобы каждый виток обладал сопротивлением, равным 1 ому. Расчет третьей группы ведется таким же образом, как и предыдущих групп. Сопротивление одного метра проволоки диаметром 0,3 мм равно 5,95 ома, отсюда сопротивление 1 см равно 5,95 : 100 = 0,0595. Сопротивлением в один ом будут обладать: 1 : 0,0595 = 16,8 см, что составит 168 мм. Узнаем (при той же толщине) ширину панели: (16 — 10 · 2) : 2 = 74 мм, прибавляем к полученному числу 1 мм и получим окончательную длину панели, равную 75 мм.
Из фанеры указанной толщины выпиливают прямоугольник, согласно размерам, данным на рис. 4. При помощи линейки с миллиметровыми делениями на панели делается разметка витков. Расстояние между витками в первой группе равно 1 мм, расстояние между секциями этой группы равно 2 мм. Во второй группе расстояние между витками равно 2 мм, лучше даже сделать равное 3 мм. В третьей группе расстояние между витками также равно 3 мм.
Проделав всю разметку, нужно в соответствующих местах по 10-мм сторонам панели сделать пропилы, в которые будут укладываться при намотке витки. Такие пропилы крайне необходимы, так как они облегчают намотку и обеспечивают ее прочность. Пропилы делают лобзиком, глубина каждого пропила примерно равна 0,5 мм (на глубину примерно половины пилки лобзика).
Перед намоткой первой группы между секциями набивают 11 гвоздиков (с откусанными шляпками). Эти гвоздики служат для закрепления наматываемой проволоки. При намотке проволока укладывается в пропилы. Когда намотана секция, т. е. 10 витков, нужно несколько раз обернуть проволоку вокруг гвоздя и начинать мотать следующую секцию и т. д. Намотав первую группу, проволоку закрепляют за последний гвоздь и, разрезав ее, приступают к намотке второй группы.
Для второй и третьей групп забиваются только по два гвоздика для каждой. Эти гвоздики будут служить для закрепления начала и конца обмотки.
Как было выяснено выше, для третьей группы сторона панели должна быть равна 75 мм, а имеющаяся у нас панель имеет стороны, равные 85 мм. Поэтому, раньше чем приступать к намотке, нужно на панели, согласно рис. 4, сделать 10 пропилов, глубиной в 10 мм каждый. Эти пропилы как бы уменьшат сторону панели на 10 мм и в результате витки будут иметь нужную нам длину.
Для отводов к контактам употребляют мягкий шнур, который нарезается кусками подходящей длины. Отводы первой секции припаиваются к гвоздям, а во второй и третьей секции прямо к виткам. Концы отводов желательно заделать в наконечники. Для припайки отводов место намечается произвольно, например, середина панели, но на намеченном месте для данной группы все отводы, в том числе и отвод от начала, обязательно должны находиться на одной прямой.
Чтобы предупредить возможные обрывы отводов, их укладывают под фибровую или картонную полоску, которая прибивается к панели.
Когда все отводы припаяны (при пайке отводов на гвоздях необходимо следить, чтобы к гвоздю припаивалась также и никелиновая проволока) и закреплены на панели, последнюю можно устанавливать на крышке ящика. Для этой цели из латуни вырезают две полоски, которые сгибают под прямым углом и, проделав в них по два отверстия с каждой стороны, привинчивают к панели и к крышке ящика.
На крышке, помимо переключателей с контактами, устанавливают девять клемм, причем при их расстановке нельзя упускать из виду того, что на клеммах, находящихся между группами сопротивлений, должны быть перебрасывающиеся перемычки.
Смонтировав все части, производят их соединения, согласно схеме, данной на рис. 3, проверяют надежность контактов, привинчивают крышку к ящику — и декадный магазин готов.
1) Эти данные берутся из таблицы сопротивлений, которая имеется в любом радиолюбительском справочнике.