К. Васильев
Отвечая на вызов «CQ SKW» относительно технического совершенства работы советских коротковолновиков, я хочу поделиться своим небольшим опытом по работе с кварцевыми передатчиками, дать этим толчок другим омам поделиться на страницах «CQ SKW» результатами работы с кварцем и оказать помощь тем, кто к этой работе только приступает.
Многие ленинградские коротковолновики уже употребляют в своих передающих устройствах кварцевую стабилизацию. Большой опыт в этой работе имеют 3AZ Бриман, 3ВО Кершаков, 3ВС Андреев, 3Аj Доброжанский, RK4 Ванеев и целый ряд других троек во главе с RК—1 Гаухман.
Я поделюсь опытом в работе с мало распространенными схемами, так называемыми схемами с обратной связью.
Существует довольно большое количество схем с кварцем, но все эти схемы можно разделить на две группы в зависимости от режима, в котором находится кварц.
Этими двумя режимами являются «режим затягивания» и «режим осцилляторный». Но кроме этих двух основных кварцевых режимов может быть большое разнообразие режимов «промежуточных».
Какие же требования предъявляются жизнью к кварцевым передатчикам? — Прежде всего схема должна давать наилучшую стабильность и максимум мощности; параллельно с этим она должна быть проста в управлении, легка в налаживании, а кварц и лампы должны находиться в безопасности, тем более, что гибель кварца или ламп очень больно ударит любителя по карману.
Условия безопасности ламп — это просто соблюдение нормальных напряжений на нити и аноде и отсутствие срывов и перегрузки в генераторном режиме.
Условием же безопасности кварца является то, чтобы амплитуда механических колебаний кварца не превышала известной величины, т. к. дальнейшее увеличение амплитуды влечет за собой разрушение кварца, в ней появляются трещинки, иногда он просто разлетается на части.
На рис. 1 показана схема, которой присущ режим затягивания. В таком чистом виде она практически совершенно не применяется и поэтому для нас будет не интересна. Здесь, как вы видите, кварц играет роль вторичного колебательного контура, связанного с анодным колебательным контуром генератора. Изменяя частоту нашего колебательного контура, мы будем приближаться к частоте кварца и, дойдя до одной из рабочих точек кривой резонанса, — кварц возбудится сам на некоторой частоте и будет поддерживать постоянной частоту колебаний генератора. Эта схема однако плохо использует кварц. Анодные напряжения более 300 в. для него уже «смертельны», а при больших анодных напряжениях значение связи кварца с колебательным контуром, нужное для получения необходимой петли затягивания, невозможно допустить, т. к. кварц сейчас же погибнет. Указанные недостатки заставляют отказаться от применения этой схемы. Поэтому мы перейдем к рассмотрению схем осцилляторного режима.
Режим осцилляторный присущ схемам Пирса (рис. 2 и 3). Характерным для этого режима будет то условие, что частота, которую будет давать наш генератор, будет частота, близкая к частоте кварца. Возьмем кривую резонанса кварца (рис. 4) и точкой «а» обозначим собственную частоту кварца. Те точки, на которых мы работаем (частоты, которые могут возбуждаться в генераторе), будут лежать по ту или другую сторону от «а», в пределах между «ав» или «ас», т. е. когда кроме чистого ваттного сопротивления кварц представляет собой какое-то безваттное (емкостное или индуктивное) сопротивление. В точке «а» на собственной частоте кварца он обладает только одним ваттным сопротивлением и не дает нужного для каждой схемы безваттного емкостного или индуктивного сопротивления, необходимого для создания определенной фазы напряжений на сетке генераторной лампы. Но т. к. кривая резонанса кварца очень острая, то частоты, создаваемые генератором, очень близки к собственной частоте кварца.
На рис. 2 показана схема, которая употребляется почти всеми любителями. Правда, в нее тогда вводят некоторые изменения — вместо Rg ставят дроссель (Др) (рис. 5) или, если кварц плохой, то включают в сетку небольшую катушку самоиндукции — L (рис. 6), но в основном это остается та же схема кварцевого генератора, известная среди ленинградских омов под названием «классической схемы кварца».
Большой практический опыт по работе с этой схемой имеет RK—1 Гаухман, который, надеемся, и поделится своим опытом.
На рис. 7 показана схема кварцевого передатчика, с так наз. обратной связью. Любителю, впервые берущемуся за кварцевый передатчик и не работавшему с другими кварцевыми схемами, лучше воздержаться от работы с этой схемой, т. к. маленькая неосторожность может повлечь за собой гибель кварца.
Так почему же эта схема — последнее достижение в работе с кварцами, дающая возможность получить то, чего нельзя было получить от всех других схем — вдруг не рекомендуется начинающему коротковолновику? Дело в том, что главным плюсом этой схемы является возможность получить от кварцевого каскада мощность в 10 и более колебательных ватт в зависимости от типа ламп, а отсюда большое анодное напряжение, максимум нагрузки на кварц и небольшая перегрузка может погубить кварц. И только имея опыт по работе с другими схемами и ясно представляя себе все явления, происходящие в контурах, уже, не опасаясь за жизнь кварца, можно приступить к работе с этой схемой.
Почему же эта схема может дать мощность большую, чем все другие схемы? Рассмотрим отдельные элементы схемы и их включение. Питание, как видно, последовательное, и колебательный контур включен нормально, но кроме этого мы имеем еще катушку L, стоящую в цепи сетки, которая способствует возбуждению генератора. К середине анодной катушки присоединен плюс высокого напряженная, на какое-то число витков от нулевой точки — два конденсатора. Один «нейтродинный» Сн и второй Cq кварцевый.
Как известно, емкость сетка-анод способствует самовозбуждению генератора. «Кварцевый конденсатор» дает на сетку обратный потенциал, но при коротких волнах величина емкости кварцевого конденсатора больше, чем паразитная емкость лампы сетка-анод. «Нейтродинный» конденсатор дает возможность скомпенсировать этот избыток емкости. Генератор будет давать колебания только тогда, когда частота контура будет соответствовать какой-то совершенно определенной частоте рабочей части резонансной кривой даннного кварца.
Итак мы имеем такое положение: паразитная емкость сетка-анод уничтожена большей емкостью кварцевого конденсатора, колебаний быть не может. Вводя емкость «нейтродинного» конденсатора, мы увеличиваем паразитную емкость сетка-анод и доводим ее величину до величины емкости кварцевого конденсатора; точно подобрав величину, мы будем иметь строго отнейтрализованный генератор, в котором колебаний нет. Дальнейшее же увеличение нейтродинной емкости вызовет самовозбуждение.
Получив такой отнейтрализованный генератор, проследим дальнейшие явления в этой схеме.
Начинаем контурным конденсатором изменять частоту анодного контура генератора и в тот момент, когда частота анодного контура будет соответствовать одной из рабочих частот кварца, — кварц перестанет быть только конденсатором, — у него появляется «колебательная проводимость», т. е. кварц дает на сетку какие-то напряжения, которых будет достаточно для возбуждения генератора и генератор начнет работать. Если колебания при этих условиях не возникают, то нужно увеличить число витков сеточной катушки.
Все вышесказанное относилось к работе схемы в осцилляторном режиме; но могут быть созданы и такие условия, что кварц будет работать в режиме затягивания. Это получится тогда, когда не будет нейтрализован генератор и схема будет работать так же, как и в схеме рис. 1. Генератор самовозбуждаясь будет давать какую-то частоту, предположим, близкую к частоте кварца, а кварц будет составлять часть контура, в который войдет Сн и часть витков катушки самоиндукции (рис. 8). Попав в такие условия, кварц при мощных лампах и высоком анодном напряжении может погибнуть, т. к. мощность в контуре будет значительная, и кварц будет колебаться с очень большими амплитудами. Для большей безопасности кварца, или, если кварц достаточно хороший, не рекомендуется давать большие связи, т. е. включать большое число витков между нулевой точной (точкой подвода плюса высокого напряжения) и щипком, идущим к кварцу.
Перейдем теперь к вопросу о кварцевом держателе. Почти все любители употребляют держатели, в которых верхний контакт свободно лежит на пластинке. Во всех исследованиях вопросу о величине воздушного зазора придают довольно большое значение. Однако практически, в любительских условиях нужно иметь в виду только следующее: в схемах Пирса при неудачно выбранной величине зазора колебания могут вовсе не возникнуть; величина воздушного зазора безусловно оказывает большое влияние на интенсивность колебаний. Как показал опыт, наилучшим зазором будет наименьший, какой можно будет установить.
Игорь Васильев в своей статье, разбирая вопрос о кварцевых передатчиках, дает схему Пирса, возбуждает в ней «80-метровый» кварц, а антенну настраивает на 40 м или ставит один каскад удвоения. Однако схема Пирса может дать максимально 4—5 ватт, а в антенне, настроенной на удвоенную частоту, мощность будет совсем мала.
Поэтому перед любителем встает задача — на каком кварце лучше работать. Кварц толщиной в 1 мм будет иметь собственную волну примерно в 105—115 м. Пластинка для 40 м band'a, толщиной приблизительно 0,4 мм, очень нежна, требует к себе внимательного отношения, а для 20 м практически невозможно иметь кварц, работающий на основной волне в этом диапазоне, так что здесь приходится применять какие-то другие способы. Одним из способов, очень часто применяемых на практике, который дает возможность работать на коротких волнах, является способ удвоения частоты, который имеет следующие недостатки в применении его любителями. (На рис. 9 дана схема кварцевого передатчика с удвоителем). Наладить удвоитель, во-первых, не всегда удается, это часто зависит и от ламп, а, во-вторых, это лишний каскад, стоящий дорого и часто не дающий той мощности, которую мы к нему подводим. При схемах же Пирса после кварца необходим еще один каскад усиления перед удвоителем, сильно усложняющий и удорожающий установку, а следовательно не всякому любителю доступный.
На рис. 10 и 11 даны разные схемы удвоителей частоты, обычно применяемых в коротковолновых передатчиках. Но есть другой способ, позволяющий при меньшей затрате сил и средств, получить не худшие результаты. Обыкновенно мы всегда работаем на кварце и возбуждаем его на основной волне. Но можно возбудить кварц, кроме того, и на обертоне.
Обыкновенно работа производится на третьем, но иногда и на пятом обертонах, т. е. если вы имеете пластинку с собственной волной в 126 м, то, возбудив ее на 3-м обертоне, получите волну около 42 м. Работа на обертоне имеет много преимуществ. Толстая пластинка кварца дает возможность давать высокие напряжения, а 3-й или даже 5-й обертон можно возбудить почти во всяком кристалле. Правда, выделить 3-й обертон в схемах Пирса более трудно и представляется возможным только при хороших лампах, в схемах же с обратной связью это достигается более легко.
Получать четные обертоны вообще труднее, чем нечетные. Этот способ получения коротких волн с толстых пластинок более приемлем, так как не требует каскадов удвоения. Мощность, которую можно получить при 3-м обертоне в этой схеме, может быть до 10-ти и более ватт.
На рис. 12 и 13 даны две рабочие схемы. В последней поставлены приборы, без которых стройку производить будет трудно и которые поэтому необходимы. В схеме рис. 12 поставлены приборы, которые желательно было бы иметь. В зависимости от ламп, миллиамперметр анода должен быть до 150—200 м/а; амперметр контура, тепловой, до 2 ампер; миллиамперметр в цепи кварца тоже тепловой, его величина будет зависеть от площади пластинки кварца. Норма нагрузки на квадр. сантиметр пластинки толще одного миллиметра, максимум 50 м/а. Для пластинок тоньше 1 мм до 25 — максимум 30 м/а.
Я не буду давать приблизительного рассчета контуров передатчика, а просто дам наилучшие величины разных деталей для разных волн. Какие лампы могут быть применены в этой схеме? Начиная с Р—5, УТ—1, УТ—15 до Г—5, т. е. анодные напряжения, возможные для этой схемы, будут до 1 000 вольт. Колебательная мощность, получаемая при этом, будет ватт 20—30. Употреблять тонкие пластинки при этом напряжении безусловно опасно. Питать генератор постоянным током, конечно, не обязательно. Можно пользоваться и выпрямителем и машиной. Анодные дросселя, употреблявшиеся в схеме, имели следующие данные: l = 9 см, d = 2,5 см, провод d ≈ 0,15 мм, длина намотка 7 см. Эти дросселя работают хорошо в диапазоне 40—80 метров. С1 — конденсатор постоянной емкости около 0,25 микрофарады, пробивное напряжение его соответствует анодному напряжению генератора. С2 — конденсатор постоянной емкости около 5 000 см ставится для того, чтобы обкладки кварца не находились под полным анодным напряжением, Его включение, правда, не обязательно. Сn — нейтроидный конденсатор, величина его будет зависеть от типа употребляющихся ламп, — примерно в 20—30 см, т. е. одна и две или две и три пластинки в зависимости от площади и расстояния между пластинками (величину которого очень большой делать не стоит). Сk — конденсатор контура, емкостью 250—300 см с пробивным напряжением в зависимости от типа ламп. Lk — катушка из 4—6 мм трубки или проволоки, лучше серебряной, диаметром в 10 см с расстоянием между витками в 3—4 мм, в 14—18 витков. Lg — сеточная катушка из голого провода 2—3 мм диаметром в 6—7 см, с расстоянием между витками в 3 мм. Число витков 12—18. Катушку связи со следующим каскадом или антенной помещать лучше в середине, а не сбоку.
Кварцевый держатель можно устроить разного вида, и со свободно лежащей обкладкой и регулируемой винтом. Важно соблюсти точную параллельность пластин между собой. Легко сделать держатель из 2 полтинников (конструкция Гаухман), поверхности которых, касающиеся кварца, нужно отполировать, к другим припаять отводы. Примерный эскиз такого держателя дан на рис. 14. При монтаже деталей нужно обратить большое внимание на следующее — сеточную катушку так расположить относительно анодной, чтобы между ними не было никакого взаимодействия — под углом 90°, и как можно дальше.
Между проводами не должно быть паразитной емкости. Лучше к контурному конденсатору параллельно поставить маленький, для точной настройки. На рис. 15 и 16 даны кривые кварцевого генератора по схеме с обратной связью. По ним можно судить, как зависят анодный ток, ток контура и волна при настройке на частоту кварца. Судить о том, работает ли кварц, — можно, слушая работу на приемник. Но есть другой способ определения работы кварца, показывающий, что кварц работает, но, к сожалению, не дающий возможности узнать, насколько стабилизирует он волну.
Указателем работы кварца может служить вертушка — металлическая (рис. 17) или бумажная (рис. 18). Устройство этой последней чрезвычайно просто. В резинку или пробку снизу втыкается острием кверху обыкновенная иголка или булавка. На ее острие надевается сделанная из тонкой легкой бумаги вертушка. На рис. 19 показано, как нужно согнуть бумагу, и дан ее нормальный размер. На рис. 20 показано, как нужно располагать вертушку у кварца и в какую сторону она будет вертеться. Нельзя ставить ее в середину пластинки. Вращение вертушки объясняется тем, что механические колебания кварца создают вокруг себя движение воздуха, приводящее во вращение вертушку. Но это нам покажет только, что мы попали на частоту кварца. Слушая на приемник, мы уже дальше сможем судить о стабильности волны.
Условия возникновения колебаний — автоматичность проверяется выключением и включением накала и анода. Служит она для определения, — нет ли у нас затягивания в схеме: например, кварц работает, слушаем на приемник и вертушка показывает, что кварц работает. Выключаем анод или накал и, подождав несколько секунд, снова включаем, и тогда сразу же должна завертеться вертушка; об интенсивности колебаний можно судить по скорости вращения вертушки.
Простым, хотя и не совсем правильным, способом определения стабильности является поднесение руки к катушке контура. При этом при проверке на приемник, тон (на высоких тонах) почти не должен меняться. При хорошей стабильности тон не меняется и при низких тонах.
Как приступить к налаживанию генератора? Собрав все и положив в держатель такой же толщины, как кварц, кусочек слюды, нейтрализуют генератор. Нейтрализовав его и выключив анод и накал, кладут в держатель кварц. При этом нужно помнить, что никогда нельзя под напряжением вынимать или поднимать обкладку держателя.
Включив анод и накал, начинают настраиваться контурным конденсатором; в моменты настройки на частоту кварца получаются резкие возрастания анодного тока (иногда очень небольшие), а рядом, может быть самовозбуждение. Тогда нужно улучшить нейтрализацию, может быть увеличить или уменьшить число витков в сеточной катушке, дать большую связь на кварц, изменить положение щипка нейтродинного конденсатора.
Примерные данные этой схемы для волны около 50 метров (3-й обертон) таковы: кварц толщиной 1,5 мм, катушка сетки 12 витков, катушка контура 19 витков. При двух лампах типа Г—4—1 снимаемая колебательная мощность больше 10 ватт.
КПД, конечно, небольшой, но это все же лучше, чем несколько каскадов удвоения. Полученными 10 ваттами можно смело раскачать 4 таких же лампы или одну Г—5, с которой снять от 25 до 40 колебательных ватт; поставив же третий каскад усиления на лампах, например Б—250 или Б—500, можно будет получить 200—300 ватт; но даже и в два каскада коллективная станция будет лучше многих киловаттных на «ас».
Некоторые затруднения встречаются при настройке антенны, обыкновенно подгоняют генератор под антенну, здесь же приходится поступать наоборот, что гораздо труднее. Приходится делать так: зная волну кварца и антенны антенну укорачивают (геометрически) или укорачивают ее волну включением емкости (или емкостей, если питание идет фидерами, ставя в каждый фидер по амперметру для настройки).
Лучше всего рассчитать антенну для данного кварца, чем подгонять существующую, так как дальность и слышимость во многом и очень многом зависят от излучающей части передающего устройства.
Заканчивая статью, я обращаюсь ко всем советским коротковолновикам с призывом более серьезно отнестись к вопросу о применении кварца, имеющих опыт поделиться им, и этим создать переход к передатчикам на кварце, на «dc» к хорошей технически продуманной станции. Я надеюсь, что МСКВ на это откликнется и помещением соответствующего материала, и снабжением омов отсутствующими на рынке кварцами, и не задержит развития этого дела.
Итак, даешь EU ХМТР, на «СC».
EU 3be — К. Васильев