"Радиофронт", №30, октябрь, 1930 год, стр. 635-637
Одним из измерительных приборов, входящих в оборудование всякой, даже небольшой лаборатории, хотя бы в масштабе ячейки ОДР, является волномер. Помимо определения длины волн принимаемых станций, волномер дает возможность определить длину волны и частоту колебаний всякого колебательного контура, что необходимо для проведения ряда практических работ. Кроме того при помощи волномера можно производить еще целый ряд работ, о некоторых из коих мы скажем ниже.
Мы приводим описание одной из конструкций волномера-генератора, дающего удовлетворительные результаты, постройка которого вполне под силу не только ячейке ОДР, но и отдельному радиолюбителю.
Волномер представляет собой ламповый генератор с колебательным контуром в цепи сетки. В сущности это обычный регенеративный приемник с постоянной обратной связью. Из схем регенераторов, применяемых в радиоприемниках, эта схема, при малых анодных напряжениях, отличается наибольшей устойчивостью работы, наиболее легким возникновением генерации и легко поддается градуировке вследствие применения постоянной обратной связи. Переменная обратная связь в волномерах неудобна, так как, передвигая катушку обратной связи по отношению к катушке контура, мы, при тех же данных L и С контура, будем иметь разную длину волны вследствие изменения взаимоиндукции между катушками и других причин. При описанной ниже конструкции катушек, при исправной лампе и достаточном анодном напряжении, колебания возникают легко при любой длине волны, при всяком положении конденсатора С1.
В том случае, если бы мы стали подносить измеряемый контур непосредственно к контуру волномера, у нас получились бы изменения в длине волны и наблюдалось бы появление «волн связи» вследствие взаимодействия контуров. Для того, чтобы поддержать постоянство длины волны, следует применять очень слабую связь с измеряемым контуром. В нашем волномере эта связь осуществляется при помощи двух катушек связи (L3 и L4), одна из которых служит для связи с контуром волномера, другая — с измеряемым контуром. В том случае, если градуируется ламповый регенеративный приемник, мы можем определять положение резонанса между контурми по пропаданию тона биений в момент совпадения частот обоих генераторов. В этом случае можно для обнаружения биений в цепь сетки волномера-генератора включать обычный гридлик.
Когда же надо градуировать какой-либо контур, который ничем не возбуждается, необходимо создать тональные (модулированные) колебания в самом генераторе. Для этой цели в цепь сетки (на место гридлика) включается вторичная обмотка трансформатора низкой частоты. В первичную обмотку трансформатора включается зуммер с питающей его батареей. Колебания низкой частоты, возбуждаемые в первичной обмотке трансформатора зуммером, трансформируются во вторичной обмотке и изменяют напряжение на сетке генераторной лампы, что вызывает соответствующие изменения анодного тока лампы. Мы имеем таким образом обычную «модуляцию на сетку», широко применяемую в радиотелефонии. Попытки применить другие источники модулированных колебаний, кроме зуммера, как, например, модуляция посредством 50-периодного тока осветительной сети, не дали удовлетворительных результатов и повели к усложнению конструкции волномера.
Удачная конструкция волномера — залог дальнейшей успешной работы с ним. Поэтому при изготовлении волномера следует тщательно продумать все соединения, расположение всех деталей. Детали для волномера должны быть взяты самого лучшего качества.
Начнем с наиболее ответственной части волномера — конденсатора переменной емкости. В волномере, градуируемом по длинам волн, удобнее всего применять прямоволновые конденсаторы, дающие при градуировке волн наиболее прямой график настройки. Конечно, можно применять прямочастотные и прямоемкостные конденсаторы, но с несколько меньшим удобством для работы.
Другим требованием, предьявляемым к конденсатору для волномера, является его механическая прочность. Конденсаторы со слабыми, легко гнущимися пластинами совершенно непригодны. Из тех же соображений пластины уже градуированного конденсатора не следует трогать руками, иначе пойдет на смарку самая точная градуировка. Лучше всего применять прямоволновые конденсаторы «Металлист». Правда, эти конденсаторы слабы в механическом отношении, но это единственные прямоволновые конденсаторы на нашем рынке. При известном навыке можно вырезать пластины прямоволновой формы из пластин конденсаторов завода «Мэмза» или других. Пригодны (но тоже немного слабы) конденсаторы завода «Мосэлектрик» (логарифмические).
Нами в волномере был поставлен прямоволновый конденсатор американской фирмы «Kellog». Этот конденсатор имеет огромную шкалу, особо удобную для градуировки, и весьма твердые пластины.
Другой не менее ответственной частью волномера является катушка контура сетки. Она должна иметь совершенно постоянную величину самоиндукции. Ее самоиндукция не должна изменяться в зависимости от механических воздействий, изменения влажности воздуха и т. д. Для этой цели катушки волномера изготовляются из провода с шелковой или хорошей эмалевой изоляцией и после намотки закрепляются на каркасе неподвижно.
Катушки L1 и L2 мотаются на общем цилиндре из тонкого эбонита или плотного пресшпана. Провод для намотки катушек берется 0,2—0,4 мм ПШД или ПШО (или эмалевый). Как видно из схемы, каждая катушка разбита на 3 секции, причем секции одной катушки чередуются с секциями другой. Таким образом мы можем при работе на том или ином числе секций катушки сетки включать наивыгоднейшее число витков обратной связи для получения примерно одинакового возбуждения колебаний на всей шкале. Практически это осуществляется следующим образом. Цилиндр берется диаметром 80 мм и длиной 130 мм. Катушка L1 разбита на секции: I секция до 65 витков, II секция от 65 до 110 витков и III секция от 110 до 180 витков. Все секции соединены между собой последовательно.
Катушка L2 также разбита на секции: I секция до 25 витков, II секция от 25 до 55 витков и III секция от 55 до 75 витков. Обе катушки наматываются на каркасе так, как указано на рис. 2. Свободные промежутки между секциями по 5 мм. Выводы от секций подведены к контактам, ввернутым вдоль катушки. После намотки катушку необходимо промазать по краям намотки шеллаком.
Катушка связи L3 наматывается на конец того же цилиндра, что и L1—L2, между первыми секциями обеих катушек.
Она состоит из 15 витюов той же проволоки. Катушка L4 — корзиночной намотки. Ее остов изготовляется из пресшпана диаметром 80 мм. На нее наматывается 15 витков такой же проволоки. Затем катушка L4 зажимается для предотвращения механических повреждений между двумя пресшпановыми дисками и снабжается двойным мягким шнуром с наконечниками для присоединения к клеммам, идущим от катушки L3. Надо напомнить, что катушки, наматываемые на одном каркасе, мотаются в одном направлении, в противном случае витки обратной связи не совпадут с витками сеточного контура, и благодаря этому генерация не будет возникать.
Особо надо сказать, о «модуляционном» устройстве. Для того, чтобы оно работало устойчиво, необходимо чтобы зуммер был хорошего качества, легко устанавливался на постоянный тон и не изменял его во время работы. Питать зуммер можно от аккумулятора в 2 вольта или от двух сухих элементов Лекланше. Некоторые менее чувствительные конструкции зуммеров требуют для нормальной работы несколько большего напряжения — примерно 4 вольта. Включать зуммер следует по способу, указанному на принципиальной схеме (рис. 1), т. е. катушку зуммера присоединять параллельно обмотке трансформатора, а не последовательно с батареей и обмоткой. При последовательном включении, благодаря значительному омическому сопротивлению обмоток трансформатора, сила тока в цепи будет очень мала, и зуммер не будет работать.
Волномер смонтирован в деревянном ящике высотой 20 см, длиной 25 см и шириной 15 см. Расположение деталей ясно из приводимой развернутой схемы (рис 4). Снаружи ящик покрывается лаком, а передняя стенка с конденсатором внутри оклеивается станиолевым экраном или обивается латунным листом. От экрана делается вывод к клемме снаружи ящика, что дает возможность заземлять экран для устранения емкостных явлений. В тех случаях, когда заземляют экран, надо производить градуировку при заземленном экране, в противном случае после заземления экрана градуировка нарушится. Экран не должен иметь соединения с деталями волномера.
Несколько слов о монтаже. Если при постройке приемников приходится говорить о необходимости тщательности монтажа, то в отношении волномера это требование приобретает особо важное значение. Как правило, нужно стремиться к полному отсутствию гибких проводников, особенно в контуре сетки. Исключение делается для катушек связи (L3 и L4), соединяемых между собой мягким шнуром.
Монтаж производится возможно более толстым медным голым проводом, все соединения необходимо тщательно пропаять.
Реостат берется сопротивлением в 10 ом, с расчетом на питание лампы УТ—40, берущей на накал 170—200 мА.
В заключение приведем данные относительно прочих деталей. Трансформатор модуляционного устройства, 1:3—1:4, шунтирующий его конденсатор емкостью 2000—3000 см. Гридлик — нормальный, применяемый в регенеративных приемниках. Для получения наиболее устойчивой работы генератора — лучше всего гридлик подобрать на работе волномера.
«Модуляционное устройство» монтируется не в ящике волномера, а на отдельной панельке и присоединяется к гнездам в цепи сетки лампы при помощи шнура с вилкой. Монтажная его схема здесь не приводится, так как все соединения ясны сами собой из принципиальной схемы. Гридлик монтируется на полоске эбонита и вставляется в те же гнезда, вместо «модуляционного устройства».
Градуировка. Градуировать волномер можно при помощи другого заранее проградуированного эталонного волномера-генератора или же, за его отсутствием, при помощи приемника, градуированного на приеме станций. Градуировка при помощи генератора производится следующим образом. Оба волномера (эталон и градуируемый) приводятся в действие, катушки связи (L4) подносятся друг к другу, в анодную цепь одного из волномеров вставляется телефон, и затем, поставив переключатели секций катушек на первый контакт, а шкалу конденсатора на 0°, вращая шкалу эталонного волномера по исчезновению биений определяют момент резонанса. Замечаем по эталону, какой длине волны это положение соответствует. Затем передвигаем шкалу градуируемого волномера на 5° и вновь определяем длину волны, попутно составляем таблицу:
| 1-ая секция | |
| Градусы С | Длина волны (λ) |
| 0 | ......... |
| 5 | ......... |
| 10 | ......... |
и т. д.
Такую же таблицу градуировки составляем для других секций катушки волномера. На основании таблиц мы можем составить графики градуировки, подобные приведенному на рисунке. Эти графики являются своего рода «паспортом» волномера.
Градуировка по дальним станциям может производиться в тех случаях, когда радиолюбитель вполне хорошо ориентируется в эфире и твердо знает, какую станцию он в данный момент принимает, какова длина ее волны и достаточно ли она постоянна. Лучше всего пользоваться для градуировки немецкими, английскими, шведскими и чехо-словацкими мощными станциями, избегая французских и финских, не очень точно соблюдающих длину волны. Французский журнал «QST» печатает ежемесячно кривые длины волны всех станций, что дает возможность сделать выбор станций, пригодных для градуировки. Градуировка по станциям существенно не отличается от градуировки по волномеру-генератору. Приняв станцию на приемник, настраиваются измеряемым волномером в резонанс, так же как и в первом случае, и отмечают положение ручки волномера при данной волне. Проделав такие измерения с рядом станций, мы получим ряд «опорных» точек, по которым будет нетрудно провести кривые градуировки. При градуировке в гнезда в цепи сетки вставляется гридлик.
Прежде всего сделаем некоторые указания о работе с волномером. Лампу для волномера лучше всего брать, как показал опыт, типа УТ—40. Хорошо также работает УО—3. Лампа «Микро» и Р—5 дают худшие результаты и в работе менее устойчивы. Накал на лампы дается нормальный — 3,6 вольта, анодное напряжение от аккумулятора или выпрямителя 100—120 вольт. Для точности измерений совершенно необходимо, чтобы напряжение накала и анода во время работы было постоянным, — то же, что было при градуировке. Поэтому на волномере должны быть помечены данные накала и анодного напряжения и каждый раз при работе режим тщательно устанавливается по приборам.
В тех случаях, когда при помощи уже отрегулированного волномера мы хотим определить длину волны станции, принимаемой на ламповый регенеративный приемник, мы поступаем так же, как в процессе градуировки, т. е. подносим катушку связи L4 к контуру приемника, находим момент резонанса, а по графику определяем длину волны. В гнездах в цепи сетки волномера стоит гридлик.
Когда же мы хотим отрегулировать или определить длину волны контура, в котором никаких колебаний не имеется, то приходится поступать иначе. Приводим в действие «модуляционное устройство» (зуммер) и включаем его на место гридлика. Из измеряемого контура детектора и телефона составляют схему приемника (рис. 1а). Поднеся к измеряемому контуру катушку связи L4, находят резонанс, которому соответствует наибольшая слышимость тональных колебаний в телефоне, включенном в измеряемый контур. Момент наибольшей слышимости будет моментом резонанса. В том случае, если тональные колебания будут слышны расплывчато на большом диапазоне и трудно будет определить момент резонанса, ослабляют связь с катушкой L4 до нужного предела. В качестве детектора для градуируемого контура удобно применять ламповый детектор. Как правило, нельзя при измерениях подносить близко волномер к измеряемому контуру во избежание слишком сильного непосредственного взаимодействия контуров. Связь должна быть слабая и осуществляется исключительно при помощи катушек связи L3—L4. Всякий волномер является в то же время частотомером. Зная длину волны контура, нам не трудно определять его частоту:
| f = | 300.000 |
| λ |
где f — частота, 300.000 км/сек. — скорость распространения электромагнитных волн, а λ — длина волны в километрах.
Волномер может быть еще более универсальным прибором в том случае, если мы сможем иметь несколько эталонов самоиндукции и градуированный конденсатор переменной емкости. Определение величины самоиндукции катушки и градуировка конденсатора может быть произведена во всякой достаточно хорошо оборудованной лаборатории. Имея эталонные катушку и конденсатор, мы можем легко измерить емкость и самоиндукцию по формуле Томпсона.
| λ = 2 π √ L · C, |
где λ — длина волны в сантиметрах, определяемая волномером, π — число = 3,14, L — самоиндукция в сантиметрах, С — емкость в сантиметрах.
Например, составив контур из известной катушки самоиндукции и конденсатора с неизвестной емкостью (Сх), мы определим длину волны созданного контура и затем легко вычислим, имея две известные величины, третью неизвестную. То же самое можно сделать в том случае если у нас имеется известная емкость и неизвестная самоиндукция.
В заключение надо сказать о диапазоне, перекрываемом волномером. Он рассчитан на длины волн от 200 до 2000 метров, т. е. на весь радиовещательный диапазон. С более широким диапазоном волн любителю вряд ли приходится сталкиваться в своей работе.