Н. Б. и С. Р.
Постоянные конденсаторы бумажные и слюдяные очень трудно при самостоятельном изготовлении получить именно той емкости, которая требуется для осуществления какой-либо схемы. Почти всегда отклонения от заданной емкости очень велики, отсюда ряд неудач при испытании собранного приемника. Между тем, если имеется возможность измерить изготовленный конденсатор или проверить емкость покупного, то можно значительно уверенней приступать к сборке схемы.
Надо указать, что измерение емкостей в любительских условиях не представляет никакого затруднения и очень легко может быть проделано каждым радиолюбителем, если у него имеется переменный конденсатор, емкость которого известна.
Прибор, при посредстве которого производятся измерения емкостей, также очень несложен по конструкции и легко может быть сделан самостоятельно.
Измерение емкостей проще всего производить по методу Зейбта, пользуясь так называемым дифференциальным мостиком.
Схема этого мостика изображена на рис. 1. Он состоит из двух колебательных контуров L1Сx и L2Сэ, колебания в которых возбуждаются зуммером, питаемым батарейкой, и, кроме того, из апериодического контура, составленного из катушки связи L3, детектора Д и телефона Т. Последний контур связан индуктивно с обоими колебательными контурами.
Рис. 1. Схема мостика.
Катушки L1 и L2 должны быть совершенно одинаковы, т. е. с одним и тем же коэффициентом самоиндукции, причем их магнитные поля, или витки их, должны быть направлены навстречу друг другу. Предположим, что и емкости Cэ и Сx равны, т. е. мы взяли два одинаковых воздушных конденсатора, тогда в обоих колебательных контурах возбуждаются колебания одного и того же периода, так как равны самоиндукции и емкости и одинаковой амплитуды, так как колебания возбуждаются одним и тем же зуммером, и кроме того затухание в обоих контурах одинаковое (катушки одного типа из одинаковой проволоки, конденсаторы оба воздушные).
Если теперь катушка L3 одинаково связана с катушками L1 и L2, то индуктируемые в ней равные, но противоположно направленные колебания обоих контуров L1Сx и L2Сэ будут взаимно уничтожаться, и в телефоне Т мы не услышим никакого звука зуммера.
На этом, собственно, и основан метод измерения емкостей с описываемым мостиком.
Включив на место конденсатора Сx измеряемый конденсатор, а на место Сэ — проградуированный переменный, вращают его ручку до тех пор, пока звук зуммера перестанет обнаруживаться телефоном. Положение ручки на шкале конденсатора-эталона укажет тогда емкость измеряемого конденсатора.
Почти у каждого радиолюбителя найдутся готовые сотовые катушки, из которых можно собрать схему мостика. Катушки помещаются в тройной держатель, причем катушки L1 и L2 берутся по 30, максимум по 50 витков, катушка L3 — 100 витков. Располагаются катушки, как показано на рис. 1. Витки катушек L1 и L2 должны быть направлены в противоположные стороны.
Монтаж мостика несложен и легко может быть осуществлен, если руководствоваться его схемой, приведенной на рис. 1.
Когда мостик собран, его нужно, как говорят, уравновесить, т. е. найти правильное положение катушки связи L3.
Для этой цели к клеммам 1 и 3 (конденсаторы Сx и Сэ не включены в схему) приключают конденсатор любой емкости (включение его показано на схеме рис. 1 пунктиром) и, слушая в телефон, перемещают катушку L3 немного вправо или влево, до тех пор, пока не будет найдено такое ее положение, при котором звук зуммера в телефоне перестает быть слышимым. В этом положении и оставляют катушку L3 на все время пользования собранным мостиком. Когда таким образом мостик уравновешен, конденсатор, показанный пунктиром, отключают и пользуются мостиком для измерений, приключая измеряемый конденсатор Сx к клеммам 1 и 2 эталонный конденсатор Сэ к клеммам 3 и 4.
Катушки самоиндукции мостика могут быть выполнены и цилиндрическими. Для этого их удобнее всего намотать на общем цилиндре. Из плотного картона склеивается ровный цилиндр диаметром в 80 мм и длиной около 120 мм. Намотка катушек производится в следующем порядке: сперва наматывается на цилиндр катушка L1 из проволоки диаметром 0,7 или 0,5 мм, всего 30 витков; далее на картонный цилиндр помещают кольцо из плотной бумаги шириной в 20 мм так, чтобы оно могло с некоторым трением перемещаться вдоль цилиндра, и на него наматывают катушку L3 из проволоки 0,1 мм, всего 90—100 витков. Затем уже приступают к намотке катушки L2, которую следует наматывать в направлении, обратном виткам катушки L1; проволока и число витков берутся точно такие же, как и для катушки L1. Цилиндр с катушками составляет главную часть всего устройства мостика. Остается смонтировать схему мостика, что удобнее всего сделать на крышке1) деревянного ящика подходящих размеров. Размещение клемм и гнезд на крышке показано внизу рис. 2, а схема мостика на том же рисунке вверху. Картонный цилиндр укрепляется с нижней стороны крышки, причем у концов цилиндра между крышкой и цилиндром прокладываются небольшие деревянные брусочки для того, чтобы обмотка катушки несколько отстояла от монтажной доски.
Рис. 2. Конструкция мостика.
Все соединения делаются толстой медной проволокой спайкой. Когда все соединения сделаны, перед тем как поместить в ящик смонтированный мостик, нужно его уравновесить. Для этой цели к клеммам 1 и 8 (рис. 2) приключают какой-либо конденсатор, на схеме он показан пунктиром, и, передвигая немного вправо или влево катушку L3 (для этой цели она и намотана на бумажном кольце), закрепляют ее в том положении, при котором звук зуммера исчезает в телефоне. После этого можно поместить собранный мостик в ящик и пользоваться им для измерений.
Зуммер приключается последовательно с питающей его батарейкой к клеммам 5 и 6 (рис. 2). Для того чтобы звук зуммера не был бы слышен непосредственно, а лишь в телефон мостика, его нужно каким-нибудь образом заглушить. Особенно может мешать зуммер с сильным высоким тоном. Можно, понятно, для этой цели вынести зуммер в соседнюю комнату, но это не всегда удобно, и проще поэтотому поместить его в картонную коробочку и, в свою очередь, эту коробочку поместить в другую коробку большего размера. Свободное пространство между стенками коробок заполняется ватой, и коробка с зуммером подвешивается на резиновых полосках к деревянной стойке, как это показано на рис. 3. Понятно, что от контактов зуммера выводятся сквозь отверстия, проколотые в коробках, проводнички, которые для удобства включения присоединяются к клеммам, ввернутым в стойку.
Рис. 3. "Заглушенный" зуммер.
Такой заглушенный зуммер не будет мешать своим звуком производить измерения. При регулировке зуммера следует добиваться высокого и чистого тона.
Для того чтобы производить измерения емкостей, нужно иметь проградуированный воздушный конденсатор, который будет служить эталоном при измерениях. Максимальная емкость этого конденсатора может быть от 500 до 1 000 см. Для измерений конденсаторов, емкость которых превышает емкость эталонного конденсатора, параллельно к последнему приключают постоянный промеренный конденсатор, для чего служат клеммы 3 и 4 (рис. 2). На величину емкости этого конденсатора увеличится емкость в контуре катушки L2.
Детектор, помещаемый в гнезда Д, может быть взят любой, но лучше и удобнее пользоваться детектором, у которого не приходится искать чувствительных точек, например из двух кристаллов: халькопирит—цинкит или карборунд—сталь. Регулирование чувствительности последних детекторов осуществляется путем более или менее сильного нажатия на кристалл, и поэтому регулировка не так скоро сбивается. Телефон, помещенный в гнездо Т, необходим высокоомный. Теперь укажем, как производить измерения тех или иных конденсаторов.
Возможны два случая: вопервых, когда измеряются конденсаторы с малыми потерями (воздушные), вовторых, когда производится измерение конденсаторов с довольно заметными потерями; таковыми будут конденсаторы с твердым диэлектриком (бумажные, слюдяные).
В первом случае поступают так, как было уже указано выше: к клеммам 1 и 2 (рис. 2) присоединяют эталонный конденсатор, который обозначен через С1; измеряемый пооздушный конденсатор Сx приключается к клеммам 7 и 8. Детектор с телефоном помещаются в соответствующие гнезда Д и Т, зуммер с батарейкой присоединяются к клеммам 5 и 6.
Если хотят проградуировать воздушный конденсатор, то промеряют его емкость через каждые 10—20° его шкалы. Каждому положению подвижной системы измеряемого конденсатора будет соответствовать такая введенная в контур катушки L2 емкость конденсатора-эталона, при которой звук зуммера совершенно исчезает в телефоне.
Рис. 4. Последовательное включение добавочного конденсатора.
Сделав несколько измерений через определенное число градусов шкалы конденсатора и записав емкость этих делений, по полученным данным можно построить график емкости конденсатора, т. е. зависимость его емкости от угла поворота его подвижных пластин. Для этой цели на клетчатой бумаге (лучше всего взять миллиметровую клетчатку) проводят две взаимно перпендикулярные оси из какой-либо точки; эту точку принимают за нуль и от нее по вертикальной оси наносят в любом масштабе деления емкости в см, а по горизонтальной — градусы шкалы конденсатора от 0 до 180°, также в любом масштабе. Подобный график показан в правой части рис. 5. Здесь зависимость емкости конденсатора от угла поворота его пластин (т. е. числа градусов) изображена прямой линией. Из этой характеристики (так называется вышеуказанная зависимость) конденсатора мы видим, что максимальная емкость его при 180° равна 1 000 см, а наименьшая начальная, при 0° шкалы равна 50 см. Такой график тем удобен, что дает возможность сразу определить емкость конденсатора, соответствующую любому углу поворота его ручки.
Рис. 5. График емкости двух последовательно включенных конденсаторов.
Обычно характеристика воздушного конденсатора с полукруговыми пластинами несколько отступает от строгой прямой линии, так как расстояние между подвижными и неподвижными пластинами не остается постоянным при всяком повороте ручки конденсатора вследствие некоторого искривления пластин при их сборке. Но в общем отклонение от прямой не может быть очень значительным. Разберем теперь второй случай, когда промеряется конденсатор с твердым диэлектриком, например с бумажным.
Имея воздушный переменный конденсатор С1 при установке его на исчезновение звука зуммера в телефоне, мы заметим, что звук в телефоне не пропадает совершенно при вращении ручки конденсатора эталона, а лишь ослабевает, становясь минимальным при некотором определенном повороте пластин воздушного конденсатора. При минимуме звука емкости в обоих контурах равны. Для того чтобы звук зуммера исчез в телефоне, необходимо к клеммам 3 и 4 параллельно конденсатору С1 приключить некоторое большое сопротивление R. Если это сопротивление подобрано так, что звук зуммера в телефоне становится совершенно неслышным, то это показывает, что величина утечек в измеряемом конденсаторе как раз равна сопротивлению R. В этом случае мы как бы уравновешиваем сопротивлением R потери в измеряемом конденсаторе с бумажным диэлектриком и благодаря этому амплитуды колебаний в обоих контурах становятся одинаковыми, и звук прекращается в телефоне. До этого в контуре с воздушным конденсатором колебания, несмотря на то, что частота их равна частоте колебаний другого контура с измеряемым конденсатором, были сильнее, т. е. амплитуда их была больше, так как воздушный конденсатор имеет значительно меньше утечки, чем бумажный, и поэтому звук зуммера не пропадал окончательно, а лишь становился слабее.
По величине подбираемого сопротивления R можно судить о качестве измеряемых постоянных конденсаторов: чем больше сопротивление R, тем меньше утечки в конденсаторе и тем, следовательно, его качество выше, и наоборот.
Для измерения небольших емкостей, порядка 100 см, при наличии проградуированного конденсатора эталона на 1 000 см, нужно последовательно с этим последним включить добавочный постоянный конденсатор, емкость которого известна. Тогда общая емкость двух последовательно включенных конденсаторов уменьшится и будет равна, как известно, произведению включенных емкостей, деленному на их сумму, т. е.
На рис. 4 показано такое включение добавочного конденсатора С2 к клеммам 3 и 4 (или 1 и 2).
Для того чтобы не вычислять каждый раз получаемую общую емкость по приведенной выше формуле, следует построить график, изображенный на рис. 5, и пользоваться им для вычислений.
График этот может быть построен на миллиметровой клетчатой бумаге одновременно и с построением характеристики конденсатора. По горизонтальной оси влево от точки О наносятся деления емкости добавочного конденсатора С2, по вертикальной оси в том же масштабе емкость конденсатора эталона С1.
Затем проводят прямую СОx, которая делит прямой угол между осями пополам, и наносят на ней деления по диагонали клеток, как это видно из рис. 5. На этой прямой можно сразу прочесть искомую емкость Сx последовательно включенных конденсаторов С1 и С2, для этого нужно соединить линейкой значения емкостей С1 и С2, положим, они равны 400 см каждая, общую емкость их 200 см мы читаем на прямой СОx.
Пунктиром показан пример, как пользоваться этим графиком (рис. 5) при измерении емкостей. Положим, что исчезновение звука зуммера мы наблюдали при 74° конденсатора-эталона С1, этому положению соответствует по характеристике конденсатора 400 см, добавочный конденсатор С2 взят в 300 см. Пунктирная линия, соединяющая С1 = 400 см с С2 = 300 см в пересечении с линией CОx, указывает емкость измеренного конденсатора Сx, равную 170 см.
Следует заметить, что вообще при измерениях емкости при помощи описываемого мостика для получения наиболее точных результатов измерений необходимо, чтобы величина емкости измеряемого конденсатора не слишком сильно отличалась от величины емкости конденсатора эталона.
1) Эта панель должна быть из сухого пропарафинированного дерева, еще лучше воспользоваться старой граммофонной пластинкой.