"Радио Всем", №11, июнь, 1929 год, стр. 305-308

Расчет верньерных ручек

А. Шевцов

В первой части статьи ¹) мы привели те соображения, на основании которых может быть произведен расчет верньерных ручек. Теперь мы укажем, как эта задача решается практически.

Расчет верньера сводится к вычислению R_Э, для чего пользуемся формулой (2), в которой вместо r должно стоять R_Э и которую мы несколько преобразуем, а именно, будем искать не ПН, которое должно равняться норме (от 1 до 0,2), а R_Э: таким образом

Или, для средних условий ПН = 1, —

Эта формула может считаться основной при расчете верньера.

Для определения частот нам нужно знать для каждого, перекрываемого органом настройки (переменным конденсатором или вариометром), диапазона длины волн в его начале и в конце. Частоты определяются по формуле (1) 2).

Найдя R_Э, ищут в таблице 1 верньер с подходящим R_Э; этот верньер и ставят на приемник. При желании сделать специальный верньер задаются подходящим размером ручки верньера (для удобства манипулирования — лучше не больше нормальной ручки) и, деля R_Э на радиус выбранной ручки, получаем П — замедление, которое нужно осуществить при помощи какого-то механизма.

Такова основная схема расчета.

Обычно приемник имеет не один, а несколько диапазонов, так как переменный конденсатор или вариометр может перекрыть недостаточный для практических потребностей диапазон; приходится пользоваться несколькими сменными катушками, либо секционированной катушкой и пр. В таком случае расчет вести следует для самого «коротковолнового» (самого уплотненного) диапазона приемника, на котором мы получим норму УН; на остальных диапазонах будем иметь избыток УН. Остановившись на каком-нибудь R_Э для самого уплотненного диапазона, делают поверочный расчет для остальных диапазонов, определяют УН по формуле (выведенной из формулы 4 и 5):

и смотрят, насколько полученные числа уклоняются от нормы.

Проделаем пару примеров.

Пример 1. Рассчитать верньер для приемника треста «Электросвязь» ПЛ2, который имеет 4 кнопки грубой настройки с диапазонами: 1) 280—550 м, 2) 440—750 м; 3) 640—1 200 м и 4) 1 170—1 850 м. Производим вычисления, указанные выше, причем их результаты выписываем в табличку:

Таким образом, чтобы получить УН (или ПН) = 1, нужен верньер с R_Э = 167 мм, т. е. вдвое больший примененного на самом деле (см. таблицу верньеров) с R_Э = 80 мм. Если вычислим для R_Э = 80 мм соотв. УН, получим:

Кнопка..	1	2	3	4
УН.....	0,48	0,89	1,15	2,70

т.е. на 1 и 2 кнопках УН меньше нормы, причем на 1-й кнопке — в два раза.

Вместо механического верньера, как понятно из предыдущего, можно взять длинную ручку с R = 167 мм (17 сантиметров) и получить то же УН.

Пример 2. Рассчитать верньер для коротковолнового приемника, описанного в № 8 журн. «Радиолюбитель» за 1928 год, с двумя диапазонами (на двух кнопках контактного переключателя): 1) 22—45 и 2) 35—71 м.

Как и в предыдущем случае, составляем табличку:

Здесь требуется очень эффективный верньер. Если вращаемая ручка будет иметь r = 22 мм (большая мастичная ручка), то и тогда замедление П = 2200/22 = 100. Длинная ручка, которая заменила бы этот верньер, должна иметь длину... 220 сантиметров, т. е. больше двух метров. Любители же обычно ставят длинные ручки «на-глазок» — редко длиннее 30 сантиметров — расчет показывает, как «глазок» может сильно ошибаться.

За неимением лучших, в разбираемом приемнике были применены ручки «Металлист» (R_Э = 210 мм), УН при этой получилось на 1-й кнопке 0,095, т. е. меньше одной десятой нормы. Настраиваться было возможно, но трудно — требовались волосные движения руки.

Этими примерами, достаточно поясняющими расчеты, мы и ограничимся в настоящем реферате. В основной статье, напечатанной в «Радиолюбителе» (№ 3), дана таблица, в которой приведены поверочные расчеты для 8 наиболее популярных фабричных и любительских приемников, выявившие любопытную картину их настроечных качеств.

Теория и практика

Как и большинство технических расчетов, приведенный расчет не вполне точен. Дотошный радиолюбитель сразу же заметит, что только хорошо рассчитанный под катушку прямочастотный конденсатор даст такую кривую настройки — прямочастотную, — которая позволила бы считать одинаковой на всех участках шкалы ПН. Например, при конденсаторе с полукруглыми пластинами будем иметь в начале шкалы значительно большие ПН, чем получающаяся из расчета средняя, а в конце шкалы — меньше. Смущаться этим особенно не приходится, ибо и такой неточный расчет приводит нас очень близко и главное — практически достаточно — к истине. Тем более, что наши рассуждения говорят больше не за то, чтобы гоняться за неправильностями кривых настроек, а заставляют стремиться к прямочастотности настройки. Ведь понятно — УН должно быть одинаковым по всей шкале в любой ее части, лишь тогда приемник может считаться совершенным с точки зрения его настроечных качеств, — только прямочастотная кривая настройки удовлетворяет требованию постоянства УН по шкале.

Еще замечание на тему о теории и практике. При теоретически одинаковых R_Э верньеры механический, с вращаемой ручкой, и «длинная ручка» дают на самом деле неодинаковое удобство настройки. В силу «конструкции» нашей руки, удобнее вращать неподвижно закрепленную ручку, чем двигать, держа руку на весу, конец рычага; поэтому, при прочих равных условиях, практически приходится предпочесть вращаемую ручку.

Особенности расчета верньеров с подталкивателем и электрических

Практическая ценность. Разобрав расчет верньеров применительно к механическим верньерам и длинным ручкам, мы сталкиваемся сейчас отдельно на расчете верньеров с подталкивателем и электрических не только потому, что их расчет (точнее — определение R_Э) имеет некоторые особенности, но и по той причине, что, вопреки установившемуся мнению, эти типы верньеров, при рациональном к ним подходе, являются очень ценными для любителей, позволяя удовлетворнтельно и технически и экономически решить наиболее трудную задачу — устройство верньера для коротковолнового приемника.

Верньер с подталкивателем. Этот тип верньера известен радиолюбителям по конструкции зав. «Мэмза», выпустившего с таким верньером один из своих конденсаторов. Верньер с подталвивателем не так редко можно встретить у радиолюбителей и в самодельном виде.

Рис. 1.

Схематический его вид дан на рис. 1. На ось конденсатора (или вариометра) насаживается рычаг с таким трением, чтобы было возможно вращать конденсатор за находящуюся на его оси ручку и в то же время трение было бы достаточным для вращения конденсатора при помощи рычага. Рычаг — или длинная ручка — уже, как мы знаем, является верньером. Прибавление к нему вращаемой ручки (см. рис. 1) улучшает управление верньером и, кроме того, если радиус ручки r больше радиуса r' кривошипа, то увеличивает и R_Э рычажного верньера (длинной ручки).

Перекрытие верньера. Первое свойство верньера с подталкивателем, прежде всего бросающееся в глаза, — это ограниченный угол, который перекрывает на соединенной с настраивающим прибором основной шкале вращаемая верньерная ручка. В то время как при механическом верньере непрерывное вращение ручки дает непрерывное прохождение основной шкалы, верньер с подталкивателем дает лишь перекрытие некоторого участка шкалы, и для прохождения при помощи верньера всей шкалы требуется несколько передвижений (на перекрываемый верньерный участок) ручки настраивающего прибора.

Это свойство обычно ставится в минус нашему верньеру, и вот по каким соображениям. Во-первых, возможность пропустить станцию при переходе с одного участка на другой; во-вторых, невозможность градуировки вследствие той неопределенности, которую вносит в основную шкалу верньер; в-третьих, неудобство манипулирования — оперирование двумя ручками вместо одной. Разберемся во всем этом. Первое: если мы сделаем наши участки с запасом, станция никогда не будет пропущена; второе: достаточно снабдить шкалой и верньерную ручку, чтобы исчезла вносимая верньером неопределенность; третье: при коротких волнах даже выгоднее вместо того, чтобы долго вертеть ручку для перехода из одного конца шкалы в другой (как это нужно при механическом верньере с большим замедлением), установить сразу на желаемый участок и уже в его пределах настраиваться верньерной ручкой.

Возражения против нашего верньера, таким образом, можно считать недостаточно серьезными.

Рис. 2.

Неравномерность хода. Познакомимся теперь со вторым свойством этого верньера, довольно быстро также замечаемым, — с неравномерностью его хода. Достаточно всмотреться в рис. 2, на котором дана схема действия верньера (основные буквенные обозначения такие же, как и на рис. 1), чтобы заметить, что при среднем положении верньера, когда рычаг (Ob₀) и кривошип (b₀O₁) находятся на одной прямой, движение пальца кривошипа в точке b₀ передается на рычаг всего быстрее; медленнее всего рычаг вращается, когда кривошип перпендикулярен к нему (точка b''); движение рычага замедляется по мере отхода рычага от среднего положения к крайнему. Это свойство верньера с подталкивателем также ставится ему в вину, но нам кажется, что в этом плохом есть и много хорошего. Прежде всего, расчеты показывают ³), что при вращении верньерной ручки в пределах прямого угла (при 100° шкале — по 25° по обе стороны от средней линии) получается практически равномерное вращение главной оси; за этими пределами мы имеем увеличение замедления в среднем раза в 3½. Таким образом, один и тот же верньер может нормально работать при расчетном R_Э, увеличивая его (работой на крайних положениях верньерной ручки) в случае необходимости более чем в 3 раза.

Эквивалентный радиус. Так же, как и для обыкновенного механического верньера, для верньера с подталкивателем может быть определен его R_Э. Вычислим сначала наименьший R_Э для среднего положения верньера. Обращаемся к рис. 2. В среднем положении длина рычага R будет равна Ob₀. Кривошип и ручка замедляют движение конца рычага во столько раз по сравнению с непосредственным его вращением рукой, во сколько радиус ручки r больше кривошипа r'. То есть

Эта формула по своему виду отличается от формулы (3) для механического верньера и неудобна для определения R_Э верньера, механизм которого скрыт. Более удобную формулу выведем, обративши внимание на то, что при повороте верньерной ручки на какой-то угол (Θ_в, рис. 2) главная ось поворачивается на меньший угол (Θ, рис. 3). Если мы возьмем отношение этих углов, то получим замедление верньера:

И, значит, R_Э определятся по прежнему принципу:

Пример. Определить R_Э верньера с подталкивателем, если радиус его ручки r = 22 мм, рабочий угол вращения верньерной ручки Θ_в = 50° (прямой угол по 100° шкале), причем главная ось перемещается на 5°.

Средний R_Э в пределах рабочего хода ручки, равного прямому углу, по формуле (9) будет ⁴):

Выбор угла перекрытия. Мы уже установили, что рабочий ход ручки удобно взять в пределах прямого угла (50°). Займемся важным вопросом о выборе угла перекрытия того угла, на который поворачивается ось прибора при рабочем ходе верньерной ручки. Отношение зтих углов есть замедление верньера. Чем больше замедление, тем больше R_Э. Рабочий угол ручки у нас установлен, мы можем менять только угол перекрытия, уменьшая его с целью получения большего n.

Мы могли бы, скажем, взять угол перекрытия в 2°. Тогда n = 50/2 = 25.

Это хорошо. Но для прохождения всего диапазона потребовалось бы целых 50 раз передвигать ручку на основной оси. Это слишком утомительно, да и принесет ущерб градуировке, так как небольшая неточность в установке шкалы повлечет значительный сдвиг кривой градуировки. С другой стороны, если взять перекрытие в 20 градусов, то оно дало бы нам прохождение шкалы в 5 приемов установок на этой шкале, но зато мы получаем никуда не годное n, равное 50/20 = 2½. Приходится, значит, искать золотую середину. Таковой можно считать угол перекрытия в 5°, который дает прохождение шкалы в 20 приемов и приличное n = 10. Иногда можно применять и угол в 10°, понятно, когда и при этом угле получается требуемый расчетом R_Э, с точки зрения удобства управления приемником, конечно, 10° предпочтительнее.

Рис. 3.

Комбинированный верньер. Удобство и интерес верньера с подталкивателем, выполнимого любительскими средствами, особенно проявляется при комбинировании его с механическим верньером. Получается интересная комбинация, позволяющая радиолюбителю оборудовать коротковолновый приемник очень эффективным и совершенным верньерным устройством. В самом деле, насадив на ось верньерной ручки (О₁ на рис. 2) механический верньер, мы получаем комбинацию, общий R_Э которой будет равен произведению n верньера с подталкивателем и R_Э механического верньера. Так, если мы имеем подталкиватель с n = 10 и насадим на его ось механический верньер с R_Э = 200 мм, то общий R_Э получается 2 100 мм — полностью удовлетворяя требованиям, предъявляемым к коротковолновому верньеру. Это — в пределах «рабочего угла» по 25° по обе стороны от средней линии. А по краям шкалы верньерной ручки мы получаем R_Э больше 7 000. Запас для тяжелых случаев приема достаточный. Что касается возможности пропуска станций, то этой опасности легко избежать так манипулируя верньерной ручкой, чтобы немного выходить за пределы ее рабочего угла. Градуировка вполне возможна и будет лишь немного сдвигаться в зависимости от неточности установки шкалы настраивающего прибора; аккуратностью установки, думается, можно добиться и большой точности градуировки.

Рис. 3 дает вид панели управления, который она приобретет при комбинированном верньере.

Электрический верньер. Совершенным технически верньером мы можем считать только такой верньер, который не только точно настраивает, а дает возможность проходить шкалу, не пропуская ни одной станции. Это требование безусловно обязательно при коротковолновом приемнике, на котором без верньера настраиваться невозможно даже грубо. Когда мы предъявим это требование к электрическому верньеру, то мы увидим, что оно осуществимо только в случае неудобного с точки зрения прямочастотности конденсатора с полукруглыми пластинами при верньерной пластине такой же формы.

В самом деле, ведь подталкиватель перекрывает на главной шкале определенный угол, независимо от того, какой прибор находится на главной оси. При электрическом же верньере перекрывать на главной шкале равные промежутки мы можем только при конденсаторе с полукруглыми пластинами.

Рис. 4.

Как определить эквивалентный радиус электрического верньера? Для наглядности приводим на рис. 4 схему конденсатора с электрическим верньером и с раздвоенной ручкой, одна половина которой связана с основным, другая с верньерным конденсатором. Допустим, мы вращаем основной конденсатор и затем переходим на ручку верньерного. Этот переход будет равносилен помещению между ручкой основного конденсатора и его осью механизма, замедляющего вращение во столько раз, во сколько емкость основного конденсатора больше емкости верньерного. Отсюда определяем «замедление» электрического верньера:

где n — замедление, С — максимальная емкость основного и С_B — тоже верньерного конденсатора.

Не зная емкостей, можно определить n, найдя угол перекрытия верньерным конденсатором при его полном вращении (100°) на шкале основного и взяв отношение углов верньерного и основного конденсаторов. Для этого, установив верньерный, положим, в нулевом положении, настраиваются основным на какую-нибудь станцию, замечая показание шкалы при резонансе. Затем переводят верньерный конденсатор в положение максимальной емкости и снова настраиваются основным на ту же станцию. Получится новое показание шкалы. Вычтя из большего показания меньшее, получим число градусов перекрытии. Как и при подталкивателе,

Зная n, попрежнему находим R_Э и для электрического верньера:

Принимая во внимание, что рабочий угол электрического верньера Θ_в = 100°, вдвое больше, чем при подталкивателе, угол перекрытия можем брать, при том же n, вдвое большим, получая лучшие оперативные качества. Так, при перекрытии в 10° получаем n = 10, тогда как, давая то же удобство прохождения диапазона (в 10 установок), верньер с подталкивателем имел n = 5.

Пример. Определить R_Э электрического верньера, у которого ручка имеет r = 14 мм, а перекрытие таково, что при введенном верньере настройка на станцию им. Коминтерна получается на 54° основного конденсатора, а при выведенном — на 59°.

Перекрытие Θ = 59—54 = 5°; Θ_в = 100° (принятый нами рабочий угол); следовательно, R_Э = 14 · 100/5 = 280 мм.

Пример показывает, как легко с электрическим верньером получить значительный R_Э.

Избежать пропуска станций можно рассчитывая перекрытие с запасом; например, беря оперативный (на который при настройке будем переставлять) угол Θ = 5°, фактическое перекрытие делать на 6°; при оперативном Θ = 10°, фактическое перекрытие брать в 11°.

Градуировать лучше каждый перекрываемый участок, в зависимости от положения шкалы верньерной ручки; для возможности градуировки шкала должна быть не только на основной оси, но и на оси дополнительного (верньерного) конденсатора, который нужно помещать отдельно от основного. Градуировка будет тем меньше сдвигаться, чем аккуратнее, чем точнее будет делаться установка на главной шкале.

О комбинированных верньерах можно сказать то же, что было уже сказано на эту тему в связи с верньером с подталкивателем. Комбинируя же электрический верньер с длинной ручкой (шкалы — непременно как на основном конденсаторе, так и на верньерном), получаем технически весьма удовлетворительный, очень дешевый, доступный буквально каждому верньер с большим R_Э. Например, приперекрытии в 5° и при длинной ручке на оси верньера с R = 150 мм, получим общий R_Э = 150 · 100/5 = 3 000 (равносилен 3-метровой ручке) — настройка может производиться с полным комфортом, при минимальных затратах.

За недостатком места, в статье много недомолвок, недостаточно освещен ряд темных уголков довольно-таки разрастающегося «верньерного вопроса». Но все же, думается, что и приведенный материал дает настолько основательный «толчек мозгам», что радиолюбители сумеют самостоятельно разобраться в недоговоренных тонкостях, а разобравшись и оборудовав свои приемники хорошими верньерами, дадут новые рекорды дальнего приема, создадут новые, рациональные конструкции верньеров.

---

¹) См. № 10 журнала «Радио всем». (назад)

²) Формула 1 в предыдущей статье не пронумерована. (примечание составителя). (назад)

³) За недостатком места этих расчетов и других подробностей здесь не приводим; желающих детально ознакомиться с вопросом отсылаем ко второй части нашей статьи о верньерах, печатаемой в № 5 «Радиолюбителя» за тек. год. (назад)

⁴) Беря среднее замедлеиие в пределах прямого угла и имея меньшее замедление в среднем положении верньера, мы по формуле (9) получаем несколько большую (процентов на 10) величину для R_Э, чем по формуле (8). (назад)