После того, что было сказало о свойствах, которыми должен обладать волномер-индикатор, легко сообразить, как такой волномер собрать. Прежде всего необходимо, чтобы катушки контура, волномера обладали малым омическим сопротивлением. Поэтому в качестве катушек волномера-индикатора следует применять катушки, сделанные из достаточно толстого провода, (не менее, чем 0,5 мм). С другой стороны для того, чтобы получить возможно наибольший диапазон волномера, нужно применять сменные катушки и притом обладающие малой собственной емкостью (большая собственная емкость катушек уменьшит изменение емкости присоединенного параллельно переменного конденсатора при крайних положениях, и таким образом сократит диапазон волномера).
Всем этим требованиям лучше всего удовлетворяют сменные сотовые катушки, изготовленные из достаточно толстого провода. В качестве переменной емкости следует применять воздушный переменный конденсатор, с максимальной емкостью не менее 500 см. Конденсатор волномера должен быть снабжен верньером и тонкой стрелкой-указателем, которая позволила бы точно отсчитывать градусы шкалы.
Выполнив все эти требования, мы получим колебательный контур, обладающий достаточно малым затуханием и позволяющий произвести точную его градуировку. Остается лишь связать с этим контуром индикатор (мультипликатор или телефон, в зависимости от характера измерений), но притом так, чтобы индикатор не увеличил бы заметно затухания в контуре. Для этого следует воспользоваться той схемой включения индикатора, которую мы описали в прошлый раз, т. е. включением через небольшой конденсатор постоянной емкости, в 150—300 сантиметров. Однако при такой малой емкости может оказаться, что отклонение мультипликатора или сила звука в телефоне будут чересчур малы и тогда придется несколько увеличить эту емкость. Ниже мы опишем, как измерить собственное затухание волномера. Произведя эти измерения при разной емкости конденсатора связи, можно определить, насколько увеличивается затухание при увеличении этой емкости и таким образом выбрать такую емкость, которая с одной стороны давала бы достаточное отклонение индикатора, а с другой не вносила бы чересчур большого затухания.
Схема волномера-индикатора приведена на рис. 1. Что касается его конструктивного выполнения, то это мы предоставляем вкусам читателя, ограничиваясь только несколькими общими указаниями. Прежде всего для того, чтобы раз отградуированный волномер в дальнейшем не изменял своей градуировки, нужно весь монтаж выполнить достаточно жестко, так чтобы расположение отдельных деталей и проводов после градуировки уже не могло изменяться. Кроме того, конденсатор должен быть выбран такого типа, чтобы его емкость при данном угле поворота оставалась всегда постоянной. Для этого конденсатор должен быть взят жесткой конструкции и его подвижная система не должна иметь «игры» и свободного хода. Этих мер вполне достаточно для того, чтобы обеспечить постоянную градуировку волномера.
Мы уже знаем, что между остротой кривой резонанса и величиной затухания в контуре существует вполне определенная и тесная связь. Эта связь позволяет не только судить о величине затухания качественно, но точно вычислить величину затухания по данной кривой резонанса. Таким образом изменение величины затухания всякого колебательного контура сводится в конечном счете к снятию кривой резонанса этого контура.
Первой нашей задачей является определение собственного затухания волномера и для этого нам необходимо снять кривую резонанса самого волномера. Произвести эту операцию можно следующим образом. В качестве источника незатухающих колебаний можно воспользоваться или волномером-возбудителем, о котором мы говорили в прошлый раз, или просто любым регенеративным приемником. Регенератор следует довести до режима колебаний и установить на какую-то постоянную частоту колебаний. После этого к регенератору подносится волномер-индикатор, но таким образом, чтобы связь между ними не была слишком сильной. В волномере-индикаторе подбирается катушка и положение переменного конденсатора таким образом, чтобы индикатор давал максимальное отклонение. После этого конденсатор немножко поворачивается в ту и другую сторону так, чтобы отклонения индикатора оказались вдвое меньше максимального. Эти три положения переменного конденсатора (положение, соответствующее максимальному отклонению, и два положения по обе стороны, соответствующие половине максимального отклонения) и являются тремя точками кривой резонанса контура волномера. Этих трех точек достаточно для того, чтобы определить затухания контура волномера. Вычисляется затухание контура по этим трем точкам следующим образом. Если С1 соответствует первой из трех точек (половинное отклонение до резонанса), С2 третьей из трех точек (половинное отклонение после резонанса) и, наконец, Ср второй из трех точек (положение резонанса), то величина характеризующая затухание — так называемый логарифмический декремент затухания δ — определится по следующей формуле:
| δ = | π | · | С2 — С2 | , где π = 3,14 |
| 2 | Ср |
Однако для того, чтобы произвести это вычисление, нужно точно знать емкости, соответствующие этим трем положениям. Но если мы знаем максимальную емкость конденсатора и его начальную емкость (эти сведения для всех существующих типов конденсаторов известны), то емкости, соответствующие различным положениям пластин, могут быть примерно вычислены, в зависимости от типа конденсатора. В случае конденсатора с круглыми пластинами и при 100-градусной шкале емкость конденсатора, соответствующая повороту на некоторый угол φ определится таким образом:
| Сφ = | См— С0 | φ, |
| 100 |
где См — наибольшая, а С0 — начальная емкость данного конденсатора и φ — угол поворота по стоградусной шкале.
По этой формуле легко подсчитать величины С1, С2 и Ср, которые соответствуют определенным положениям конденсатора. Но для того, чтобы этот подсчет был возможно более точен, следует стремиться к тому, чтобы положение резонанса находилось примерно на середине шкалы конденсатора, так как в средине шкалы конденсатора емкость его изменяется почти точно пропорционально углу поворота. Если положение резонанса оказывается ближе к какому-нибудь из концов шкалы, то следует немножко изменить настройку регенератора, служащего источником колебаний, для того, чтобы получить резонанс в середине шкалы конденсатора.
В случае конденсаторов не с круглыми пластинами, а с пластинами специальной формы (прямоволновые и прямочастотные конденсаторы), можно также рассчитать емкость конденсатора, соответствующую тому или другому углу поворота, если известна начальная и максимальная емкость этого конденсатора. При этом нужно уже, конечно, пользоваться не той формулой, которую мы привели выше, а соответствующими формулами, которые дают изменения емкости конденсатора данного типа, в зависимости от угла поворота.
Таким образом может быть определена величина логарифмического декремента затухания волномера. Для того, чтобы волномер можно было считать хорошим, чтобы он давал достаточно точные результаты, величина декремента затухания не должна превышать 0,02—0,05. Естественно, что для разных катушек волномера (т. е. для разных частей его диапазона) величина затухания будет различная. Но ни для одной части диапазона она не должна превышать указанных границ. Поэтому определить затухание волномера следует для всех его катушек. И, если оно окажется чересчур большим, это будет значить, что при конструировании волномера допущены какие-то ошибки или нарушены какие-либо из тех требований, которые мы привели выше.
Следующая наша задача заключается в том, чтобы проградуировать построенные волномеры, волномер-индикатор и волномер-возбудитель. Конечно, для этого можно было бы воспользоваться каким-либо проградуированным волномером, однако такой градуированный волномер вряд ли может оказаться в распоряжении радиолюбителя. Поэтому для градуировки волномеров придется применить другой метод и проградуировать их по волнам принимаемых станций. Так как волны радиовещательных станций известны и большинство станций (не считая некоторых печальных исключений) достаточно точно соблюдают предписанную им волну, частоты принимаемых станций могут служить тем эталоном, с которым можно сравнить частоты наших волномеров. Для того, чтобы выполнить эту операцию, нужно опять-таки располагать обычным регенеративным приемником.
Удобнее всего сначала проградуировать волномер-индикатор. Производится эта градуировка таким образом. Регенеративный приемник настраивается на прием какой-либо из известных станций и доводится до режима колебаний. Затем точной подстройкой его добиваются того, чтобы тон биения между принимаемой станцией и собственными колебаниями регенератора был возможно ниже, по возможности исчезал бы вовсе (так называемый «прием на нулевых биениях»). После этого к приемнику подносится волномер-индикатор и на нем разыскивается такое положение, которое соответствует максимальному отклонению индикатора, т. е. резонансу между частотой колебаний, создаваемых регенератором, и собственной частотой волномера. Если настройка на нулевые биения произведена достаточно тщательно и после этого в настройке регенератора ничего не изменено, то очевидно, что резонанс между волномером и регенератором соответствует также резонансу между волномером и принимаемой станцией. Таким образом, зная частоту (длину волны), на которой работает принимаемая станция, мы определяем частоту контура волномера, соответствующую данной его настройке.
Производя эту же операцию для случаев приема различных станций, работающих разными волнами, мы получим целый ряд положений настройки волномера, соответствующая которым частота будет нам точно известна. Выбирать принимаемые станции нужно таким образом, чтобы для каждой катушки волномера получались по крайней мере 3—4 различных положения конденсатора, соответствующая которым частота нам известна. Эти положения будут служить отдельными точками кривых градуировки волномера. Чтобы выполнить эту градуировку, нужно взять миллиметровую бумагу, по горизонтальной ее оси отложить градусы конденсатора волномера, а по вертикальной соответствующую длину волны, и нанести на эту бумагу те точки, которые получены описанным выше способом. Соединяя между собой плавной кривой точки, соответствующие одной и той же катушке, мы получим ряд кривых градуировки, каждая из которых относится к отдельной катушке (рис. 2).
Эти кривые должны перекрывать друг друга, если мы хотим получить волномер, в диапазоне которого нет провалов. Чтобы удовлетворить этому условию, нужно располагать определенным числом катушек соответствующих размеров. Весь радиовещательный диапазон (от 200 до 2 000 метров) может быть перекрыт при помощи трех катушек, примерно в 35, 75 и 150 витков. Точнее определить число витков невозможно, так как оно зависит от типа применяемых катушек и типа переменного конденсатора.
При всех этих измерениях, также как и в случаях определения затухания волномера, необходимо иметь в виду следующее. Связь между контурами волномера и регенератора должна быть достаточно слабой, так как в случае слишком сильной связи контура взаимодействуют между собой. Это взаимодействие связано с целым рядом явлений, которые могут сильно нарушить точность всех измерений. О том, насколько сильна связь и не превышает она допустимой величины, легко судить по следующему признаку; при слишком сильных связях отклонения индикатора будет зависеть не только от положения конденсатора волномера, но и от того, с какой стороны мы к этому положению подходим, вращая конденсатор. Если это явление наблюдается, то его значит, что связи слишком сильны и их следует ослабить, в противном случае точных результатов получить не удастся.
После того, как волномер-индикатор проградуирован, градуировка волномера-возбудителя, в качестве которого мы рекомендовали нашим читателям волномер Нумана, не представляет никаких трудностей. В описании волномера-возбудителя («Р. В.» 5 и 6 за этот год) подробно описан способ градуировки. В качестве градуированного колебательного контура, отнимающего энергию у волномера Нумана, мы можем применить наш волномер-индикатор.
Таким образом, в нашем распоряжении будут два проградуированных волномера. Следующие заключительные занятия будут посвящены вопросу о том, какие важные в радиолюбительской практике измерения могут быть произведены с помощью этих волномеров.