Основные измерения, которые могут быть произведены с помощью волномера, это — измерение длины волны колебательного контура и его градуировка. В зависимости от типа колебательного контура, для выполнения этой задачи следует применять или волномер-возбудитель или волномер-индикатор. В том случае, когда в колебательном контуре, который должен быть проградуирован, не возбуждаются собственные колебания, следует применять волномер-возбудитель. В случае же контура, в котором создаются собственные незатухающие колебания (например для градуировки регенеративного приемника), следует пользоваться волномером-индикатором.
Рекомендованный же нами волномер Нумана может служить не только волномером-возбудителем, но и волномером-индикатором в тех случаях, когда необходимо произвести только градуировку колебательного контура, т. е. определить момент резонанса между этим колебательным контуром и волномером. Определяется этот момент щелчком, который появляется в телефоне, включенном в волномер Нумана. Таким образом градуировка колебательного контура, в котором нет собственных колебаний, с помощью волномера Нумана, производится чрезвычайно просто. Волномер настраивается на какую-либо определенную волну, с ним связывается колебательный контур, и затем разыскиваются такие положения настройки колебательного контура, при которых в телефоне волномера появляется щелчок. Изменяя настройку волномера и переходя последовательно от одной волны к другой, мы определяем ряд настроек колебательного контура, которые будут служить точками для кривых градуировки контура.
В случае колебательного контура, создающего собственные колебания, можно, конечно, произвести приблизительную его градуировку при условии, что собственных колебаний в контуре нет. Например, можно погасить лампу регенератора и проградуировать его колебательный контур так, как указано было выше. Однако если мы после этого зажжем лампу, то благодаря действию обратной связи и влиянию самой лампы, волна в контуре несколько изменится, поэтому для более точной градуировки следует определять частоты тех колебаний, которые возникают в контуре при наличии обратной связи. Для этого случая можно воспользоваться и тем и другим типом волномера.
При наличии волномера-индикатора градуировка колебательного контура, в котором возникают собственные колебания, производится следующим образом. В контуре создаются собственные колебания (путем увеличения обратной связи) и затем на волномере-индикаторе разыскивается такое положение, которое соответствует наибольшему отклонению в измерительном приборе, включенном в детекторную цепь волномера-индикатора. Это наибольшее отклонение будет соответствовать положению резонанса между колебаниями, создаваемыми в контуре, и настройкой волномера. Изменяя последовательно настройку контура, создающего колебания, и определяя положение резонанса по волномеру-индикатору, мы получим ряд точек для градуировки колебательного контура.
В случае применения волномера, в котором колебания возбуждаются зуммером, т. е. волномера с затухающими колебаниями, для определения резонанса не требуется никаких приборов, кроме телефона. В этом случае градуировка производится следующим образом. Волномер-возбудитель, в котором создаются затухающие колебания, связывается с градуируемым контуром. К градуируемому контуру присоединяются детектор и телефон. По наиболее громкому звуку в телефоне определяется момент резонанса между контуром волномера и градуируемым контуром. Однако вследствие того, что затухающие колебания дают менее острую настройку, чем незатухающие, а также вследствие того, что детектор с телефоном увеличивают затухания колебательного контура, мы получим в этом случае сравнительно тупой резонанс. Положение, соответствующее наибольшей слышимости, будет расплывчато, оно будет соответствовать не одной определенной точке, а целому участку настройки колебательного контура. И поэтому градуировка колебательного контура таким способом получится весьма неточная.
При наличии же волномера-возбудителя эта градуировка может быть произведена таким образом. В анодную цепь лампы, создающей колебания в измеряемом контуре, включается телефон. Контур настраивается на определенную частоту, и с ним связывается волномер-возбудитель, создающий собственные незатухающие колебания. Если частоты колебаний волномера и контура достаточно близки, то в телефоне должны быть слышны биения между этими двумя колебаниями. Изменяя немного настройку волномера в ту или другую сторону, мы увидим, что в одном направлении высота тона биений повышается, а в другом понижается; в первом случае очевидно разница между частотами колебаний увеличивается, а во втором уменьшается. Изменяя настройку волномера так, чтобы разница между частотами все время уменьшалась, мы, в конце концов, достигаем такого положения, при котором тон биений будет очень низким, а затем исчезнет вовсе. Это получится в том случае, когда частоты колебаний в контуре и колебаний в волномере почти точно совпадают. Таким образом добившись исчезновения биений, мы можем установить, какой настройке волномера соответствует данная настройка колебательного контура.
Чтобы не впасть в ошибку, нужно, однако, иметь в виду следующее. Тон биений между двумя колебаниями исчезает и тогда, когда разность их частот очень велика. Но в этом случае перед исчезновением тон биений повышается. В случае же, когда частоты совпадают, тон биений понижается и только после этого исчезает. Ясно, что если мы будем продолжать в одном и том же направлении изменять частоту волномера, то после того, как частоты совпадут, они снова начнут расходиться, биения снова станут слышны, и тон их постепенно начнет повышаться. Таким образом положение, при котором совпадают частоты волномера и контура, это то положение, когда биения не слышны, но при небольшой расстройке и в ту и в другую сторону появляется низкий тон. Пользуясь этим признаком, можно установить момент резонанса между волномером-возбудителем и контуром, создающим собственные колебания без помощи каких бы то ни было измерительных приборов.
Мы рассмотрели всевозможные случаи градуировки колебательных контуров с помощью волномера. Техника выполнения этих градуировок, как видит читатель, не представляет никаких трудностей и требует только внимания и самого небольшого навыка. Нужно, однако, при выполнении всех этих измерений иметь в виду одно очень существенное обстоятельство: связь между колебательным контуром и контуром волномера во всех случаях должна быть достаточно слабой. В случае сильных связей частота одного из контуров будет всегда зависеть не только от настройки этого контура, но и от настройки другого, и результаты градуировки, будут неправильны. Чтобы убедиться, что связи при градуировке были достаточно слабы, нужно поступить следующим образом. После того как градуировка произведена, следует несколько уменьшить связь и проверить хотя бы одно-два измерения из произведенных раньше. Если при изменении связи результаты измерений не измелились, то можно считать, что связи были выбраны достаточно слабыми и градуировка получилась правильной.
С помощью волномера можно производить не только градуировку колебательного контура, но и измерения собственной частоты различных контуров, например катушек самоиндукции (которые вследствие наличия собственной емкости обычно обладают собственной частотой колебаний), собственной волны антенны и т. д. Принципиально все эти измерения ничем не отличаются от измерений частоты колебательного контура, не создающего собственных колебаний, и поэтому мы на них отдельно останавливаться не будем.
С помощью волномера можно производить также измерения самоиндукции и емкости. Правда, для этого необходимо не только, чтобы волномер был проградуирован, но чтобы были известны отдельно емкость и самоиндукция, входящие в контур волномера. Лучше всего было бы применять в волномере точно измеренные самоиндукции и градуированный конденсатор. Однако в распоряжении радиолюбителя редко могут оказаться градуированные емкости и самоиндукции. Поэтому приходится ограничиться примерным определением этих величин.
Величина емкости, соответствующая тому или другому положению конденсатора, может быть определена так, как было указано в одном из прошлых занятий. Что же касается величины самоиндукции, входящей в контур, то зная длину волны, получающейся при той или другой емкости конденсатора, ее можно подсчитать пользуясь формулой Томсона:
Из этой формулы мы получаем такое выражение для величины самоиндукции, если длина волны и емкость известны:
| Lсм = | λ2см | т. е. Lсм ≈ | λ2см |
| 4 π2Cсм | 40 Cсм |
Таким образом, можно примерно определить самоиндукцию всех катушек, применяемых в колебательном проградуированном контуре волномера. Чтобы проверить расчеты, следует произвести их не для одной определенной емкости конденсатора, а для нескольких положений конденсатора, например, положения близкого к началу шкалы, в середине шкалы и близкого к концу шкалы. Проверивши таким образом расчеты, мы сможем убедиться в том, насколько они точны и не сделано ли каких-либо ошибок в них.
После того, как определены величины емкости и самоиндукции, входящих в контур волномера, измерения емкостей и самоиндукций не представляют больших трудностей. Необходимо только, помимо волномера, располагать каким-либо источником незатухающих колебаний (для этой цели можно, например, пользоваться обычным регенератором).
Для измерения неизвестной емкости можно поступать двояко. Если измеряемая емкость мала (заведомо меньше максимальной емкости конденсатора волномера), то ее присоединяют параллельно конденсатору волномера (рис. 1). Установив конденсатор на минимальную емкость, изменяют настройку регенератора, находя положение резонанса между колебаниями регенератора и волномером. Затем отсоединяют измеряемую емкость и, увеличивая емкость конденсатора волномера, снова определяют положение резонанса. Пусть новому положению резонанса соответствует емкость С1. Если начальная емкость конденсатора равна С0, то следовательно емкость измеряемого конденсатора будет равна С1 — С0.
Если измеряемая емкость больше максимальной емкости конденсатора волномера, то очевидно этот способ уже не пригоден. В этом случае измеряемый конденсатор присоединяют последовательно с конденсатором волномера (рис. 2). Установив конденсатор волномера на максимальную емкость, настраивают регенератор в резонанс с волномером. Затем отсоединив неизвестную емкость (отчего резонанс нарушится), находят новое положение конденсатора волномера, соответствующее резонансу (для этого нужно, очевидно, емкость конденсатора волномера уменьшить). Пусть этому новому положению соответствует емкость С1. Если эта емкость и максимальная емкость конденсатора См известны, то легко подсчитать емкость измеряемого конденсатора Сx, пользуясь следующими соображениями. Общая емкость, входящая в контур волномера, в первом случае есть,
| СмСx | , |
| См + Сx |
а во втором С1. Еcли волна в обоих случаях одна и та же, то емкости эти должны быть равны, то есть:
| С1 = | СмСx | и следовательно Сx = | С1См |
| См + Сx | См — С1 |
Таким образом можно измерять емкости в несколько раз большие, чем максимальная емкость конденсатора волномера. Однако чем больше будет измеряемая емкость, тем меньше будет точность измерения. Достаточно точные измерения могут быть произведены при условии, что измеряемая емкость превышает максимальную емкость конденсатора волномера не более чем в 8—10 раз.
Измерение самоиндукции производится так же, как измерения емкостей во втором случае. Катушка самоиндукции включается последовательно с катушкой волномера (рис. 3). При этом, однако, катушки нужно расположить достаточно далеко друг от друга, так, чтобы между ними не было заметной индукции. Установив конденсатор волномера на минимальную емкость, настраивают регенератор в резонанс с волномером. Затем, отсоединив измеряемую катушку, находят новое положение конденсатора волномера, соответствующее резонансу. Пусть этому положению соответствует емкость C1. Тогда, если начальная емкость конденсатора С0, величина измеряемой самоиндукции определится из следующего расчета: так как волна в обоих случаях одна и та же и самоиндукции, включенные последовательно, складываются, то C1Lв = С0 (Lв + Lх) и значит Lх = Lв · С1 — С2 1), где Lв — самоиндукция катушки волномера. Таким образом можно измерять самоиндукции, величина которых лежит в очень широких пределах. Однако достаточно точные результаты измерений получатся только в том случае, если обе самоиндукции (Lв и Lх) примерно одной величины.
Так как волномер снабжен целым комплектом катушек самоиндукции, то для измерений выгоднее всего выбирать такую катушку волномера, которая имеет самоиндукцию примерно такого же порядка, как и измеряемая самоиндукция.
Таковы те основные измерения, которые могут быть произведены с помощью волномера. Помимо них, волномер может быть применен и для определения величины затухания всякого колебательного контура. Для этого пользуются волномером-возбудителем, а к колебательному контуру присоединяют детектор с индикатором. Но для того, чтобы не увеличить затухания измеряемого контура, следует детектор и индикатор связать с этим контуром очень слабо. Для этого лучше всего воспользоваться тем способом включения через конденсатор (Сс), который мы уже приводили раньше (рис. 4). Изменяя емкость конденсатора, определяют три положения этой емкости, соответствующие резонансу (Ср) и двум положениям с двух сторон от резонанса, при которых получаются отклонения прибора, равные половине максимального отклонения (C1 и С2). По формуле, которая была нами уже однажды приведена, определяем логарифмический декремент затухания контура.
| δ = | π | С2 — С1 | ; т. е. δ = 1,57 | С2—С1 | |
| 2 | Ср | Ср |
В случае этих измерений также необходимо иметь в виду все сказанное нами относительно слабой связи между колебательными контурами.
На этом мы закончим рассмотрение основных измерений, которые могут быть произведены с помощью волномера, а вместе с тем и первый цикл «Ячейки за учебой».
1) Такая формула приведена в тексте журнала. Однако, если вывести Lх из равенства C1Lв = С0 (Lв + Lх), то расчетная формула получается следующая:
(прим. составителя).
(стр. 731.)
Lх =
Lв(С1 — С0)
.
C0