Снятие характеристик катодных ламп, в обычных условиях требует ряд различных приборов.
В этой статье мы познакомим читателей с устройством панели для снятия характеристик, в которой все измерения производятся только одним прибором постоянного тока.
Любой чувствительный измерительный прибор при соответствующем подборе шунтов и последовательно включенных добавочных сопротивлениях может быть пригоден для измерения различной величины токов и напряжений.
Система шунтов и сопротивлений, присоединяемых к измерительному прибору, включена в описываемую конструкцию, причем все эти дополнительные сопротивления устанавливаются на самой панели, а прибор не смонтирован на панели, что позволяет пользоваться им не только для снятия характеристик ламп, но и для других целей.
Проследим порядок измерения по принципиальной схеме, приведенной на рис. 1.
Ток накала измеряется включением прибора в гнезда Iн.
Ток анода измеряется включением прибора в гнезда Iа.
Ток сетки измеряется включением прибора в гнезда Iс.
Напряжение накала измеряется включением прибора в гнезда Ен.
Напряжение на аноде измеряется включением прибора в гнезда Еа.
Напряжение на сетке измеряется включением прибора в гнезда Ес.
Таким образом, данная схема позволяет определить все величины токов и напряжений, необходимых для построения характеристики, и вместе с тем определения параметров ламп.
Из схемы рис. 1 видно, что все шунты и добавочные сопротивления постоянно остаются включенными; это обстоятельство особенно ценно для точного снятия характеристик, так как включение прибора в различные цепи нисколько не влияет на изменение напряжений и токов, что будет ясно из нижеприводимого описания.
Конструктивное выполнение такой панели требует следующих деталей, которые устанавливаются, как указано на рис. 2.
Эбонитовая (или из хорошей сухой фанеры) панель размером 250 × 400 мм.
Ламповая панель.
Потенциометр — П, с сопротивлением порядка 600 ом.
Два реостата — R1 и R2 (R1 — с сопротивлением 2—3 ома и R1 — с сопротивлением 25—30 ом).
Переключатель однополюсный на три положения — Пр.
Шесть пар обычных телефонных гнезд.
Шесть штук клемм для приключения батарей питания.
Измерительный прибор со шнуром, оканчивающимся обычной штепсельной вилкой.
Потенциометр — П служит для изменения напряжения, подаваемого на сетку лампы.
Переключатель Пр изменяет полярность напряжения на сетке, причем надо отметить, что переключатель обязательно должен иметь среднее холостое положение, иначе в момент переключения батарея смещения будет замыкаться накоротко (когда измерения не производятся, переключатель следует ставить на холостую кнопку, чтобы не расходовалась напрасно Бс).
Применение двух реостатов, включенных параллельно, необходимо для ламп с разным током накала.
При снятии характеристик с ламп «Микро», размыкается реостат R1 — с малым сопротивлением; при снятии характеристик с других ламп размыкается реостат R2 — с большим сопротивлением.
Телефонные гнезда устанавливаются попарно, с тем расчетом, чтобы расстояние между ними, в паре, было таким же, как и расстояние между вилками прибора (в гнезда при измерении включается прибор), т. е. равнялось — 20 мм; расстояние между парами гнезд должно быть значительно большим; это делается с тем расчетом, чтобы прибор не мог быть включен неверно.
Назначение остальных деталей вполне очевидно и не требует пояснений. Все сопротивления устанавливаются с нижней стороны панели.
Панель надо установить на каких-нибудь подставках, в качестве которых можно применить обычные осветительные ролики. Переключатель Пр можно не ставить, но для этого схему включения батареи на сетку надо изменить, как это указано на рис. 3. Включение батареи таким образом требует напряжения от нее вдвое большего.
Снятие характеристик с ламп в пределах ламп «Микро» — УТ-15 требует чувствительности измерительного прибора по току от 0,1 м/а до 1 ампера, и по напряжению от 1 вольта до 250 вольт.
Здесь мы приведем расчет шунтов для прибора со шкалой по току от 0,01 м/а до 1,5 м/а и по напряжению от 0,01 вольта до 0,3 вольта.
Описание устройства такого прибора было приведено например в журнале «Р. В.» в №№ 6, 7 и 8 за 1927 год.
Применение именно этого прибора — не обязательно, можно воспользоваться и другим подходящим прибором (хотя бы описанным в № 18 за 1929 г.), изменив лишь данные шунтов и сопротивлений, руководствуясь приводимым расчетом.
Сопротивление прибора определяется так:
| R = | E | = | 0,3 · 1000 | = 200 ом, |
| I | 1,5 |
т. е. делением максимальных показаний напряжения на ток (напряжение в вольтах, ток в амперах). Зная сопротивление прибора и его шкалу, не трудно подсчитать необходимые сопротивления. Для снятия характеристик всех применяемых в радиолюбительской практике ламп, нам нужно в конечном итоге иметь возможность измерять:
ток накала — от 50 м/а до 1 ампера » анода — » 1 м/а до 80 м/а » сетки — » 0,5 м/а до 5 м/а
Напряжение накала от 3 в. до 5 вольт » анода » 80 в. до 300 » » на сетке от 1 в. до 40 »
Для измерения тока к прибору нужно приключить сопротивление параллельно; величина сопротивления определяется по формуле —
| R = | r · i | , |
| J — i |
где R — сопротивление шунта, r — сопротивление прибора, i — максимальное показание прибора без шунта и J — требуемое максимальное показание прибора.
Исходя из данных указанного прибора, получаем нужные сопротивления:
rн = 0,3 ома; rс = 85 ом; rа = 3,75 ом.
Для измерения напряжения, к прибору нужно приключить сопротивление последовательно; величина сопротивления определяется по формуле —
| R = | r(Е — е) | , |
| e |
R — добавочное сопротивление; r — сопротивление прибора; Е — требуемое максимальное показание напряжения и е — максимальное показание напряжения прибора без добавочного сопротивления.
Исходя из тех же данных, получаем:
Rн — 3 133 ом; Rс — 26 500 ом и Rа — 200 000 ом.
Так как сделать проволочное сопротивление в 200 000 ом не представляется возможным для любителя, а применение другого рода сопротивлений (Катунского и др.) не гарантирует постоянства показаний прибора, то сопротивление для измерения анодного напряжения мы рекомендуем включать, как указано на рис. 1, и тогда таковое можно значительно уменьшить.
Рассчитывая данное сопротивление, надо задаться силой тока, которая пойдет через это сопротивление; если сила тока при 300 вольтах равна 10 м/а, то сопротивление должно иметь 30 000 ом.
Так как максимальное показание прибора — 0,3 вольта, то отношение плеч сопротивлений приближенно подсчитывается по формуле:
| r = | e · R | , |
| E |
т. е. при R = 30 000 ом, r = 30 ом.
Правда, здесь будет небольшая погрешность, так как в этом случае мы пренебрегаем сопротивлением прибора, но при измерении анодного напряжения это не существенно.
Вот и весь несложный расчет всех требуемых сопротивлений.
Остается указать, что вcе эти сопротивления надлежит делать из проволоки соответствующего диаметра, дабы они не грелись и не сгорели.
Так как cопротивление прибора, по сравнению с сопротивлением шунтов велико, то естественно, почти весь ток пойдет через шунты, т. е. через rн пойдет ток накала и rа — ток анода.
На изготовлении всех этих сопротивлений мы останавливаться не будем, об этом много и неоднократно писалось раньше.
В зависимости от типа лампы, характеристики которой снимаются, устанавливаются соответствующие напряжения питания.
На сетку, помощью потенциометра, дается отрицательное напряжение такой величины, при которой анодный ток равен нулю; затем уменьшают отрицательный потенциал на сетке до нуля и после этого с помощью переключателя изменяют знак напряжения, т. е. подают положительный потенциал на сетку.
В зависимости от напряжения на сетке, меняются анодный и сеточный токи, величины которых измеряются прибором и фиксируются.
Изменения напряжения на сетке между двумя точками при снятии характеристик маломощных ламп Р—5 или Микро должны быть порядка 0,5 вольта, при снятии характеристик ламп более мощных, изменения напряжения на сетке могут быть более грубые — порядка 2—3 вольт. При снятии характеристики необходимо все время поддерживать постоянными напряжения накала и анода.
Особенно тщательно нужно следить за анодным напряжением, когда источником питания является выпрямитель; в этом случае после каждого изменения напряжения на сетке необходимо регулировать напряжение, даваемое выпрямителем.
Все токи и напряжения измеряются на панели путем вставления вилки прибора в соответствующие гнезда.
При перемене знака напряжения на сетке, не надо забывать изменить положение вилки на обратное.
Нередко в радиолюбительской практике встречаются затруднения при измерении небольших напряжений переменного тока.
В трансляционных установках весьма полезно иметь представление о величине напряжения, подаваемого в линию, которое может быть порядка 1—2 в.
Единственным подходящим для этой цели измерительным прибором может служить ламповый, или катодный вольтметр.
Принцип действия катодного вольтметра не сложен и основан он на детекторном и усилительном свойствах обычной 3-электродной лампы.
Если к сетке лампы подавать какое-то напряжение переменного тока, то в аноде лампы в условиях детектирования (смещение на сетке, соответствующее отсутствию анодного тока) появится ток определенной величины.
Существует несколько схем катодных вольтметров, мы остановимся на наиболее простой схеме, основанной на принципе компенсации анодного тока. Схема катодного вольтметра приведена на рис. 4.
Конденсатор С является разделительным между вольтметром и измеряемым источником напряжения; его присутствие не дает возможности попасть постоянным напряжениям на сетку и поэтому режим сетки в смысле смещения остается постоянным.
Потенциометр П служит для установки вольтметра на рабочую точку. Остановимся подробнее на сопротивлениях R3 и r и переключателе «Пр». В схеме применен один прибор с теми же данными, как и в панели для снятия характеристик, который приключается помощью гнезд и шнура с вилкой (аналогично панели снятия характеристик ламп). Сам метод измерений требует определения тока в аноде и напряжения на сетке. Чтобы правильно определять напряжение на сетке, необходимо иметь постоянную нагрузку на потенциометр, т. е. дополнительное сопротивление r, равное сопротивлению прибора.
Сопротивление r при включении прибора выключается переключателем. R3 — является добавочным сопротивлением к прибору.
Конструктивное выполнение катодного вольтметра весьма просто: все детали можно расположить на любой панели, хотя бы как указано на рис. 5.
Из всех существующих в продаже ламп, для вольтметра большой чувствительности, лучше всего подходит лампа ПТ—19, поэтому данные деталей мы приводим с расчетом на применение этой лампы.
Напряжение на аноде нужно иметь — 120 вольт, накал обычный — 2 в. Реостат R — 2—3 ома; батарея смещения Ес — 10—12 вольт; потенциометр «П» — 600 ом, конденсатор «С» — 1 мф.; сопротивление R1 — 1 мегом.
Данные добавочных сопротивлений таковы: для прибора с чувствительностью в 1,5 м/а и 0,3 вольта: R2 — 200 ом, R3 — 6 450 ом и «r» — 200 ом. При этих сопротивлениях прибором можно измерять ток в аноде до 3-х м/а и напряжение на сетке до 10 вольт. Все эти сопротивления определяются точно таким же методом, как указывалось раньше.
Таким вольтметром при применении лампы ПТ—19, можно измерять переменные напряжения от 0,3 вольта до 5 вольт.
Напряжения большей величины этим вольтметром при указанных данных измерять трудно и если это потребуется, то лучше применить другую более подходящую лампу — УО—3.
Применение лампы УО—3 требует других данных, а именно: напряжение анода — 140 вольт, напряжение накала 3,6 вольта, напряжение батареи смещения — 30 вольт. Добавочные сопротивления в этом случае должны быть следующие: R2 — 66 ом, R3 = 26 500 ом и «r» = 200 ом. При этих сопротивлениях прибором можно измерять ток в аноде до 6 м/а и напряжение на сетке до 50 вольт.
Остальные данные остаются те же.
В этом случае вольтметром можно измерять напряжения примерно от 1 до 15 вольт.
Пользоваться таким вольтметром надлежит следующим образом. Включив питание, надо включить прибор в гнезда Iа и дать отрицательное смещение на сетку, чтобы анодный ток был равен нулю, и, переключив прибор в цепь измерения напряжения на сетку (т. е. в гнезда Vс), надо определить величину этого напряжения. Предположим, что это напряжение равно 5 вольтам.
Затем прибор включается обратно в анодную цепь и к вольтметру приключается измеряемое напряжение. Положительные импульсы подводимого напряжения вызовут в цепи анода ток; этот ток можно компенсировать увеличением отрицательного напряжения на сетке, что и необходимо сделать помощью потенциометра. Когда ток в аноде исчезнет, то прибор нужно опять переключить в цепь напряжения сетки.
Предположим, что величина напряжения смещения после этого стала равной —6 вольтам; отсюда нетрудно сообразить, что напряжение амплитуды подводимого напряжения соответствует 1-му вольту.
Практически установить точно то положение, при котором анодный ток равен нулю, не удается, да это и не является обязательным; достаточно каждый раз доводить напряжение смещения до положения, при котором анодный ток имеет некоторую малую, но всегда одну и ту же величину (например 0,1 ма).
В приведенном описании схемы катодного вольтметра не обязательно применять именно лампы ПТ—19 или УО—3, можно применять и другие лампы, но наиболее чувствительный вольтметр получится при работе с этими лампами, так как они обладают наибольшим коэффициентом усиления.
Применение рекомендуемого измерительного прибора также не обязательно, можно применить и любой другой прибор, лишь бы шкала его позволила определять требуемые напряжение и ток.