Гетеродинныйиндикаторрезонанса. Гетеродинный индикатор резонанса (ГИР) Для схемы "простой металлоискатель"
Транзисторный ГИР, схема которого приведена на рисунке, предназначен для налаживания радиоаппаратуры в диапазоне 9-210 Мгц.
Для удобства работы с прибором весь диапазон разбит на 7 поддиапазонов.
Транзисторный ГИР выполнен на трех транзисторах, один из которых (Т1) использован в генераторе ВЧ, а два других (Т2 и Т3) - в усилителе постоянного тока.
Транзистор генератора ВЧ включен по схеме с общей базой. Колебательный контур состоит из конденсаторов С1, С2, С5 и катушки индуктивности L1.
Коллекторный ток транзистора устанавливают переменным резистором R2 при настройке прибора, добиваясь устойчивой генерации во всем диапазоне рабочих частот. Питание генератора ВЧ стабилизировано стабилитроном Д1, благодаря чему точность градуировки прибора не изменяется при снижении напряжения питания до 7 в.
Напряжение высокой частоты с коллектора транзистора Т1 через конденсатор С7 подается на соединенные параллельно диод Д2 и переменный резистор R4. Положительные полуволны выпрямленного напряжения с резистора R4 поступают на вход двухкаскадного усилителя постоянного тока. В усилителе применены специальные малошумящие кремниевые транзисторы с большими коэффициентами усиления и малыми коллекторными токами покоя. Применение кремниевых транзисторов позволило практически избавиться от влияния температуры окружающей среды на работу усилителя.
В коллекторную цепь транзистора Т3 включен стрелочный индикатор. Для предохранения его от бросков тока, имеющих место, например, при смене катушек, параллельно индикатору включены диоды Д3 и Д4. Чувствительность индикатора регулируется переменным резистором R4.
Изменение режима работы прибора осуществляется переключателем П1.
Мгц
* Петля размерами 8×26 мм
Примечание.
Транзисторы 2N2484 можно заменить отечественными кремниевыми транзисторами КТ315Г, а транзистор AFY16 - транзистором ГТ313Б. Вместо диодов ОА200 можно применить диоды КД10ЗА, КД103Б. В качестве кремниевого стабилитрона можно использовать два стабилитрона КС 133А, соединенные последовательно. Катушки индуктивности можно намотать на полистироловых каркасах диаметром 20 мм и длиной 25-30 мм.
Для налаживания и контроля коротковолновой и ультракоротковолновой аппаратуры широко применяются гетеродинные индикаторы резонанса (ГИР), которые представляют собой автогенераторы колебаний высокой частоты со сменными катушками индуктивности резонансного контура, устанавливаемыми на внешней поверхности корпуса. Такие приборы снабжают стрелочными индикаторами настройки, минимум показаний которых соответствует точному совпадению частот ГИР и измеряемого резонансного контура, находящегося рядом со сменным контуром прибора. Далее по шкале индикатора ГИР нетрудно определить точное значение резонансной частоты измеряемого контура.
На рис. 85 приведена принципиальная схема простого ГИР, комплект сменных катушек которого позволяет работать в четырех диапазонах KB и УКВ с полосами частот 4—8 МГц, 8—16 МГц, 16—32 МГц, 40—80 МГц. Шкалу частот ГИР калибруют в точках 4Д 5,0, 6,0, 7,0 и 8,0 МГц. На всех остальных диапазонах используется та же шкала, но цена делений увеличивается соответственно в 2, 4 и 10 раз. Описание прибора было опубликовано в одном из американских радиожурналов.
Автогенератор ГИР собран по трехточечной схеме с емкостной обратной связью на полевом транзисторе Т1. Его частота плавно перестраивается по диапазону при помощи конденсатора переменной емкости C1 с воздушным диэлектриком. Сменные контурные катушки. L1 наматывают на отдельных цилиндрических каркасах из полистирола с внешним диаметром 12 мм проводом ПЭВ-1 0,4. Для удобства смены катушек их каркасы снабжены двумя штыревыми контактами, которые вставляются в гнезда на корпусе прибора. Моточные данные катушек L1 для различных диапазонов приведены в табл. 10. Для повышения устойчивости генерации в широком диапазоне частот введен дополнительный переключатель В1, с помощью которого коммутируются конденсаторы С5 и С6, корректирующие работу прибора на KB или УКВ.
Индикатором настройки прибора является микроамперметр на ток 50 мкА, который включен в цепь затвора транзистора параллельно резистору R2. При наличии генерации прибор должен показывать ток 30—40 мкА. Если вблизи катушки L1 (на расстоянии до 10 см) будет находиться контур приемника или передатчика, настроенного на частоту ГИР, то показания микроамперметра должны уменьшиться.
Универсальность этого ГИР заключается в том, что он может работать также в качестве высокостабильного генератора, если катушку L1 заменить кварцем. Каких-либо дополнительных переделок при этом не требуется.
Для изготовления универсального ГИР может быть использован отечественный полевой транзистор типа КП302 или КП303 с любым буквенным индексом. Корпус прибора с внешними размерами 40Х50Х100 мм рекомендуется делать из алюминия. Шкалу изготовляют в виде круга диаметром 50 мм и наклеивают на картонный диск толщиной 3 мм.
Васильев В. А. Зарубежные радиолюбительские конструкции. М., «энергия», 1977.
Гетеродинный индикатор резонанса для определения резонансной частоты колебательного контура усилителя радиочастоты, элемента антенны радиопередатчика или иной активной колебательной системы обычно используют резонансный волномер. Такой прибор содержит колебательный контур, состоящий из калиброванной катушки индуктивности и образцового конденсатора переменной емкости, снабженного градуированной шкалой. Если колебательную систему связать индуктивно с контуром волномера и перестраивать его по частоте, добиваясь возникновения в нем максимального напряжения радиочастоты, то по шкале волномера можно определить резонансную частоту исследуемой колебательной системы.
В радиолюбительской практике для измерения резонансной частоты пассивной колебательной системы чаще всего применяют гетеродинный индикатор резонанса – ГИР. Он объединяет в себе резонансный волномер и маломощный генератор калиброванной радиочастоты. Колебательный контур волномера ГИРа является одновременно и контуром его гетеродина. С помощью такого измерительного прибора несложно определить резонансную частоту колебательного контура, отрезков соединительных линий, элементов антенн коротковолновых радиостанций. ГИР, кроме этого, можно использовать и как сигнал-генератор.
Гетеродинный индикатор резонанса принципиальная схема приведена на рис.
Его гетеродин выполнен на полевом транзисторе VT1, включенном по схеме с общим истоком. Такой транзистор обеспечивает прибору значительно большую стабильность частоты, чем биполярный. Диод VD1, подсоединенный к выводам затвора и истока транзистора, улучшает форму генерируемого напряжения, приближая ее к синусоидальной. Без диода положительная полуволна тока стока станет искажаться из-за увеличения коэффициента усиления транзистора с повышением напряжения на затворе, что неизбежно приводит к появлению четных гармоник в спектре сигнала гетеродина. Резистор R5 ограничивает ток стока полевого транзистора.
Колебательный контур прибора образуют сменная катушка L1, подключаемая к разъему X1, блок конденсаторов переменной емкости С1 и соединенные с ним последовательно конденсаторы С2, СЗ. Переключают прибор на работу в одном из пяти диапазонов измерения (3…6, 6…10, 8…15,13…25 и 24…35 МГц) включением катушки L1 соответствующей индуктивности.
Через конденсатор С5 напряжение радиочастоты поступает на вход высокочастотного вольтметра-индикатора, состоящего из детектора, диоды VD2 и VD4 которого включены по схеме удвоения напряжения, и усилителя постоянного тока на транзисторе VT2 с микроамперметром РА1 в коллекторной цепи. Диод VD3 стабилизирует образцовое напряжение на диодах VD2, VD4, тем самым повышая чувствительность детектора и стабильность работы усилителя. Переменным резистором R3, объединенным с выключателем питания SA1, устанавливают стрелку микроамперметра РА1 в исходное положение. Дроссель L2 - элемент развязки гетеродина от источника питания по высокой частоте.
Источником питания прибора может быть встроенная в него батарея напряжением 3…9 В (предпочтение следует отдать батарее «Корунд» или аккумуляторной 7 Д-0,1) или внешний сетевой блок питания с таким же выходным напряжением.
В описываемом ГИРе нет дополнительного стабилизатора питающего напряжения, поэтому при работе с ним необходимо пользоваться источником с одним и тем же значением напряжения постоянного тока.
Внешний вид прибора показан в заголовке статьи, а монтаж деталей в корпусе - на рис.
Его корпусом служит латунная хромированная коробка размерами 120x70x45 мм с плотно закрывающейся крышкой. Блок конденсаторов переменной емкости С1, индикатор РА1 и переменный резистор R3 размещены на лицевой стенке корпуса. Конденсаторы С2 и СЗ смонтированы непосредственно на выводах секций блока КПЕ и гнездах разъема X1. Остальные детали, кроме батареи питания, смонтированы на печатной плате (рис.), выполненной из фольгированного стеклотекстолита.
Блок КПЕ, использованный в ГИРе, от малогабаритного радиоприемника «Селга». Конденсаторы С2 и СЗ - КС0-1, С5- КД, С9 и С10-оксидные К52-1Б, остальные - КМ-5. Все постоянные резистора типа МЛТ, переменный R3 с выключателем питания SA1 - СПЗ-4вМ. Диоды КД512А (VD1), КД521Б (VD3) можно заменить на любые другие кремниевые 0,12. Катушка готового дросселя пропитана клеем “Суперцемент”.
Намоточные данные контурной катушки пяти диапазонов измерения приведены в таблице.
Каркасами катушек первых трех диапазонов могут служить отрезки полиэтиленовой изоляции коаксиального кабеля РК-106. Катушки двух последних диапазонов бескаркасные. Катушку диапазона 24…35 МГц желательно намотать медным посеребренным проводом диаметром 1 мм.
Конструктивно каждая контурная катушка размещена в карболитовом корпусе от кварцевого резонатора. Между основанием корпуса и защитным колпаком зажат согнутый из тонкого алюминия уголок, к которому приклеена шкала соответствующего диапазона измерения. Делать одну общую шкалу для всех диапазонов нецелесообразно - при различной плотности перестройки применяемых контуров это затруднит пользование прибором.
На торцевой стенке корпуса укреплена двухгнездная колодка кварцедержателя, в которую и вставляют штыри контурной катушки. Шкала при этом оказывается под ручкой блока КПЕ с указательной стрелкой.
Монтаж высокочастотных цепей и соединений выполнен голым медным посеребренным проводом диаметром 1 мм, низкочастотных - проводом МГШВ.
Налаживание ГИРа
начинают с тщательной проверки правильности всех соединений. Затем в гнезда разъема X1 вставляют контурную катушку любого из диапазонов измерения и включают питание. При этом стрелка микроамперметра РА1 должна отклониться от нулевой отметки. Переменным резистором R3 ее устанавливают на крайнюю правую отметку шкалы. Затем, вращая ручку блока КПЕ из одного крайнего положения в другое, наблюдают небольшое перемещение стрелки прибора. При минимальной емкости КПЕ стрелка должна отклоняться больше вправо, что объясняется повышением добротности контура с повышением частоты генератора.
Шкалы всех диапазонов измерения градуируют, пользуясь, например, калиброванным приемником.
Если в каких-то участках диапазона необходимо повысить точность шкалы, то параллельно катушке подключают слюдяной конденсатор постоянной емкости. Индуктивность контурной катушки и емкость контура с учетом дополнительного конденсатора можно рассчитать по формуле LC=25330/f2 где С - в пикофарадах, L - в микрогенри, f - в мегагерцах.
Определяя резонансную частоту исследуемого контура, к нему возможно ближе подносят катушку ГИРа и, медленно вращая ручку блока КПЕ, следят за показаниями индикатора. Как только его стрелка качнется влево, замечают соответствующее положение указателя на ручке КПЕ. При дальнейшем вращении ручки настройки стрелка прибора возвращается в исходное положение. Та отметка на шкале, где наблюдается максимальный «провал* стрелки, как раз и будет соответствовать резонансной частоте исследуемого контура.
Г. Гвоздицкий по материалам журнала Радио.
От карманного приемника до сложного супергетеродина первого класса, от простейшей приставки УКВ/ЧМ до современного телевизора, от приемника-коротковолновика до приемопередающей установки - всюду, где имеются генераторы высокой частоты и колебательные контуры, требуются приборы для настройки.
Наряду с имеющимися у радиолюбителя «пробником» и тестером (например ТТ-1) для налаживания указанной аппаратуры необходимо иметь еще один прибор, с помощью которого можно было бы определить частоту того или иного сигнала или настроить на нужную частоту колебательный контур. Одним из самых простейших приборов для этих целей является ГИР (гетеродинный индикатор резонанса).
ГИР не требует никакой измерительной аппаратуры для своей настройки.
Градуировка его шкалы после сборки и монтажа производится с помощью радиовещательного приемника, который вы всегда сможете найти у друзей, соседей.
В брошюре описаны две конструкции ГИР - на одной лампе СЖ1П и двухламповая - на триодах 6С1П.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ГИРа
Как видно из заголовка брошюры, ГИР - индикатор резонанса, т. е. указатель собственной (резонансной) частоты колебаний
...
Описанные измерения и позволяют производить гетеродиннНд индикатор резонанса.
Схема ГИР состоит из генератора и измерительного прибора. Црпь генератора соединяется с разъемом, в который при работе вставляются катушки различной индуктивности. Каждой катушка рассчитана на работу в определенном диапазоне 4дртот.
Набор из семи катушек позволяет перекрывать диапазон от I до 90 мгц.
При определении частоты колебательных контуров (по схеме рис. I) работает вся схема ГПРа. Измерение частот различных генераторов, передатчиков производится обычно при выключенном генераторе ГИРа. В этом случае в схеме остается контур L\CX и измеритель В (по схеме рис. 2). П1Р работает как волномер.
...
Корпус прибора должен быть металлический, на верхнюю панель выведите ось конденсатора настройки Ci, ось регулятора чувствительности. сигнальную лампочку Л3, миьроамперметр Пр-I й ручку тумблера ВК-1.
На оси конденсатора укрепите стрелку, которая при врашеннн пен конденсатора перемещается по шкале стсчета.
Шкала имеет полуокружностей, соответствующих диапазонам работы ГИРа. На каждой полуокружности наносятся при настройке отметки резонансны частот прибора.
НАЛАЖИВАННЕ и ГРАДУИРОВКА
После проверки монтажа ГИР включается в сеть переменного тока при этом загораются сигнальная лампочка Jl3 на приборе н на выпрямителе.
Это свидетельствует о нахичнн напряжения накала. Величину анодного напряжения можно определить с помощью тестера (или другого измерительного прибора) или по свечению стабилизатора СГ1П - наличие свечения внутри баллона лампы будет наблюдаться только при анодном напряжении 150 вольт.
После проверки питания убедитесь, работает ли генератор. Для этого в контактные гнезда панельки, предна)наченнон для включения сменных катушек, вставьте одну из катушек и, вращая движок переменного сопро-тнвления R3, наблюдайте за показаниями мнкроамперметра Пр-1. Стрелка прибора должна отклоняться от нулевого положения до крайнего деления шкалы. Установите сопротивлением R3 стрелку прибора на середину шкалы и коснитесь рукой витков катушки генератора. Колебания генератора сорвутся, сеточный ток исчезнем, а стрелка прибора возвратится в нулевое положение.
Теперь переходите к определению и подгонке диапазонов. Для этого потребуется коротковолновый приемник. Поднеся ГИР с одной из сменных катушек к антенному входу приемника, установите ручку конденсатора С в одно нэ крайних положений (соответствующее максимальной емкости конденсатора, т. е. введенным пластинам poтopa). Перестраивая частоту приемника, добейтегц появления резкого свиста в динамике. Эти укажет ил совпадение частоты наетройки приемника н частоты колебании ГИРа. Сравните часюту настройки приемника с тргичемон крайней частотой ГИРа для данной сменной катчшки (величина крайних частот приведена в таблице). Если частота ГИРа выше требуемой, следует увеличить индуктнвнонь сменной катушки увеличением витков. Если же частота ГИРа ниже заданной, то отмотайте часть витков со стороны нетаземленного конца (начало намотки) - индуктивность катушки уменьшится Изменение индуктивности бескаркасных катушек, намотанных с разрядкой между витками, удобно производить раздвн-женнсм или сжатием намотки. При этом раз-движению витков будет соответствовать увеличение частоты генератора, а сжатию - уменьшение.
После подгонки каждой сменной катхшки на свой диапазон верхние крыщки плексигласовых коробочек закрываются, и производится градуировка шкалы ГИРа.
Последовательно перестраивая приемник на различные частоты, на полуокружностях шкалы ГИРа ставятся отметки частот. Для каждой сменной катушки отметки ставятся на соответству ющей полу окру жности.
По этим отметкам в дальнейшем н производится проверка н настройка приемников и передатчиков.
Все, кто имел дело с гетеродинным индикатором резонанса, знают, что работа с ним является довольно кропотливым делом, т.к. в процессе измерения приходится манипулировать не только ручкой настройки частоты, но и регулятором чувствительности прибора, а в некоторых конструкциях - и ручкой режима.
Это связано с тем, что практически во всех перестраиваемых в широком диапазоне частот генераторах амплитуда ВЧ напряжения также меняется в широких пределах. Чтобы не пропустить момент резонанса, ручку настройки необходимо вращать как можно медленнее и внимательно наблюдать за показаниями стрелочного индикатора.
Работа с ГИРом значительно упрощается и ускоряется, если дополнить его устройством, фиксирующим момент резонанса каким-либо световым индикатором.
На рис. 1 приведена схема ГИРа со светодиодным индикатором резонанса. Работу его поясняют графики рис. 2 и рис. 3. Чем выше скорость вращения ротора конденсатора настройки, тем круче фронт изменения В Ч напряжения на контуре (линия А1 на графиках рис. 2 и рис. 3).
Задача заключается в фиксации резкого уменьшения уровня ВЧ напряжения. Решается она применением дифференциального усилителя, который, в общем случае, реагирует не на абсолютную величину параметра, а на его изменение в какую-либо сторону.
Задающий генератор ГИРа собран на транзисторе VT1 по схеме, описанной в . Дифференциальный усилитель собран на транзисторах VT3, VT4, VT5. При перестройке по диапазону в сторону уменьшения
емкости или, что то же самое, в сторону увеличения ВЧ напряжения (показано стрелкой на рис. 2 и рис. 3) выпрямленное напряжение отрицательной полярности на затворе VT3 плавно увеличивается. На стоке VT3 и левой обкладке конденсатора С7 напряжение положительной полярности также плавно увеличивается. Транзисторы VT4 и VT5 при этом заперты. В момент резонанса напряжение на затворе VT3 резко меняется в сторону положительного потен-циала, происходит резкое падение потен-циала стока VT3. Конденсатор С7 "передает" этот перепад потенциала на базу VT4. В результате VT4 и VT5 открываются и све-тодиод HL1 ярко вспыхивает. Длительность вспышки зависит от постоянной времени заряда C7R7.
На транзисторе VT2 собран усилитель постоянного тока для измерительного прибора
Q -добротнотсь в усл. ед.
U - выскоочастотное напряжение в усл. ед.
а - угол поворота ротора конденсатора С, град.
С - емкость конденсатора.
t - время вращения ротора конденсатора, усл. ед
т.1 - момент резонанса.
РА. Резистором R5 устанавливается необходимая чувствительность прибора. При помощи цепочки R4VD4 подается дополнительное положительное смещение на исток VT2. Резистором R3 стрелка прибора устанавливается в любое место шкалы, на-иболее удобное для наблюдения момента-резонанса.
|
Диапазон МГц |
||||
Работа с прибором очень проста. Исследуемый колебательный контур связывают с контуром ГИРа. Ручкой настройки быстро переводят конденсатор из положения максимальной емкости в другое крайнее положение. Если вспышки светодиода не было, на данном поддиапазоне резонанса нет.
Если наблюдалась вспышка светодиода, установив ручку настройки примерно в положение, при котором был резонанс, резистором R5 устанавливают максимальную чувствительность измерительного прибора, резистором R3 устанавливают стрелку в середину шкалы и, медленно вращая ручку настройки ГИРа, определяют момент резонанса традиционным способом. Для более точного определения момента резонанса служит "растягивающий" подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком С5 емкостью 2...15 пф, ручка которого выведена на переднюю панель ГИРа. Значение частоты резонанса считывается по шкале частотомера.
Значения L, С* приведены в таблице. Радиолюбители могут сами рассчитать величины L, С* и намоточные данные L исходя из выбранных граничных частот под-диапазонов, имеющихся переменного конденсатора и каркасов для катушек индуктивности. Методика расчета L, С* неоднократно приводилась в технической литературе, например .
При повторении ГИРа по данной схеме необходимо учесть, что на низкочастотном диапазоне может наблюдаться периодический срыв колебаний (релаксация) из-за большой добротности контура и большой ПОС. Избавиться от этого можно либо включив в разрыв отвода от катушки резистор на 47 - 200 Ом, либо сделав отвод не от середины катушки, а ближе к "земляному" концу. Следует учесть также, что светодиод будет вспыхивать всякий раз при быстром вращении ротора конденсатора в сторону увеличения емкости, т.к. при этом ВЧ напряжение на контуре уменьшается.
Литература
1. Транзисторный ГИР // Радио. - 1971. - N 5. - С. 55.
2. Борисов В. ГИР // Радио. - 1974. - N3. - С. 53.
3. Гавриков В, Прахин П. Амплитудно-стабильный гетеродин // Радио. - 1984. - N 2. - С. 22.
4. Бирюков С. К расчету колебательных контуров генераторов // Радио. - 1992. - N11-С. 23.
5. Малинин P.M. Справочник радиолюбителя-конструктора. - М.: Энергия, 1978.
| C этой схемой также часто просматривают: |
