Схема гир с ярко выраженным резонансом. Универсальный гетеродинный индикатор резонанса. Для схемы "простой металлоискатель"

Статьи публикуются по мере поступления. Для упорядоченного тематического
поиска воспользуйтесь блоком

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. Принципиальная схема предлагаемого ГИРа приведена на рис. 1.

Рис.1

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 XI, 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 детекторам 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 7Д-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 постоя иного тока.
Внешний вид прибора показан в заголовке статьи, а монтаж деталей в корпусе — на рис.2.

Рис.2

Его корпусом служит латунная хромированная коробка размерами 120х70х45 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 секции блока КПЕ и, гнездах разъема XI. Остальные детали, кроме батареи питания, смонтированы на печатной плате (рис.3),

Рис.3

выполненной из фольгированного стеклотекстолита.
Блок КПЕ, использованный в ГИРе, от малогабаритного радиоприемника «Сел-га». Конденсаторы С2 и СЗ — КСО-1, С5 — КД, С9 и С10—оксидныеК52-1Б, осталь-ные — 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 высокочастотные, например КД509А, а германиевыеД9А(VD2иVD4)—наД18, Д20 или ГД508.
Микроамперметр РА1 на ток полного отклонения стрелки 500 мкА. Можно установить прибор бытового магнитофона, например, типа М4762.
Дроссель L2 намотан на кольце типоразмера К7х4х2 из феррита 1000НМ и содержит 150 витков провода ПЭВ-2 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 (рис. 4).

Рис.4

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 соединении 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

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

Применяют их, в частности, и при настройке антенн. Однако классические варианты ГИР ориентированы на индуктивную связь с измеряемым колебательным контуром. Их небольшие по размерам катушки индуктивности в большинстве случаев не позволяют обеспечить достаточную связь с элементами антенны, например, с проволочной рамкой. В результате индикация резонансной частоты элемента становится нечёткой, что приводит к значительным погрешностям измерений.

Английский коротковолновик Питер Додд (G3LDO) решил эту проблему просто, изготовив для настройки элементов своего "двойного квадрата" несложный специализированный ГИР. Он отличается от классических вариантов этого прибора лишь его конструктивным исполнением (Peter Dodd. Antennas. — RadCom, 2008, March, p. 66,67).

Рис. 1 ГИР для настройки проволочных антенн

Схемотехническое решение гетеродинного индикатора резонанса может быть любым — великое множество их было опубликовано в радиолюбительской литературе. Питер Додд использовал один из простейших вариантов ГИР Схема его показана на рис. 1. Индикация резонанса осуществляется в нём по изменению тока истока транзистора VT1, а чтобы эти изменения были более ярко выражены, на измерительный прибор РА1 подается напряжение смещения. Его можно регулировать переменным резистором R4, устанавливая перед началом измерений стрелку прибора близко к конечной отметке его шкалы. Частоту резонанса регистрируют цифровым частотомером. Из отечественных транзисторов в этом ГИР можно применить, например, транзисторы КП303В. Частотомер подключают к разъёму XW1.

Рис. 2 Фото устройства

Конструктивное отличие от традиционных вариантов исполнения ГИР состоит в том, что автор применил катушку больших размеров, которая позволила обеспечить заметную связь с элементом антенны, резонансную частоту которого надо измерить (рамкой или линейным вибратором). Внешний вид его прибора приведен на рис. 2. Его основанием служит диэлектрическая пластина шириной 150 и толщиной 15 мм. Длина её некритична — зависит от размеров коробки, в которой размещаются элементы ГИР, и от размеров частотомера. Автор использовал частотомер заводского изготовления. В верхней части этой пластины намотана катушка, которая содержит пять витков провода диаметром 1 мм в изоляции. Её индуктивность получилась около 3 мкГн, что обеспечило перекрытие ГИР при использованном КПЕ от 12 до 22 МГц. Изменяя число витков, можно получить и другое, требуемое для настройки конкретной антенны, перекрытие по частоте. В верхней части пластины размещены два диэлектрических крючка (из тех, что используют для крепления электропроводки), которыми прибор подвешивают на проволочный элемент антенны. Это позволяет зафиксировать взаимное положение катушки ГИР и этого элемента, что также повышает точность измерений. Часть проволочного элемента антенны будет параллельна длинной стороне прямоугольных витков катушки. Это, как показала проверка, обеспечивает достаточно сильную связь катушки ГИР с элементом антенны и надёжную регистрацию его резонансной частоты. Так, при работе с рамками "двойного квадрата" изменение показаний измерительного прибора при резонансе составляло примерно 40% от всей шкалы.

Особенность нашей рубрики «Советуем повторить…» заключается в том, что в ней публикуются материалы, основанные на практическом опыте повторения той или иной конструкции, схема и описание которой были ранее напечатаны в радиолюбительской литературе. Выполненные конструкции, как правило, носят сугубо утилитарный характер, т.е. опробованы радиолюбителями, содержат фото и практические советы, что особенно ценно для начинающих радиолюбителей.

На этот раз мы представляем конструкцию гетеродинного индикатора резонанса, предложенную Г.Гвоздицким в журнале Радио,1993, №1.

В радиолюбительской практике для измерения резонансной частоты пассивной колебательной системы чаще всего применяют гетеродинный индикатор резонан-са - ГИР. Он объединяет в себе резонансный волномер и маломощный генератор калиброванной радиочастоты. 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 резонанс-ную частоту исследуемой колебательной системы, Колебательный контур волномера ГИРа является одновременно и контуром его гетеродина. С помощью такого измерительного прибора несложно определить резонансную частоту колебательного контура, от-резков соединительных линий, элементов антенн коротковолновых радиостанций. ГИР, кроме этого, можно использовать и как сигнал-генератор.

ГИР Гвоздицкого является более совершенным, чем описанные в и отличается более высокими характеристиками, хотя их генераторы во всех случаях выполнены на полевом транзисторе, что обес-печивает значительно большую стабильность частоты, чем при применении биполярного транзистора.

«Принципиальная схема предлага-емого ГИРа приведена на рис.1. Его гетеродин выполнен на полевом транзисторе VT 1, включенном по схеме с общим истоком. Резистор R 5 ограничивает ток стока полевого тран-зистора.Дроссель L 2 - элемент развязки гетеродина от источника питания по высокой частоте».

Диод VD 1, подсоединенный к. выводам затвора и истока транзистора, улучшает форму генерируемого напряжения, приб-лижая ее к синусоидальной. Без диода по-ложительная полуволна на тока стока станет искажаться из-за увеличения коэффици-ента усиления транзистора с повышени-ем напряжения на затворе, что неизбежно приводит к появлению четных гармоник в спектре сигнала гетеродина».

Рис.1

В отличие от уже упоминавшихся выше схем колебательный контур прибора обра-зуют сменная катушка L 1, подключаемая к разъему X 1, не имеющая среднего вывода, что упрощает ее коммутацию. «Переключают» прибор на работу в нужном диапазоне частот вклю-чением катушки L 1 соответствующей ин-дуктивности. Вариант таких катушек, выполненных на каркасах из лабораторных пробирок для забора крови , показаны на фото (рис.2) и подбираются радиолюбителем на желаемый диапазон, или выполняются согласно рекомендациям в первоисточнике .

Рис.2

«Через конденсатор С5 напряжение радиочастоты поступает на вход высоко-частотного вольтметра-индикатора, сос-тоящего из детектора, диоды VD 2 и VD 4 которого включены по схеме удвоения напряжения, что повышает чувствительность детектора и ста-бильность работы усилителя постоянного токи на транзисторе VT 2 с микроамперметром РА1 в коллекторной цели. Диод VD 3 стабилизирует образцовое напряже-ние на диодах VD 2, VD 4. Перемен-ным резистором R 3 объединенным с выключателем питания S А1, устанавливают стрелку микроамперметра РА1 в исходное положение на крайнюю правую от-метку шкалы …».

В описываемом ГИРе нет дополни-тельного стабилизатора питающего нап-ряжения, поэтому при работе с ним рекомендовано пользоваться источником с од-ним и тем же значением напряжения пос-тоянного тока - оптимально сетевым блоком пита-ния со стабилизированным выходным напряжением.

Внешний вид прибора и монтаж деталей в корпусе показан на рис. 3,4,5.

Рис.3

Рис.4

Рис.5

Его корпусом служит латунная хромированная коробка размерами 120x70x45 мм с плотно закрывающейся крышкой (от бывшего стерилизатора шприцев типа «Рекорд» ) (рис.3). Ручка блока конденсаторов перемен-ной емкости С1.1 - С1.2 размещена на ли-цевой стенке корпуса. Блок КПЕ, использованный в ГИРе, от малогабаритного радиоприемника «Альпинист». Форма привода верньерного механизма позволяет отмечать карандашом через отверстие частоту в соответствующем диапазоне из-мерения на листке ватмана, приклеенного к корпусу ГИРа под ручкой блока КПЕ (рис.6).

Рис.6

Делать одну общую шкалу для всех диапазонов нецелесообразно из-за сложности такой работы. Тем более, что точность полученной шкалы при различной плотности перестройки при-меняемых контуров затруднит поль-зование прибором.

Катушки L 1 пропи-таны эпоксидным клеем или НН88. Их намоточные данные определяются эмпирически или согласно рекомендациям из . На ВЧ диапазоны их жела-тельно намотать медным посеребрен-ным проводом диаметром 1,0 мм.

Конструктивно каждая контурная ка-тушка размещена на основании распространенного разъема СГ-3. Он вклеен в каркас катушки.

На торцевой стенке корпуса укреплена ответная часть СШ-3, в которую и вставляют штыри контурной катушки (рис.7).

Рис.7

Дроссель L 2 применен готовый и состоит из двух соединенных параллельно дросселей типа ДМ0,1 номиналом по 100 мкГ.

Остальные примененные радиодетали соответствуют рекомендациям в первоисточнике .

Конкретную «калибровочную» отметку на шкале-листке прибора делают перед измерением, пользуясь, например, приемником с цифровой шкалой (или частотомером).

«Если а каких-то участках диапазона необходимо повысить точность шкалы, то параллельно катушке подключайте слюдяной конденсатор постоянной ем-кости (рис.8).

Рис.8

Индуктивность контурной катуш-ки и емкость контура с учетом дополни-тельного конденсатора можно рассчи-тать по формуле

LC =25330/ f ²

где С- в пикофарадах, L - в микрогенри, f - в мегагерцах.

Определяя резонансную частоту ис-следуемого контура, к нему возможно ближе подносят катушку ГИРаи, медлен-но вращая ручку блока КПЕ, следят за показаниями индикатора. Как только его стрелка качнется влево, отмечают соот-ветствующее положение ручки КПЕ. При дальнейшем вращении ручки настройки стрелка прибора возвра-щается в исходное положение. Та отметка на шкале, где наблюдается максималь-ный *провал* стрелки, как раз и будет соответстовать резонансной частоте исследуемого контура».

Выделенные цветом абзацы «в кавычках» - оригинальный текст

из статьи Г.Гвоздицкого в журнале «Радио».

Источники:

1. Г.Гвоздицкий. Гетеродинный индикатор резонанса. - Радио,1993, №1, с.36,37.

2. ГИР на 1,8-150 мГц . - Elektronisches Jarbuch 1988, c.169..

3. В.Демьянов. Усовершенствованный ГИР. - Сайт Н.Большакова ( RA 3 TOX ) «Радиофанат».

Резонанса (ГИР) - это простейший высокочастотный универсальный прибор, позволяющий производить самые разнообразные измерения, ос­нованные на использовании явления резонанса. ГИР позволяет определять частоту настройки негенерирующих колебательных контуров, производить настройку приемных и передающих устройств, измерять частоту гетеродина, а также осуществлять ряд других измерений.

Основой ГИРа является маломощный автогенератор, работающий в определенном диапазоне частот и настраиваемый в резонанс с частотой исследуемой цепи. В ка­честве индикатора резонанса наиболее часто применяются микроамперметры магнито­электрической системы. В настоящей листовке рассматриваются два ГИРа, выполнен­ные на транзисторах.

На рис. 1 приведена простейшая схема ГИРа на одном транзисторе. Автогенера­тор собран по схеме с общей базой и емкостной связью (через конденсатор С2). ­тота генерируемых колебаний определяется индуктивностью катушек LI, L2 и емкостью переменного конденсатора С1. Для чтобы перекрыть частот от 5,8 до 59 МГц и определить частоту колебаний по шкале конденсатора С1 с достаточной для практики точностью, указанный выше диапазон частот разбит на шесть поддиапазо­нов: 5,8 - 9; 7,2 - 11; 10 - 16,5; 16 - 27; 26 - 41 и 37 - 59 МГц. Выбор частотного подди­апазона производится переключателем B1, замыкающим часть витков контурной ка­тушки L2. Режим работы транзистора Т1 по постоянному току определяется делите­лем напряжения, образованным резисторами Rl, R2.

Переменное напряжение высокой частоты на резисторе R3, пропорциональное ам­плитуде высокочастотных колебаний в контуре, через конденсатор С5 поступает на Д1. Постоянная составляющая тока в цепи детектора измеряется микроам­перметром ИП1 с током полного отклонения 50 - 100 мкА. Если катушку индуктив­ности L1 приблизить к колебательному контуру LC (на рис. 1 он изображен штри­ховыми линиями), частоту которого требуется измерить, а конденсатором переменной емкости С1 частоту ГИРа сделать равной собственной частоте контура LC, то часть высокочастотной энергии из контура L1L2C1 будет «отсасываться». Это вызовет умень­шение высокочастотного напряжения, подаваемого на детектор, а следовательно, и уменьшение показаний по шкале микроамперметра. Таким образом, если шкалу ГИРа пиоградуировать по частоте, легко определить резонансную частоту контура LC. Сле­дует учесть, что чем слабее будет связь между катушками L1 и L, тем резче будет проявляться минимум тока в момент резонанса в цепи микроамперметра, а следова­тельно, точнее будут результаты измерения. микроамперметра мож­но изменять переменным резистором R4.

При разомкнутом выключателе В2 питание на транзистор 77 не подается, и ГИР преобразуется в обычный резонансный абсорбционный . При этом о наст­ройке контура L1L2C1 в резонанс с частотой генерирующего контура (контура гете­родина, задающего генератора и т. д.) судят по максимуму тока в микроамперметра. Этот микроамперметр измеряет, как и прежде, постоянную составляющую тока в цепи детектора, на который высокочастотное напряжение поступает с кантура L1L2C1 через конденсаторы С2, С5, С4.

ГИР вместе с источником питания - батареей « » размещается в футляре размерами 50X75X130 мм, изготовленном из тонкого мягкого листового дюралюми­ния.

Катушка индуктивности L2 намотана на полистироловом каркасе диаметром 19 и длиной 40 мм. На каркасе размещено 37 витков провода ПЭЛ 0,59 с отводами от 15, 23, 29 и 33-го витков, считая от нижнего (по схеме) вывода катушки. Шаг на­мотки - 0,9 мм. Катушка индуктивности L1 состоит из одного витка провода ПЭЛ 1,35. Ее габариты указаны на рис. 2. Катушку L1 устанавливают на торцевой части корпуса ГИРа, a L2 - внутри корпуса, как можно ближе к переключателю В1. Для защиты от повреждения катушка L1 закрывается цилиндрическим колпаком, вы­точенным из органического стекла.

На рис. 3 приведен один из возможных вариантов конструктивного оформления подобного ГИРа. В использованы конденсатор с воздушным диэлектриком и мак­симальной емкостью порядка 50 пФ (С1), переключатель галетного типа (В1), выклю­чатель-тумблер (В2) на два направления, конденсаторы КТ (С2, С5), конденсаторы БМ-2 (СЗ, С4), переменный резистор СПО-0,5 (R4), постоянные резисторы МЛТ-0,25. Налаживание ГИРа производится после окончания монтажа и устранения всех вы­явленных ошибок. Подключив к прибору питание, подбирают номиналы резисторов Rl, R3 и конденсатора С2 такими, чтобы в пределах рабочего диапазона автогенера­тор устойчиво возбуждался. Ток коллектора при этом обычно не превышает 2 - 4 мА. Если автогенератор работает, то при перемещении движка переменного резистора R4 показания микроамперметра должны плавно изменяться.

Убедившись в работоспособности автогенератора, переходят к определению пределов первого поддиапазона (37 - 59 МГц) и к градуировке шкалы переменного конден­сатора С1. Эту операцию можно произвести с помощью резонансного волномера, ге­нератора стандартных сигналов либо сигнал-генератора, радиоприемного устройства, рассчитанных на работу в диапазоне порядка 5 - 60 МГц.

При использовании резонансного волномера, который наиболее доступен радио­любителям, его катушку индуктивно связывают с катушкой L 1, конденсатор С1 ус­танавливают в положение максимальной емкости, включают ГИР, ручкой переменно­го резистора R 4 устанавливают стрелку микроамперметра в среднее положение и, ме­няя частоту настройки резонансного волномера, настраивают его на частоту ГИРа (по минимуму тока через микроамперметр). Это значение частоты наносят на шкалу пе­ременного конденсатора С1. Верхнюю границу частоты поддиапазона I определяют при минимальной емкости конденсатора С1.

Если окажется, что границы поддиапазона значительно отличаются от требуемых значений, изменяют индуктивность катушки L 1 и повторяют измерения. Градуиров­ка шкалы ГИРа внутри поддиапазона, производится аналогично, при этом сначала ус­танавливают частоту резонансного волномера через 0,5 - 1 МГц, а затем на эту же частоту настраивают ГИР. Закончив градуировку поддиапазона I, В1 устанавливают в положение « II » (26 - 41 МГц) и переходят к установлению пределов и к градуировке шкалы на поддиапазоне II. Если необходимо устранить смещение частоты на поддиапазоне II, следует более тщательно подобрать место припайки от­вода (точку «а») к виткам катушки L 2. На следующих поддиапазонах уточняют мес­та припайки отводов от витков катушки L2 (точки «б», «в», «г»).

В процессе градуировки может оказаться, что ширина каждого из поддиапазонов будет отличаться от указанных выше значений (за счет начальной емкости конденса­тора С1, емкости монтажа, собственной емкости катушек L 1, L 2). С этим следует мириться, так как в данном случае элементов для подстройки частоты в начале и конце поддиапазонов нет. Важно, чтобы нижняя частота поддиапазона I была нес­колько меньше высшей частоты поддиапазона II; нижняя поддиапазона II меньше высшей частоты поддиапазона III и т. д.

Окончив градуировку, витки катушки L 2 желательно закрепить на каркасе в отдельных точках полистироловым лаком, чтобы исключить их смещение, а, наруше­ние, следовательно, нарушение градуировки.

Схема более современного ГИРа, содержащего модулятор (Т2) и s индикаторном устройстве (ТЗ), приведена на рис. 4. Такой ГИР обладает более ­рокими измерительными возможностями и позволяет использовать более грубый стре­лочный - чувствительностью 0,5 - 1 .

Процесс градуировки каких-либо особенностей не имеет.

Москва, Издательство ДОСААФ СССР, 1976 г. Г-75792 от 11/ XI -75 Изд. N 2/743a Зак .768

Гетеродинные индикаторы резонанса (ГИР) - это простые измерительные приборы, предназначенные для обнаружения и индикации резонанса в радиоэлектронных устройствах, содержащих резонансные цепи. Обычно ГИР представляет собой небольшую коробочку, в которой смонтирован ХС-генератор синусоидальных колебаний и измеритель потребляемого им тока или простой индикатор ВЧ-сигнала. Катушка генератора сменная и устанавливается на колодке, конденсатор переменной емкости (воздушный или слюдяной) имеет шкалу, отградуированную (для каждой сменной катушки) по частоте.

Если поместить катушку ГИР вблизи резонансного контура, то при приближении частоты настройки генератора к частоте контура начнется отсос энергии генератора в контур. Это хорошо заметно даже тогда, когда катушка ГИР удалена от контура на расстояние в несколько сантиметров. При отсосе меняется потребляемый генератором от источника питания ток, что и позволяет определить момент резонанса.

ГИР довольно удобный прибор. Обычно его применение даже не требует подключения к испытуемой цепи. При испытании радиоприемника могут быть оценены частоты настройки входных контуров, контуров усилителя промежуточной частоты и контуров гетеродина. Часто ГИР используется для определения резонансной частоты антенн, например коротковолновых радиостанций, а также резонансных частот фидеров и отрезков коаксиальных кабелей.

В СССР выпускались серийно приборы ГИР-1 и ГИР-2. Однако ГИР не относится к профессиональным приборам из-за невысокой точности измерений и сильного влияния на испытуемое устройство. Тем не менее, ГИР широко распространены в радиолюбительской практике. Описания этих полезных приборов можно найти в радиолюбительской литературе (например, в подборках журнала "Радио") и в Интернете.

Простой ГИР на одном полевом транзисторе

В Большой Советской Энциклопедии был описан ГИР на ламповом триоде. В наше время куда удобнее применить полевой транзистор. На рис. 1.59 показана схема простейшего ГИР на полевом транзисторе, часто встречающаяся в Интернете. Это типичная схема индуктивной трехточки.

Рис. 1.59. Схема простейшего ГИР на полевом транзисторе

Конструктивно этот ГИР монтируется в небольшой металлической коробочке. На лицевой панели устанавливается индикаторный прибор и конденсатор переменной емкости, снабженный шкалой настройки. На боковой стороне корпуса устанавливается разъем, к которому подключается катушка индуктивности XI.

Для перекрытия диапазона 25-40 МГц катушка имеет следующие параметры: диаметр каркаса 20 мм, длина намотки 30 мм, обмотка состоит из 9 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,6 мм с отводом от второго витка (считая от нижнего по схеме). При использовании набора сменных катушек прибор перекрывает диапазон частот от 3,0 до 150 МГц. ГИР используется для определения резонансных частот LC контуров, антенн и отрезков коаксиального кабеля. Как отмечалось, работа прибора основана на поглощении высокочастотной энергии исследуемым контуром или антенной в момент совпадения их собственной резонансной частоты и частоты настройки ГИР. В этот момент показания индикаторного прибора имеют резкий провал. Этот провал тем больше, чем сильнее связь между ГИРом и колебательным контуром и чем выше добротность этого контура.

Для точного измерения резонанса необходимо, чтобы ГИР был индуктивно связан с антенной в точке пучности тока. Как известно, пучность тока располагается на расстоянии 1/4 длины волны от конца вибратора. К этой точке и следует подносить ГИР. Изменяя частоту настройки прибора, находят минимум показаний индикатора и считывают в этот момент соответствующую частоту со шкалы. Эта частота и является резонансной частотой антенны. Необходимо помнить, что индикация резонанса происходит не только на основной частоте, но и на гармониках.

Если частота резонанса антенны измеряется в непосредственной близости от земли, то она смещается в сторону более низких частот. При подъеме антенны на мачту резонансная частота сместится вверх на 0,2-0,4 МГц. Используя ГИР, можно подобрать длину коаксиального кабеля для работы в режиме настроенной линии передачи (электрическая длина такой линии равна целому числу полуволн). Для этого один конец кабеля закорачивают, а к другому подносят ГИР и определяют резонанс вблизи частоты 27 МГц. Постепенно укорачивая кабель, добиваются резонанса на средней частоте используемого диапазона.

ГИР на транзисторном аналоге негатрона

Интересная схема ГИР приведена в (рис. 1.60). В ней используется транзисторный аналог негатрона с А-образной ВАХ на основе двух биполярных транзисторов Т1 и Т2. Благодаря этому контур генератора не требует отводов и отдельных цепей положительной обратной связи. На полевом транзисторе ТЗ и операционном усилителе построен высокочувствительный детектор ВЧ-напряжения со стрелочным индикатором.

Рис. 1.60. ГИР на транзисторном аналоге негатрона

Этот ГИР может служить индикатором работы внешних генераторов и обычным индикатором резонанса в пассивных резонансных цепях. Резистором-потенциомет- ром Р1 можно устанавливать режим отсутствия генерации или ее наличия. При отсутствии генерации прибор реагирует на внешнее ВЧ-излучение: если частота настройки близка к частоте этого излучения, показания индикатора возрастают. Можно также задать режим генерации, при которой стрелка индикатора отклоняется на заданную установкой потенциометра Р2 величину. Тогда, если частота генератора совпадает с частотой внешней резонансной цепи, показания индикатора уменьшаются из-за отсоса энергии от генератора внешней цепью.

В можно найти данные катушек ГИР в диапазоне частот от 1,3 до 50 МГц. Описан также вариант схемы с амплитудной модуляцией сигнала генератора. Это позволят более точно определять резонанс по звучанию телефонов.