Medições de rádio amador
Indicador de ressonância heteródina
O indicador de ressonância heteródina gera oscilações com frequência de até 100 MHz e combina as funções de auto-oscilador e indicador ao mesmo tempo.
Para gerar oscilações de diferentes faixas, são utilizadas bobinas substituíveis L, conectadas através dos soquetes Gn1 e Gn2 ao circuito gerador.
Figura 1. Diagrama esquemático do GIR
O gerador é montado em um circuito capacitivo de três pontos. Além da bobina L, seu circuito inclui o bloco KPE S1C2, cujas seções são conectadas entre o ânodo e a grade de controle da lâmpada. Para eliminar a influência da mão do operador durante o ajuste, os rotores dos capacitores são conectados à carcaça.
Para medir a frequência de ressonância de um circuito desconhecido, uma bobina geradora substituível é aproximada da bobina deste circuito e a frequência do gerador é selecionada usando o bloco C1C2.
O momento em que a frequência do gerador coincide com a frequência de ressonância do circuito desconhecido é registrado usando o indicador GIR.
Este fenômeno é caracterizado pela “sucção” de energia de alta frequência do circuito gerador pelo circuito em estudo. E como o circuito GIR está incluído no circuito da grade da lâmpada, esse fenômeno é acompanhado por uma diminuição do ângulo do setor na tela do indicador. A frequência de ressonância do circuito em estudo é determinada na escala do bloco C1C2, em que o ângulo de rotação do rotor é diretamente proporcional à variação da capacitância de suas seções. A escala GIR é calibrada usando um medidor de ondas industrial.
As bobinas substituíveis do gerador são enroladas com fio PEL 0,4 em estruturas com diâmetro de 12 mm. Os números de voltas da bobina são mostrados na tabela.
Usando o GIR, você também pode medir pequenas capacitâncias e indutâncias.
Para medir a capacitância, um circuito é feito de uma bobina e um capacitor de capacitância conhecida Ck; determine a frequência de ressonância deste circuito f1. Em seguida, um capacitor é conectado paralelamente ao circuito, cuja capacitância deve ser medida, e a frequência de ressonância f2 do circuito resultante é novamente determinada. A capacitância medida do capacitor, pF, é determinada pela fórmula:
Se a indutância da bobina do circuito for conhecida, então a capacitância do capacitor incluído no circuito, pF, é determinada pela fórmula:
onde, fres - em MHz; Lo - em mg.
Para determinar a indutância da bobina, um circuito é composto por um capacitor de capacitância conhecida C0 e uma bobina cuja indutância precisa ser medida. Então, usando o método descrito acima, é determinada a frequência natural deste circuito. A indutância medida, mH, é determinada pela fórmula.
Para configurar e monitorar equipamentos de ondas curtas e ultracurtas, são amplamente utilizados indicadores de ressonância heteródina (HRIs), que são oscilações autogeradas de alta frequência com bobinas de indutância substituíveis do circuito ressonante instalado na superfície externa do habitação. Tais dispositivos são equipados com indicadores de sintonia, cujas leituras mínimas correspondem a uma correspondência exata entre as frequências do GIR e o circuito ressonante medido localizado próximo ao circuito substituível do dispositivo. Além disso, usando a escala do indicador GIR, não é difícil determinar o valor exato da frequência de ressonância do circuito medido.
Na Fig. 85 mostra um diagrama esquemático de um GIR simples, cujo conjunto de bobinas substituíveis permite operação em quatro bandas de HF e VHF com faixas de frequência de 4-8 MHz, 8-16 MHz, 16-32 MHz, 40-80 MHz. A escala de frequência GIR é calibrada em pontos 4D 5,0, 6,0, 7,0 e 8,0 MHz. Todas as outras gamas utilizam a mesma escala, mas o preço das divisões aumenta 2, 4 e 10 vezes, respetivamente. A descrição do dispositivo foi publicada em uma das revistas de rádio americanas.
O autooscilador GIR é montado em um circuito de três pontos com realimentação capacitiva em um transistor de efeito de campo T1. Sua frequência é ajustada suavemente em toda a faixa usando um capacitor variável C1 com dielétrico de ar. Bobinas de contorno substituíveis. L1 é enrolado em molduras cilíndricas separadas de poliestireno com diâmetro externo de 12 mm com fio PEV-1 0,4. Para facilitar a troca das bobinas, suas molduras são equipadas com dois contatos de pino, que são inseridos em soquetes no corpo do dispositivo. Os dados de enrolamento das bobinas L1 para diversas faixas são fornecidos na tabela. 10. Para aumentar a estabilidade da geração em uma ampla faixa de frequência, foi introduzida uma chave adicional B1, com a qual são comutados os capacitores C5 e C6, corrigindo o funcionamento do dispositivo em HF ou VHF.
O indicador de configuração do dispositivo é um microamperímetro com corrente de 50 μA, que é conectado ao circuito da porta do transistor em paralelo com o resistor R2. Se houver geração, o dispositivo deverá mostrar uma corrente de 30-40 µA. Se próximo à bobina L1 (a uma distância de até 10 cm) houver um circuito receptor ou transmissor sintonizado na frequência GIR, então as leituras do microamperímetro deverão diminuir.
A versatilidade deste GIR reside no fato de que também pode funcionar como um gerador altamente estável se a bobina L1 for substituída por quartzo. Nenhuma modificação adicional é necessária.
Para fabricar um GIR universal, pode-se usar um transistor de efeito de campo doméstico tipo KP302 ou KP303 com qualquer índice de letras. Recomenda-se fazer o corpo do dispositivo com dimensões externas 40x50x100 mm em alumínio. A escala é feita em forma de círculo com diâmetro de 50 mm e colada em um disco de papelão de 3 mm de espessura.
Vasiliev V. A. Projetos estrangeiros de rádio amador. M., "energia", 1977.
Ao projetar e sintonizar equipamentos de rádio, um dispositivo tão engenhoso como um indicador de ressonância heteródina é muito útil. O aparelho, na maioria dos casos, é bastante simples e pode ser feito até por um radioamador novato.
É usado principalmente para medir a frequência de ressonância nos circuitos oscilatórios de equipamentos de rádio. Usando o GIR, você também pode medir a capacitância dos capacitores e a indutância das bobinas e medir a ressonância da antena.
Heteródino significa gerar oscilações de alta frequência. No gerador de RF do nosso dispositivo, a bobina do circuito oscilante é movida para fora e é feita como uma espécie de sonda. O princípio de medição baseia-se no fato de que se dois circuitos próximos são sintonizados na mesma frequência, eles entram em ressonância e é observada uma “sucção” de energia vibratória de um circuito para o outro. O circuito oscilatório do GIR é sintonizável - possui um capacitor variável com escala graduada.
Para determinar a frequência de ressonância do circuito em estudo, a bobina GIR (ou bobina de comunicação) é trazida ao circuito e alterando a frequência do dispositivo, as leituras do indicador são minimizadas. A configuração é bastante nítida. Uma espécie de falha da agulha indicadora. A frequência desejada é lida na escala.
O aparelho foi fabricado segundo o esquema mais simples, publicado na revista “Radio” nº 3, 1975. Autor V. Borisov.
Montar o circuito não custa nada, mas para tornar o dispositivo fácil de usar você terá que fazer alguns ajustes.
Nós vamos precisar.
Ferramentas.
Um conjunto mínimo de ferramentas de metalurgia, principalmente para pequenos trabalhos, necessariamente tesouras de metal, diversas limas de agulha diferentes. Ferramenta de marcação. Seria bom ter um quebra-cabeças de joias ou um gravador para cortar as janelas do prédio, mas você pode sobreviver. Serra vertical “Pioneer” para madeira, além de suporte em cauda de andorinha para corte. Você precisará de algo para perfurar - uma furadeira elétrica ou uma furadeira, uma chave de fenda servirá. Em alguns casos, podem ser úteis rebites cegos com a ferramenta adequada para a sua instalação.
Um ferro de soldar de baixa potência e tudo o que o acompanha, incluindo um conjunto de ferramentas para instalação elétrica. Ferro de soldar com potência de cerca de 75...100 W, para soldadura estrutural. Uma pistola de cola é útil em alguns lugares. Um pouco de paciência e precisão.
Materiais.
Além dos radioelementos, você precisará de um pouco de aço galvanizado para telhados, um pedaço de plexiglass e uma placa de fibra ou textolite. Alguns pequenos hardwares. Molduras plásticas para bobinas de reposição.
Para começar, você deve selecionar todos os radioelementos e, conhecendo suas dimensões, começar a projetar o dispositivo. É conveniente fazer isso no CAD AutoCAD. Para uso doméstico e hobby, basta dominar o princípio de construção e algumas ferramentas básicas.
Decidiu-se fazer o corpo do dispositivo em aço galvanizado para cobertura de 0,5 mm, utilizando o método de flexão a partir de duas peças em forma de U. A caixa de metal também protege bem o circuito. As janelas da caixa para instalação de dispositivos e conectores foram recortadas com gravador com disco de corte. Também será conveniente usar um quebra-cabeças de joias.
Nesta versão, o GIR - conector para bobinas substituíveis deve ter no mínimo três contatos (é utilizada uma bobina com derivação). Para reduzir o tamanho do dispositivo, optou-se pela utilização do DB-9, semelhante ao conector da porta COM da unidade de sistema do computador. O circuito deve usar um indicador - um microamperímetro com corrente de 50 μA. Este dispositivo possui dimensões significativas. Microamperímetros significativamente menores são usados para indicar o nível de gravação em equipamentos de gravação de som magnético antigos. Para poder usar tal indicador, você precisa adicionar um estágio de amplificação em um transistor de baixa frequência ao circuito original do dispositivo (circuito b). Desmontei o próprio indicador e substituí a escala padrão por uma caseira com zero no meio.
O capacitor variável é utilizado com um dielétrico sólido, de um receptor de rádio importado.
Uma caixa de metal foi feita. As duas metades da caixa são unidas por quatro parafusos M4. As porcas são soldadas nas paredes internas. O aço galvanizado pode ser facilmente soldado com solda convencional de estanho-chumbo e “ácido de solda” (cloreto de zinco). Não se esqueça de enxaguar bem as áreas de solda.
Uma escala usinada a partir de um pedaço de vidro orgânico é colocada no capacitor.
Um círculo com o diâmetro necessário é desenhado na peça de trabalho. Isso pode ser feito com uma bússola ou compasso de marcação (com duas agulhas). Além disso, para plexiglass, é conveniente usar um paquímetro para esse fim, fixar o tamanho desejado com um parafuso de travamento e desenhar com patas afiadas para medir os furos.
A peça foi cortada com um quebra-cabeças “pioneiro” comum. As bordas foram lixadas com lixa; para isso, a peça foi fixada com uma chave de fenda.
Por dentro, duas marcas radiais profundas são feitas no disco transparente e preenchidas com tinta. Pequenos furos são feitos nas pontas para uma marcação conveniente da escala - as marcas são feitas nos lugares certos com uma agulha ou um lápis apontado. Ele é preso ao eixo do capacitor por meio de fixadores padrão do mesmo receptor de rádio. Sob o disco transparente móvel, no mesmo eixo, existe um disco fixo feito de fibra preso ao corpo. O diâmetro é um pouco menor que o transparente, por isso é conveniente girar o disco móvel com o polegar enquanto segura o dispositivo na mão. O disco é recortado com um quebra-cabeças e revestido com várias camadas de verniz para maior durabilidade. Há uma escala de papel colada nela.
Instalação de pequenos elementos nos terminais de instalação, os terminais são os mais curtos possíveis, principalmente na parte HF. A bateria Krona está localizada dentro do corpo do dispositivo e é conectada por um bloco do mesmo com falha. Para evitar que ele caia dentro da caixa sobre os fios, foi feita uma espécie de “compartimento de bateria” - uma peça em forma de C feita do mesmo aço da cobertura. Soldado à tampa removível. Em frente à bateria há um pedaço de espuma de borracha que pressiona a bateria ao montar o case. Na foto, a primeira versão das bobinas.
Utilizando o oscilador local de um receptor de rádio caseiro equipado com frequencímetro, a escala foi calibrada. A calibração também pode ser realizada por meio de um frequencímetro, um gerador de RF, um gerador de sinal padrão (SSG) e, por fim, por meio de um receptor de rádio HF com escala precisa.
O dispositivo é montado com duas bobinas substituíveis feitas de seringas descartáveis com adesivo hot-melt.
Se forem necessárias medições na faixa de centenas de quilohertz - unidades de megahertz, o desenho da bobina de reposição deve ser usado semelhante ao da antena magnética de um receptor de rádio, em um pedaço de haste de ferrite.
O transistor GIR, cujo diagrama é mostrado na figura, destina-se à instalação de equipamentos de rádio na faixa de 9 a 210 MHz.
Para facilitar o uso do dispositivo, toda a gama é dividida em 7 subfaixas.
O transistor GIR é composto por três transistores, um dos quais (T1) é utilizado no gerador de RF e os outros dois (T2 e T3) são utilizados no amplificador DC.
O transistor gerador de RF é conectado de acordo com um circuito de base comum. O circuito oscilatório consiste nos capacitores C1, C2, C5 e no indutor L1.
A corrente de coletor do transistor é ajustada com um resistor variável R2 na configuração do dispositivo, obtendo geração estável em toda a faixa de frequências de operação. A alimentação do gerador de HF é estabilizada por um diodo zener D1, devido ao qual a precisão da calibração do dispositivo não muda quando a tensão de alimentação é reduzida para 7 V.
A tensão de alta frequência do coletor do transistor T1 através do capacitor C7 é fornecida ao diodo D2 e ao resistor variável R4 conectados em paralelo. Meias ondas positivas da tensão retificada do resistor R4 são fornecidas à entrada de um amplificador DC de dois estágios. O amplificador usa transistores de silício especiais de baixo ruído com altos ganhos e baixas correntes de coletor quiescentes. A utilização de transistores de silício permitiu praticamente eliminar a influência da temperatura ambiente no funcionamento do amplificador.
Um relógio comparador está incluído no circuito coletor do transistor T3. Para protegê-lo de surtos de corrente que ocorrem, por exemplo, na troca de bobinas, os diodos D3 e D4 são conectados em paralelo ao indicador. A sensibilidade do indicador é ajustada pelo resistor variável R4.
A alteração do modo de operação do dispositivo é realizada pela chave P1.
MHz
* Dimensões do laço 8×26 mm
Observação.
Os transistores 2N2484 podem ser substituídos por transistores de silício domésticos KT315G e o transistor AFY16 pelo transistor GT313B. Em vez de diodos OA200, você pode usar diodos KD10ZA, KD103B. Como diodo zener de silício, você pode usar dois diodos zener KS 133A conectados em série. Os indutores podem ser enrolados em estruturas de poliestireno com diâmetro de 20 mm e comprimento de 25-30 mm.
Indicador de ressonância heteródina Para determinar a frequência de ressonância do circuito oscilante de um amplificador de radiofrequência, um elemento de antena de transmissor de rádio ou outro sistema oscilante ativo, geralmente é usado um medidor de onda ressonante. Tal dispositivo contém um circuito oscilante que consiste em um indutor calibrado e um capacitor variável padrão equipado com uma escala graduada. Se o sistema oscilatório for conectado indutivamente ao circuito do medidor de ondas e sintonizado em frequência, atingindo nele a tensão máxima de radiofrequência, então a frequência ressonante do sistema oscilatório em estudo pode ser determinada a partir da escala do medidor de ondas.
Na prática do rádio amador, um indicador de ressonância heteródina - GIR - é mais frequentemente usado para medir a frequência de ressonância de um sistema oscilante passivo. Ele combina um medidor de ondas ressonante e um gerador de radiofrequência calibrado de baixa potência. O circuito oscilatório do medidor de ondas GIR também é o circuito do seu oscilador local. Usando esse dispositivo de medição, é fácil determinar a frequência de ressonância de um circuito oscilatório, seções de linhas de conexão e elementos de antena de estações de rádio de ondas curtas. Além disso, o GIR pode ser usado como gerador de sinal.
O diagrama do circuito indicador de ressonância heteródina é mostrado na Fig.
Seu oscilador local é feito em um transistor de efeito de campo VT1, conectado segundo um circuito com fonte comum. Tal transistor fornece ao dispositivo uma estabilidade de frequência significativamente maior do que um transistor bipolar. O diodo VD1, conectado aos terminais de porta e fonte do transistor, melhora o formato da tensão gerada, aproximando-a de uma tensão senoidal. Sem um diodo, a meia onda positiva da corrente de dreno ficará distorcida devido ao aumento do ganho do transistor com o aumento da tensão da porta, o que inevitavelmente leva ao aparecimento de harmônicos pares no espectro do sinal do oscilador local. O resistor R5 limita a corrente de drenagem do transistor de efeito de campo.
O circuito oscilatório do dispositivo é formado por uma bobina substituível L1, conectada ao conector X1, um bloco de capacitores variáveis C1 e capacitores C2, SZ conectados a ele em série. O dispositivo é comutado para operar em uma das cinco faixas de medição (3...6, 6...10, 8...15,13...25 e 24...35 MHz) ligando a bobina L1 da indutância correspondente.
Através do capacitor C5, a tensão de radiofrequência é fornecida à entrada de um voltímetro-indicador de alta frequência, composto por um detector cujos diodos VD2 e VD4 são conectados de acordo com um circuito de duplicação de tensão, e um amplificador de corrente contínua no transistor VT2 com um microamperímetro PA1 no circuito coletor. O diodo VD3 estabiliza a tensão de referência nos diodos VD2, VD4, aumentando assim a sensibilidade do detector e a estabilidade do amplificador. O resistor variável R3, combinado com o interruptor de alimentação SA1, coloca a seta do microamperímetro PA1 em sua posição original. Choke L2 é um elemento que desacopla o oscilador local da fonte de energia em alta frequência.
A fonte de alimentação do dispositivo pode ser uma bateria embutida com tensão de 3...9 V (deve-se dar preferência a uma bateria Corindo ou uma bateria 7 D-0.1) ou uma fonte de alimentação externa com a mesma saída tensão.
O GIR descrito não possui estabilizador de tensão de alimentação adicional, portanto ao trabalhar com ele é necessário utilizar uma fonte com o mesmo valor de tensão DC.
A aparência do dispositivo é mostrada no título do artigo, e a instalação das peças na caixa é mostrada na Fig.
Seu corpo é uma caixa de latão cromado de 120x70x45 mm com tampa hermética. Um bloco de capacitores variáveis C1, um indicador PA1 e um resistor variável R3 estão localizados na parede frontal do gabinete. Os capacitores C2 e SZ são montados diretamente nos terminais das seções do bloco KPI e nos soquetes do conector X1. As demais peças, exceto a bateria, são montadas em uma placa de circuito impresso (Fig.), feita de folha de fibra de vidro.
A unidade KPE usada no GIR é de um receptor de rádio de pequeno porte "Selga". Os capacitores C2 e SZ são KS0-1, C5-KD, C9 e C10-óxido K52-1B, os demais são KM-5. Todos os resistores constantes são do tipo MLT, variáveis R3 com chave de alimentação SA1 - SPZ-4vM. Os diodos KD512A (VD1), KD521B (VD3) podem ser substituídos por qualquer outro silício 0,12. A bobina do estrangulador acabado é impregnada com cola “Super Cimento”.
Os dados do enrolamento da bobina de contorno de cinco faixas de medição são mostrados na tabela.
As armações das bobinas das três primeiras faixas podem ser peças de isolamento de polietileno do cabo coaxial RK-106. Os rolos das duas últimas gamas não têm moldura. É aconselhável enrolar a bobina de 24…35 MHz com fio de cobre prateado com diâmetro de 1 mm.
Estruturalmente, cada bobina de loop é colocada em uma caixa de carbolito de um ressonador de quartzo. Entre a base da caixa e a tampa protetora há um canto dobrado em alumínio fino, ao qual é colada uma escala da faixa de medição correspondente. É impraticável fazer uma escala comum para todas as faixas - com diferentes densidades de sintonia dos circuitos aplicados, isso complicará o uso do dispositivo.
Na parede final da caixa há um suporte de quartzo de dois soquetes, no qual são inseridos os pinos da bobina de loop. Nesse caso, a escala aparece sob o identificador do bloco KPI com uma seta de índice.
A instalação de circuitos e conexões de alta frequência é feita com fio de cobre nu prateado com diâmetro de 1 mm, circuitos de baixa frequência com fio MGShV.
Configurando o GIR
comece verificando cuidadosamente a exatidão de todas as conexões. Em seguida, uma bobina de loop de qualquer uma das faixas de medição é inserida nos soquetes do conector X1 e a alimentação é ligada. Neste caso, a agulha do microamperímetro PA1 deve desviar-se da marca zero. Usando o resistor variável R3, ele é definido para a marca mais à direita da escala. Em seguida, girando o botão do bloco KPI de uma posição extrema para outra, observe um leve movimento da agulha do instrumento. Com a capacidade mínima do KPI, a seta deve desviar mais para a direita, o que é explicado pelo aumento do fator de qualidade do circuito com o aumento da frequência do gerador.
As escalas de todas as faixas de medição são calibradas usando, por exemplo, um receptor calibrado.
Se em algumas partes da faixa for necessário aumentar a precisão da escala, então um capacitor de mica de capacidade constante é conectado em paralelo à bobina. A indutância da bobina do circuito e a capacitância do circuito, levando em consideração o capacitor adicional, podem ser calculadas usando a fórmula LC = 25330/f2 onde C está em picofarads, L está em microhenry, f está em megahertz.
Ao determinar a frequência de ressonância do circuito em estudo, aproxime a bobina GIR o mais próximo possível dele e, girando lentamente o botão do bloco KPI, monitore as leituras do indicador. Assim que a seta oscilar para a esquerda, observe a posição correspondente do ponteiro na alça do KPI. Com mais rotação do botão de ajuste, a seta do instrumento retorna à sua posição original. A marca na escala onde se observa o “mergulho” máximo da seta corresponderá precisamente à frequência de ressonância do circuito em estudo.
G. Gvozditsky com base em materiais da revista Radio.
