63_089.pdf

H HH

Generator/falomierz

w . . .cz . . . (TDO)

2478

Do czego to służy?

Nazwa TDO to skrót od angielskiej nazwy

Trans−Dip−Oscillator. Jest to odpowiednik

urządzenia lampowego o nazwie GDO (Grid−

Dip−Oscylator) i bywa często nazywany po

prostu dip−meter. Tak się składa, zresztą nie

pierwszy raz, że nie ma tutaj odpowiednika

w języku polskim.

TDO w warsztacie elektronika − radioa−

matora zajmuje drugie lub trzecie miejsce po

mierniku uniwersalnym i ew. oscyloskopie.

Obok podręcznego źródła sygnału w.cz.

przyrząd pozwala określić m.in. częstotli−

wość rezonansową obwodu LC, zaś w pozy−

cji falomierza za jego pośrednictwem można

określić promieniowanie w.cz. i z pewnym

przybliżeniem oszacować częstotliwość sy−

gnału w.cz. Oczywiście to tylko najważniej−

sze właściwości tego wszechstronnego przy−

rządu (więcej możliwości zastosowania

TDO − na końcu opisu). W każdym razie

TDO może zastąpić kilka drogich przyrzą−

dów pomiarowych wszędzie tam, gdzie nie

zależy nam na dużych dokładnościach po−

miaru, a więc podczas wstępnego strojenia

czy konstruowania urządzeń radiowych,

gdzie występują cewki.

Zakres pomiarowy TDO zależy od liczby

wykonanych cewek, zaś dokładność pomia−

rów − od precyzji w naniesieniu skali, a także

od wprawy użytkownika.

Generatory − falomierze były już opisy−

wane na łamach EdW lub EP i występowały

w ofertach handlowych jako kity AVT.

W urządzeniach były zastosowane trudno

osiągalne układy scalone albo także trudne

do zdobycia obecnie wskaźniki analogowe −

mikroamperomierze produkowane przed

kilkunastu laty przez nieistniejące już zakła−

dy krajowe. Z uwagi na trudności z naby−

ciem ww. podzespo−

łów wspomniane ki−

ty zostały wycofane

z oferty handlowej

AV T.

Ponieważ na ad−

res redakcji wciąż

napływają prośby

o przybliżenie na ła−

mach pisma sposo−

bów pomiaru para−

metrów obwodów

rezonansowych LC

oraz samych cewek,

postanowiliśmy wró−

cić do tematu i za−

projektować nowy

układ generatora − falomierza z zastosowa−

niem łatwiejszych do zdobycia podzespołów.

Jak to działa?

Zasadniczym elementem urządzenia jest ge−

nerator wykonany w układzie Hartleya na

tranzystorze T1. Dodatnie sprzężenie zwrot−

ne jest zapewnione poprzez odczep na cewce

L. Układ taki charakteryzuje się pewną pracą

w szerokim zakresie częstotliwości. Układ

modelowy był testowany w zakresie 0,3−

30MHz w sześciu podzakresach.

W skład obwodu rezonansowego wchodzi

wymienna nieekranowana cewka L umie−

szczona na zewnątrz obudowy oraz konden−

sator o zmiennej pojemności zaopatrzony

w podziałkę częstotliwości. Można tu wyko−

rzystać kondensator obrotowy w obudowie

plastikowej o pojemności około 200pF (jed−

na sekcja agregatu AM) lub diodę pojemno−

ściową np. BB130 o zbliżonej wartości po−

jemności sterowanej napięciem z potencjo−

metru obrotowego.

Po generatorze następuje prostownik

w.cz. zrealizowany na diodzie D1, a następ−

nie wzmacniacz − separator napięcia z tran−

zystorem T2.

Napięcie z suwaka potencjometru R3

umieszczonego w obwodzie emitera T2 może

być już wykorzystane do wysterowania cew−

ki mikroamperomierza o zakresie 200

Rys. 1 Układ uproszczony

Oczywiście można za pośrednictwem dodat−

kowego gniazda DC dołączać miernik uni−

wersalny, lecz wydaje się, że zastosowanie

wewnętrznego wskaźnika diodowego czyni

przyrząd wygodniejszym w użyciu.

Zastosowany we wskaźniku układ scalo−

ny US1 − LM 3914 rozpoznaje poziom na−

Elektronika dla Wszystkich

pięcia analogowego i wysterowuje dziesięć

diod świecących LED D2−D11 tworzących

skalę. W przedstawionym układzie połączeń

mamy do czynienia z prezentacją skali

w formie linijki ze zmienną wysokością (im

wyższe napięcie, tym więcej świeci diod).

Dioda LED D2 świeci się już przy napięciu

około 0,2V na wejściu układu US1 (przy

wzroście napięcia do koło 0,3V świecą się

diody L2 i L3 itd).

Sygnał w.cz. w pozycji generatora "G"

można odbierać bezpośrednio z odczepu cew−

ki L poprzez zastosowanie dodatkowego

gniazda BNC lub poprzez dodatkowe uzwo−

jenie sprzęgające (link). Kolejną zaletą z za−

montowania gniazda BNC będzie możliwość

dołączenia cyfrowego miernika częstotliwo−

ści, ponieważ skalę mechaniczną na osi kon−

densatora należy traktować jako orientacyjną.

Do zasilania przyrządu można wykorzy−

stać baterię 6F22 o napięciu 9V lub użyć sie−

ciowego zasilacza stabilizowanego 9V.

Choć zasada działania układu była już

wielokrotnie opisywana przy różnych oka−

zjach, to ze względu na Czytelników, którzy

pierwszy raz czytają na temat TDO − warto ją

przypomnieć poniżej.

Przy włączonym napięciu zasilania TDO

(pozycja przełącznika − G) nieekranowana

cewka L promieniuje energię w.cz. o ustalo−

nej częstotliwości f. Jeżeli obwód rezonanso−

wy z cewką L zostanie sprzęgnięty z innym

obwodem o identycznej częstotliwości rezo−

nansowej, zgaśnięcie diody LED wskaże

gwałtowny spadek wartości napięcia (lub

spadek wychylenia wskazówki dołączonego

miernika − tak zwany "dip").

Fakt ten tłumaczy się tym, że przy zgod−

ności obydwu częstotliwości badany obwód

pobiera część energii z obwodu generatora,

powodując zmniejszenie amplitudy sygnału

na wyjściu wtórnika emiterowego (suwaku

potencjometru).

Jeżeli generator nie jest zasilany, czyli

przy odłączonym zasilaniu polaryzacji (po−

zycja F), układ działa jako falomierz ab−

sorpcyjny. Przy zgodności obu częstotliwo−

ści (mierzonego obwodu LC generującego

energię w.cz. i obwodu z cewką L) wska−

zówka miernika będzie wskazywała wartość

maksymalną.

Układ może działać jako wskaźnik natę−

żenia pola. Zewnętrzne napięcie w.cz. indu−

kowane w obwodzie LC (kiedy cewka L jest

w pobliżu źródła sygnału w.cz. np. w pobliżu

anteny nadajnika) jest prostowane na diodzie

D1 i dalej podawane na wskaźnik jak poprze−

dnio. Im większe napięcie w.cz., tym więcej

świeci diod LED.

się odbiornikiem radiowym z odpowiednim

zakresem częstotliwości.

Ponieważ z listów do redakcji EdW (i nie

tylko) wynika, że istnieje duża niechęć do sa−

modzielnego wykonywania indukcyjności,

autor postanowił podzielić się swoim do−

świadczeniem na ten temat. Tak naprawdę

choć samodzielne wykonywanie cewek jest

dość proste, to wymaga minimum wiedzy

i doświadczenia. Ponadto zawsze istnieje oba−

wa, że z różnych powodów dane nawojowe

cewek modelowych będą mało przydatne przy

montażu urządzenia (inne wartości podzespo−

łów). Z tego też względu zamiast wyposażać

kit w gotowe cewki, postanowiliśmy podać

kilka wskazówek przydatnych przy własno−

ręcznym nawijaniu indukcyjności.

Na początku wypada uświadomić mniej

doświadczonym elektronikom, że zakres

zmian częstotliwości TDO jest uzależniony

od zakresu zmian pojemności w generatorze

przyrządu. Niezależnie od tego, czy będzie−

my mieli do czynienia z kondensatorem

zmiennym, czy z diodą pojemnościową

zastosowaną w TDO, to stosunek zmian

Montaż i uruchomienie

Układ modelowy zmontowano na małej płyt−

ce drukowanej, której rysunek ścieżek poka−

zano we wkładce.

Oczywiście przed montażem musimy

wybrać wariant z kondensatorem zmiennym

lub wskaźnikiem LED.

W każdym przypadku wymienne cewki

należy nawinąć własnoręcznie, rozpoczyna−

jąc od cewki z najwyższego zakresu (mini−

malnej liczbie zwojów), zwracając uwagę,

aby nie wprowadzać dodatkowych indukcyj−

ności w doprowadzeniach do wyprowadzeń

wtyków.

Zwoje można układać bezpośrednio na

plastikową osłonę wtyku jack lub lepiej na

cylindryczny karkas z materiału izolacyjne−

go, którego zadaniem będzie podniesienie

średnicy uzwojenia, a w konsekwencji do−

broci cewki (uzyskamy wyraźniejszy "dip").

Przy eksperymentalnym dobieraniu liczby

zwojów do wyjścia "F" można podłączyć cy−

frowy miernik częstotliwości lub posłużyć

Rys. 3 Schemat montażowy

Rys. 2 Schemat ideowy

Elektronika dla Wszystkich

częstotliwości maksymalnej do minimalnej

z zastosowaną cewką o danej indukcyjności

L można wyrazić następującym wzorem:

kondensatora (w przypadku diody pojemno−

ściowej suwak od strony "+" baterii zasilania)

− do zacisków cewki dołączamy równole−

gle kondensator o znanej wartości np.

C=100pF i odczytujemy wartość częstotli−

wości f2 (będzie mniejsza niż poprzednio)

− wyznaczamy minimalną pojemność wej−

ściową ze wzoru:

Indukcyjność cewki zależy od liczby

zwojów (wprost proporcjonalnie) do ich

kwadratu. Jeżeli zatem jedna cewka będzie

miała np. 12 zwojów, druga cewka tylko 4

zwoje, nawiniętych identycznie, to indukcyj−

ność cewki pierwszej będzie miała wartość

nie trzykrotnie, ale dziewięciokrotnie więk−

szą od indukcyjności cewki drugiej.

Przy obliczaniu liczby zwojów cewek

TDO możemy posłużyć się wygodnym prak−

tyczny wzorem.

gdzie:

Ã max C max

Ã min

C min

fmax − maksymalna wartość częstotliwo−

ści. Wartość ta występuje przy minimalnej

pojemności kondensatora zmiennego (wykrę−

conym rotorze) lub maksymalnym napięciu

doprowadzonym z suwaka potencjometru

P do katody diody pojemnościowej D (w na−

szym przypadku 9V)

fmin − minimalna wartość częstotliwości.

Wartość ta występuje przy maksymalnej po−

jemności kondensatora zmiennego (wkręco−

nym rotorze) lub minimalnym napięciu do−

prowadzonym z suwaka potencjometru P do

katody diody pojemnościowej (około 1V).

Nasuwa się tutaj oczywisty wniosek, że

aby uzyskać szeroki zakres zmian częstotli−

wości, trzeba dysponować kondensatorem

o szerokim zakresie zmian pojemności (moż−

na połączyć sekcje równolegle i uzyskać

około 400−500pF) lub użyć kilku diod po−

jemnościowych połączonych równolegle.

Wypada dodać, że w powyższym przy−

padku co prawda zaoszczędzimy na nawija−

niu cewek (będzie ich mniej − z sześciu moż−

na zejść do czterech), ale w praktyce wystą−

pią problemy z precyzyjną nastawą wartości

częstotliwości.

Kolejnym pytaniem, jakie mogą zadać

czytelnicy może być sposób określania po−

jemności wejściowych TDO (maksymalnych

i minimalnych obwodu drgań generatora).

Oczywiście można przyjąć wartości katalo−

gowe zastosowanych kondensatorów lub

diod pojemnościowych, ale trzeba dodać je−

szcze pojemności wejściowe układu i monta−

żowe, są one trudne do ustalenia.

Znacznie dokładniej można wyznaczyć te

niewiadome wartości metodą techniczną.

W tym celu do wejścia TDO podłączamy

cewkę nawiniętą "na oko" (np. 20 zwojów

drutu DNE 0,3 z odczepem po 7 zwoju; od−

czep w około 1/3 liczby zwojów od strony

masy) a do wyjścia F miernik częstotliwości

i postąpić według następującej "recepty":

− mierzymy wartość częstotliwości f1 przy

ustawionej minimalnej wartości pojemności

C min =

() − 1

Ã 1

Ã 2

− mierzymy wartość częstotliwości f3 przy

ustawionej maksymalnej wartości pojemno−

ści kondensatora (w przypadku diody pojem−

nościowej suwak od strony masy zasilania)

− do zacisków cewki dołączamy równole−

gle kondensator o znanej wartości jak po−

przednio np. C=100pF i odczytujemy war−

tość częstotliwości f4 (będzie mniejsza niż

poprzednio)

− wyznaczamy maksymalną pojemność

wejściową ze wzoru:

n =

1 1000L

gdzie:

n − liczba zwojów cewki

L − indukcyjność [µH]

d − średnica cewki uzwojenia cewki [cm]

(można przyjąć średnicę cylindra − karkasu)

k − współczynnik kształtu wynikający ze

stosunku średnicy d do długości l uzwojenia.

Wartość współczynnika k w zależności od

stosunku średnicy cewki do jej długości wy−

nosi odpowiednio (k−d/l): 9,1−0,25, 8,2−0,5,

7−1, 6−1,5, 5,2−2, 4,7−2,5, 4,3−3, 4−3,5, 3,8−4,

3,7−4,5, 3,6−5.

Oczywiście powyższy wzór jest słuszny

z pewnym przybliżeniem dla cewek cylin−

drycznych jednowarstwowych.

Jeżeli ktoś ma do dyspozycji multimetr

z zakresem indukcyjności, to może spraw−

dzić, czy wartość wyliczona ze wzoru będzie

C max =

() − 1

Ã 3

Ã 4

Znając pojemność obwodu drgań i zało−

żoną częstotliwość, bez trudu można obli−

czyć potrzebną wartość indukcji cewki ze

wzoru:

L =

25330

Ã *

max

min

L C )

159

min

max

C − pojemność kondensatora [pF]

L − indukcyjność cewki [uH]

f − częstotliwość [MHz]

Oczywiście należy pamiętać, że jeżeli do

wzoru podstawiamy Cmax, to musimy użyć

dolnej wartości częstotliwości, czyli fmin

(i odwrotnie).

Przy wykonywaniu danej cewki należy

wiedzieć, że na jej wartość indukcyjności

wpływają następujące czynniki:

− średnica cewki,

− długość cewki,

− liczba zwojów i rodzaj uzwojenia,

− pojemność własna cewki.

Samoindukcja cewki L jest tym większa,

im większa jest jej średnica, im mniejsza dłu−

gość nawinięcia cewki, im ciaśniej są one

ułożone oraz im więcej jest na niej zwojów.

Wykaz elementów

Rezystory

R1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..180k Ω

R2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..470

Ω

R5 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..47k Ω

R6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1k

Ω

P .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10k Ω //A

Kondensatory

C1,, C3,, C6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1nF

C2,, C4,, C7 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10nF

C5 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..100 µ F

*C .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..5−200pF

Półprzewodniki

D1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1N4148

*D .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..diioda pojjemnościiowa np.. BB130

D2−D11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..diiody LED 3mm płłaskiie

T1,, T2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BC547

US1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LM3914

Inne

G .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..gniiazdo Jack stterreo

W .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. wttykii Jack stterreo 6sztt..

L .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..cewkii wg opiisu

Rys. 4

Rys. 5

* (kondensattorr zmiienny wysttępujje w prrzypadku rezy−

gnacjjii ze sttrrojjeniia ellekttrroniicznego;; niie wsttawiiać::

P,, D,, C6,, C7,, R5))

Komplet podzespołów z płytką jest

dostępny w sieci handlowej AVT jako

kit szkolny AVT − 2478

Elektronika dla Wszystkich

Ω

R3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1k Ω pottencjjomettrr monttażowy

R4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2,,2k

zbliżona z pomierzoną miernikiem (dla mini−

malnych zakresów indukcyjności multimetry

mają z reguły bardzo duże błędy pomiarowe).

Po wykonaniu wszystkich potrzebnych

cewek, czyli w końcowej fazie montażu

TDO, należy na górną część obudowy nakle−

ić biały kartonik i nanieść choćby prowizo−

ryczną skalę, chyba że będziemy zawsze

mieli pod ręką miernik częstotliwości, nie

mówiąc już o takim luksusie jak wyposaże−

nie TDO w wewnętrzną skalę częstotliwości.

Suwak potencjometru montażowego nale−

ży tak ustawić, aby świeciło się około 3/4

diod LED. Zmiana liczby świecących diod

na różnych podzakresach jest zjawiskiem

normalnym (wraz ze zmianą wartości induk−

cyjności oraz pojemności kondensatora

zmiennego zmienia się w pewnym stopniu

wartość napięcia wyjściowego generatora).

Na zakończenie jeszcze wypada zwrócić

uwagę, że przy wykorzystaniu przyrządu do

strojenia torów odbiorczych AM lub FM układ

generatora należy wyposażyć w modulator.

Wprowadzenie modulacji do układu moż−

na przeprowadzić w najprostszy sposób po−

przez dołączenie do rezystora R1 sygnału

z generatora akustycznego np. na LM 555

o częstotliwości około 1kHz. Przy strojeniu

torów, gdzie występuje dodatkowy generator

BFO, a więc demodulatorów sygnałów CW

i SSB, nie ma potrzeby stosowania modulacji

i wystarczy sama nośna z TDO.

* Określenie indukcyjności cewek

Badaną cewkę Lx łączymy z kondensato−

rem o znanej pojemności C, a następnie okre−

ślamy częstotliwość rezonansową tak po−

wstałego obwodu LC. Indukcyjność wylicza−

my ze wzoru:

25330

* Określenie pojemności kondensatorów

Postępujemy podobnie jak przy Lx, z tym

że cewka musi mieć znaną indukcyjność.

Pojemność wyliczamy ze wzoru:

Obsługa TDO

Dla stykających się pierwszy raz z przyrzą−

dem TDO podajemy jego przykładowe zasto−

sowania.

Generator (pozycja G)

* Generator sygnału w.cz.

Na skali ustawiamy potrzebną wartość

częstotliwości, a sygnał w.cz. odbieramy

z wyjścia F lub poprzez tak zwany "link"

(dwa zwoje drutu nawinięte na cewkę L).

Podczas strojenia odbiorników cewkę

przyrządu można zbliżyć do wejścia anteno−

wego sprawdzanego odbiornika, a na

podziałce TDO ustawić wymaganą często−

tliwość. Obwody odbiornika stroimy na ma−

ksimum odbieranego sygnału (cewki elimi−

natora oczywiście na minimum). Do stroje−

nia zwykłych

odbiorników radio−

fonicznych sygnał

generatora powinien

być modulowany.

* Strojenie ob−

wodów rezonanso−

wych LC

Na skali przyrzą−

du ustawiamy żądaną

wartość częstotliwo−

ści, a cewkę TDO

sprzęgamy ze strojo−

nym obwodem i do−

strajamy go (rdze−

niem w cewce lub

pojemnością np. try−

merem) do momentu

zauważenia tak zwa−

nego "dipu" − zga−

śnięcia diody LED.

* Określanie czę−

stotliwości rezonan−

sowej badanego ob−

wodu LC

Do cewki TDO

zbliżamy cewkę ba−

danego obwodu LC

i obracamy pokrę−

tłem skali TDO aż do

uzyskania wyraźnego

"dipa" (mierzoną

częstotliwość odczy−

tujemy z podziałki

lub dołączonego

miernika).

C =

25330

* Określanie liczby AL badanego rdze−

nia ferrytowego w.cz.

AL to liczba zwojów przypadająca na 1nH

− potrzebna przy projektowaniu cewek

z rdzeniem.

Znając pojemność kondensatora

C obwodu oraz liczbę

zwojów n cewki i jej indukcyjność można

wyznaczyć liczbę AL ze wzoru:

A =

n 2

Rys. 6

REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA

Falomierz (pozycja F)

* Określenie częstotliwości obwodu LC

występującego w układzie.

Cewkę przyrządu TDO sprzęgamy z ba−

danym obwodem, na przykład z wyjściem

generatora lub nadajnika i obracając pokrę−

tłem TDO, dążymy do zaświecenia się ma−

ksymalnej liczby diod LED, ew. uzyskania

maksymalnego wychylenia dołączonego

wskaźnika analogowego (częstotliwość rezo−

nansową odczytujemy ze skali przyrządu).

* Strojenie nadajnika

Cewkę przyrządu TDO sprzęgamy z wyj−

ściem antenowym badanego nadajnika. Ob−

wody wyjściowe nadajnika stroimy na ma−

ksymalną liczbę świecących diod, ew. maksi−

mum wychylenia wskazań wskaźnika analo−

gowego (przy ustalonej częstotliwości). Przy

strojeniu filtrów − eliminatorów (pułapek) po−

stępujemy odwrotnie, to znaczy stroimy na

min. sygnału.

* Wskaźnik pola w.cz.

Cewkę L przyrządu TDO umieszczamy

w polu promieniowania anteny. W celu

zwiększenia czułości TDO do cewki L moż−

na przyłączyć kawałek przewodu pełniącego

funkcję anteny. Orientacyjnie w ten sposób

można również określić charakterystykę pro−

mieniowania anteny.

* Określenie częstotliwości rezonanso−

wych anten

Przy badaniu anten niesymetrycznych na

cewkę TDO nakłada się "link", który łączy

się z przewodem zasilającym antenę. Pokrę−

tłem z podziałką obraca się aż do wystąpienia

zauważalnego "dipu". W przypadku anten

symetrycznych "link" musi mieć trzy zwoje,

z których środkowy łączy się z masą TDO.

Andrzej Janeczek

Elektronika dla Wszystkich

L =

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: