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».

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.

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.

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.

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.