SU52845A1 - Мультивибрационный волномер - Google Patents

Description

Изобретение касаетс  схемы мультивибрационного волномера, позвол ющего производить весьма точные измерени  длины волны.

Дл  точных измерений длины волны (частоты) примен ют следующий метод:

1.После сложени  измер емой частоты f с т гармоникой эталонного

генератора в анодной цепи детекторной лампы получают промежуточную частоту F, лежащую в сравнительно узком диапазоне частот. Измерени  в заданном, обычно очень щироком, диапазоне частот свод тс , таким образом , к измерению частот в узком диапазоне. Искомую частоту наход т по формуле:

Л ™7з.(1)

где т заранее известно по градуировке селектора гармоник эталонного генератора, и Д - частота эталона, которую примем равной .

2.Частоту FJ. можно, в свою очередь , представить так:

F n.WOOO±F (2)

где « - номер гармоники мультивибратора на 10 kHz синхронизированного от эталонного генератора и

звуковой тон биений между п гармоникой мультивибратора на 10 kHz и частотой F.

3. Дальнейща  задача заключаетс  в нахождении F, п и определении знака звукового тона. Дл  получени  зв детектируют частоты F и ближайший номер гармоники мультивибратора на 10 kHz. Обычно дл  этого прибегают к выделению нужного номера гармоники селектором, предварительно определив частоту гетеродинным волномером. При этом сложный селектор и точный гетеродинный волномер чрезвычайно удорожают и делают громоздкой всю установку дл  измерени  частот.

Автор предлагает принципиально другой метод определени  F. Дл  получени  звукового тона на сетку детекторной лампы подают частоту F и не одну какую-либо гармонику мультивибратора , выделенную селектором, а весь спектр частот мультивибратора.

Если сеточную цепь детекторной лампы настроить на частоту F, то дл  частот, сильно разн щихс  с F. (например, дл  первых номеров гармоник мультивибратора), сопротивление сеточной цепи мало и их амплитуды станов тс  соизмеримыми с амплитудами высших номеров гармоник, близких по частоте к F. В результате детектировани  всех этих частот в анодной цепи детектора по в тс  комбинационные тона, среди которых будут два звуковых тона Р. и 10000 - Р. Лмплитуда этих звуковых частот будет значительно больше амплитуды всех других комбинационных звуковых тонов; поэтому частоты Р. и 10000 -/ легко и безошибочно определ ютс  методом нулевых биений с эталонной звуковой частотой.

Дл  определени  номера п, который надо подставить в формулу (2) в установке предусмотрен вспомогательный кварцевый генератор с двум  кварцами на частоты: kHz и / 1002 kHz.

Мультивибратор на 10 kHz должен без перестройки синхронизироватьс  от любой из частот f., f и f. При этом синхронизаци  мультивибратора от генератора с частотой / или / соответствует относительной расстройке его:

/-/эт /ЭТ-/ 2000 „.

6 - -f

J этэт

Следовательно при синхронизации мультивибратора от генератора с частотой / его частота уменьшаетс  на Af 5 . 10000 Hz, где д/ - изменение основной частоты мультивибратора в герцах и 10000 - основна  частота в герцах. В нашем случае F

2- 10. 10000 20 Hz.

При синхронизации от / основна  частота мультивибратора увеличиваетс  на AF 20Hz.

Дл  второго номера гармоники мультивибратора абсолютное увеличение или уменьшение частоты равно уже 40Hz. Таким образом, л . 20Hz, где Д/ абсолютное изменение частоты /г-го номера гармоники мультивибратора на 10 kHz.

Если /7jj в процессе измерени  считать посто нной, изменение звукового тона при изменении синхронизирующей частоты с/„ на/ или/ равно Д/.

Отсюда легко наход т п

(3),

20 20

причем результат округл ют до целого числа. Здесь д/- - абсолютное

зв

значение разности частот Р и /,„

JBJB

(или ) звукового тона при синхронизации мультивибратора от генератора с частотой / (или /).

Из формулы (3) можно сделать вывод , что звуковой тон необходимо определ ть с весьма высокой точностью +(2- 3) Hz на всем диапазоне звуковых частот. В противном случае возможна ошибка в определении номера п.

Если F лежит в диапазоне

500 kHz 1000 kHz (4),

то легко доказать, что f, при выбранных значени х частот / и /, лежит в пределах 1000Hzs cA/ ig2000Hz. Можно увеличить относительную рассройку S, разнес  частоты / и /. Однако, как это увидим ниже, така  мера, правда, позволит пользоватьс  более грубым звуковым генератором, но увеличит ту область измерений, где надо делать дл  определени  п три замера звукового тона. С другой стороны , при сближении частот / и /, необходим звуковой генератор такой точности, достигнуть которой можно только сильно удорожив всю установку . Заметим, что дл  определени  звукового тона достаточно иметь градуированный звуковой генератор на диапазон частот от О до 5000 Hz, так как всегда один из двух звуковых тонов (F или 10000 находитс  в этом диапазоне. Если допустить увеличение погрешности измерений д/, на

10 /J., диапазон генератора звуковых эталонных частот можно сузить до 500 - 5000 Hz. В этом случае допустимо использование звукового генератора с генерированием основной частоты, что значительно упрощает его схему.

Дл  определени  номера гармоники мультивибратора и знака f. при условии

500 Hz f 4000 Hz(5)

( возможных значений F. дают звуковой тон, удовлетвор ющий условию (5)) поступают следующим образом . Получают звуковой тон F или зв синхронизиру  мультивибратор от f или от /. Частоту синхронизации выбирают из услови :

1500 Hz (или F;;) 3000 HZ (б).

При соблюдении условий (5) и (б) F имеет тот же знак, что и Д/зв где - , если мультивибратор синхронизирован от генератора с частотой/ , или - Р хронизации с частотой /. Номер п наход т по формуле (3).

На прилагаемых чертежах фиг. 1 изображает скелетную схему мультивибрационного волномера; фиг. 2 - частотную цепочку, которую дает мультивибратор при синхронизации с f фиг. 3-то же при синхронизации с частотой /; фиг. 4 - схему селектора с исказителем, фиг. 5-схему селектора с мультивибратором; фиг. б - детектор промежуточной частоты; фиг. 7 - детектор звуковой частоты; фиг. 8 - схему вспомогательного генератора на частоты / и фиг. 9 - схему мультивибрационного блока; фиг. 10-схему индикатора биений.

Допустим, что по звуковому генератору найдена частота 1263Hz. Полученное значение удовлетвор ет условию (5). Синхронизиру  мультивибратор частотой/, получают звуковой тон /-gg. Пусть он не подходит к условию (б). Тогда синхронизируют мультивибратор с частотой /. Получают звуковой тон 2460 Hz, откуда наход т номер гармоники мультивибратора на 10 kHz

)/1263 - 2460

Д 20

I

20

1197 °

(округл   до ближайшего целого числа ). Определ ют знак звуковой частоты: разность - Fj имеет знак минус, следовательно F имеет тоже

минус. Поэтому F n . 10000 600000 -1263 598737 Hz.

Задача нахождени  п и знака F несколько усложн етс , если условие (5) не соблюдаетс , т. е. когда меньше 500 Hz или больще 4000 Hz. В этом случае получаютс  два значени  и нельз  установить, какое из них надо подставить в формулу (3). Например, допустим, что частота F меньше частоты и-го номера гармоники мультивибратора, синхронизированного от /3 на 200 Hz, т. е. F 200 Hz. На фиг. 1 показана частотна  цепочка, которую дает мультивибратор . Пунктиром показана частота F. При синхронизации мультивибратора от генератора с частотой / частотна  цепочка сдвинетс , влево и сожметс , так как соседние номера гармоники будут уже отсто ть друг от друга не на 10000 Hz, как раньше, а на 9980 Hz (фиг. 2). Частота F не изменилась, частота «-го номера гармоники уменьшилась, F оказалась уже вправо от п. Допустим теперь, 1500 Hz. Можно сказать, что абсолютна  частота номера гармоники п уменьшилась на величину зв + зв. . е. на 1700 Hz, отсюда по формуле (3)

ДР

-20- 5Проведем те же рассуждени  дл  случа , когда частота F больше частоты п гармоники мультивибратора (при синхронизации от f на 200 Hz). При переходе на синхронизацию от/ частотна  цепочка сдвинетс  влево, т.-е. частота  -й гармоники уменьшитс , абсолютное уменьшение частоты п-й гармоники будет равно уже не сумме F и F,, а разности д/г 1500 -200 1300 Hz и, следо1300

- 65.

вательно, п20

В реальных услови х знак F неизвестен . Его надо определить. Поэтому нельз  сказать, какое   65 или 85 нужно подставить в формулу (2), Дл  определени  знака F и номера «

производ т третий замер звуковой частоты. Мультивибратор синхронизируют частотой /. По звуковому генератору наход т звуковой тон f. При выборе &f рассматривают две разности - /;, и f - . Больша  по абсолютной величине разность равна искомой частоте , при этом , как и прежде, имеет тот же знак, что и i/ звЭти правила дл  определени  п и знака у F, справедливы и дл  F в пределах 5000 / S 4000 Hz. Например , согласно измерени м F 316Hz, 1915 Hz, г; 1684Hz. Рассматривают две разности

/ 1916 - 116 1800 Hz зв - зв 116-1634 - 1568 Hz.

По абсолютной величине перва  разность больше; следовательно, AF

1800 Hz и и 1 90; д/ имеет 20 JB

знак плюс; следовательно знак f

также плюс. Таким образом

F п . / 33 900000+116 900116 Hz.

При частотах . близких к 5000 Hz, рекомендуетс  сначала определить знак F, и потом уже находить п. Если знак F, плюс, то п округл ют до целого числа, отбрасыва  знаки после зап той (при делении AF. на 20). Если же F имеют знак минус, п округл ют до ближайшего целого числа.

Не всегда необходимо точно определить все три частоты f-, F., и . Если при измерени х очевидно, что разность между F и F. получаетс  меньше 1000 Hz (по условию 1000 S д ss 2000 Hz),4acTOTy;F. точно не измер ют, а синхронизируют мультивибратор от / и точно наход т только Р и F,

Весь волномер выполн ют в виде вертикальной стойки с небольшим столиком дл  оператора. Волномер можно питать как от сети переменного тока, так и от аккумул торов.

В первом случае необходим стабилизатор напр жени  в цепи переменного тока или после выпр млени . При стабилизации по переменному току можно применить стабилизационный трансформатор с использованием одновременно нескольких факторов, поддерживаюших фиксированное напр жение во вторичной цепи при изменении напр жени  сети в широких пределах: магнитного насыщени , переменной самоиндукции рассе ни , настройки самоиндукции рассе ни  вторичной цепи в резонанс с емкостью и компенсационной обмотки. Такой трансформатор дает стабильность напр жени  около , что достаточно даже дл  питани  анода и накала эталонного генератора. При стабилизации по переменному току нагрузка на выпр митель не мен етс , так как во врем  работы мультивибратора все элементы схемы включены посто нно. Выбор конструкции и схемы эталонного генератора целиком зависит от требований, предъ вл емых к его стабильности. При использовании кварца с температурным коэфициентом

- 6 1.10 можно получить стабильность

кварцевого эталона пор дка 2.10 даже с самым примитивным термостатом , поддерживающим температуру с точностью 0,2 - 0,3°. Кварцевый эталон получаетс  компактным и его целесообразно вмонтировать в стойку волномера вместе с синхронными часами дл  проверки частоты. С увеличением гарантированной стабильности габариты эталонного генератора разрастаютс . Эталоны обрастают сложной системой реле подогрева, сигнальным реле, стабилизатором напр жени  и т. д. Поэтому при стабильности 0.5 10 и выше эталонный генератор лучше выполн ть в виде второй автономной стойки.

С помощью селектора гармоник (фиг. 4) выдел ют необходимый номер гармоники эталонного генератора. Селекторный контур (или св занна  цепь с малым декрементом затухани  (включен в анодную цепь исказительной лампы. На сетку этой лампы задают большой отрицательный потенциал и

большую амплитуду напр жени  от эталонного генератора. Лампу став т в режим колебаний второго рода с малым углом отсечки. Анодный ток богат высшими гармониками, которые выдел ютс  селектором. Селектор градуируют пр мо в номерах гармоник Дл  подбора амплитуды гармоники удобно в цепь сетки включить микшер. Использу  одну исказительную лампу, поставленную в правильный режим, можно выделить гармоники до 20 - 25 номера с амплитудой, достаточной дл  дальнейшего детектировани . Друга  схема селектора с мультивибратором на 1 mHz представлена на фиг. 5. Мультивибратор на 1 mHz синхронизируют от эталонного генератора по основной частоте. Напр жение, богатое гармониками, снимают с сеточной цепи одной из ламп мультивибратора . В анодную цепь разделительной лампы, работающей в режиме усилени , включают селектор. Схема с мультивибратором имеет преимушество перед схемой с исказительной лампой в тех случа х, когда диапазон измерений волномера увеличиваетс  в сторону больших частот и по вл етс  необходимость выделить гармоники с номерами 25-35.

На сетку детекторной лампы промежуточной частоты (фиг. б) подают т гармонику эталонного генератора и частоту чтобы не измен ть градуировки селектора при подборе амплитуды , рекоменпуетс  поставить разделительную лампу. Регулировку амплитуды производ т в сеточной цепи лампы с помошью экранированного конденсатора малой емкости или безъиндукционного потенциометра. В анодную цепь детектора включают контур , настраиваемый на частоты 500-1000kHz. Весь диапазон перекрываетс  поворотом лимба конденсатора контура. Шкала конденсатора - пр мочастотна  - градуируетс  в килогерцах. Градуировка облегчает определение номера гармоники «мультивибратора . В схеме предусмотрен катодный индикатор, по которому настраивают анодный контур на частоту F.

Частоту F , выделенную после детектировани  частот ntf и /J., подают

на сетку детектора звуковых частот. Детектор звуковых частот св зан также с мультивибратором на 10 kHz (фиг. 7). Нагрузкой детектора  вл етс  омическое сопротивление или дроссель низкой частоты. Целесообразно включение режущего фильтра низкой частоты с частотою среза пор дка 5200-5300 Hz.

На фиг. 8 показана принципиальна  схема вспомогательного генератора по классической схеме Пирса. Переключатель и позвол ет выбирать дл  синхронизации частоту / или /. Удобно этот переключатель иметь на три положени  по типу телефонных перекидных джеков. Тогда в одном положении руко тки джека вспомогательный генератор идет на частоте f и мультивибратор синхронизируетс  по этой частоте. Во втором положении мультивибратор синхронизируетс  частотой f, и вспомогательный генератор не используетс , наконец, в третьем положении вспомогательный генератор идет по частоте / и синхронизирует собою мультивибратор. Подстроечные конденсаторы Cj и с служат дл  подгонки частот / и / по индикатору биений. Включение подстроечных конденсаторов малой емкости параллельно кварцу весьма распространено в осцилл торных схемах , где требуетс  небольшое на 20-30 Hz изменение частоты генератора . Желательно иметь кварцы Qi Qg с малым температурным коэфициентом . Примен ть термостат целесообразно , так как частота при измерени х корректируетс  по эталонному генератору, а самое врем  измерений невелико.

Мультивибратор на 10 kHz нельз  синхронизировать частотами /д, /, и

/ непосредственно, поэтому ввод т ступень делени  частоты. В качестве такого делител  используют мультивибратор на 100 kHz. Схема мультивибрационного блока показана на фиг. 9. Через разделительную лампу, в анодную цепь мультивибратора на 100 kHz подают синхронизирующую частоту. При правильном подборе амплитуды синхронизации и параметров

схемы мультивибратор будет увлечен по дес той гармонике. Частота в 100 kHz снимаетс  с мультивибратора, выдел етс  в очистителе от гармоник анодным контуром разделительной лампы. Частотой в 100 kHz, в свою очередь, синхронизируют мультивибратор на 10 kHz также по дес той гармонике. Через вторую разделительную лампу мультивибратор св зывают с детектором звуковой частоты.

Мультивибратор на 1 kHz предназначен дл  корректировани  градуировки звукового генератора, дл  корректировани  частот / и / по частоте /3 и дл  проверки эталонного генератора с помощью синхронных часов по сигналам времени. Этот мультивибратор синхронизируют частотой в 10 kHz по дес той гармонике.

На сетку детекторной лампы индикатора биений (фиг. 10) через разделительные лампы Л и JIz подают частоты /3 и / или /, в зависимости от того, в каком положении находитс  переключатель /7 (фиг. 8). Сетку детекторной лампы св зывают также с мультивибратором на IkHz. Гальванометр в анодной цепи регистрирует комбинационные нулевые биени , как результат сложени  частот f, с / или / со второй гармоникой мультивибратора на IkHz. Индикатор биений включают на все врем  работы с волномером . Медленное движение стрелки гальванометра будет служить доказательством , что вспомогательный генератор имеет частоты, разн щиес  от /„ точно на 2000 Hz.

Как было указано, звуковой генератор должен иметь диапазон О - 5000 Hz. За счет снижени  точности

измерений на Д/ 30% возможных значений частоты диапазон звукового генератора может быть сужен до 500-5000 Hz. Дл  получени  высокого посто нства градуировки звуковой генератор собирают по схеме с параметрической стабилизацией, и контуры гетеродинов выполн ют с минимальным температурным коэфици ентом. Звуковой генератор должен обладать хорошей механической прочностью .

При использовании в звуковом генераторе схемы на биени х рекомендуетс  частоты гетеродинов выбирать в диапазоне 60-40kHz, в контурах примен ть большую посто нную емкость и брать пр моемкостный переменный конденсатор. Такой конденсатор в этом случае дает почти пр молинейную зависимость между звуковой частотой и делени ми шкалы. Весь диапазон (О--5000 Hz) дл  повышени  точности отсчета лучше всего разбить на 2-3 поддиапазона. Вместе с звуковым генератором монтируют индикатор нулевых биений. Егосхема аналогична схеме на фиг, 10. Индикатор используетс  дл  корректировани  градуировки звукового генератора и дл  определени  методом нулевых биений частот F, F и . Нулевые биени  фиксируют дво ко; зрительно - по колебани м стрелки гальванометра и на телефон-по характерному возрастанию и уменьшению громкости. Звуковой генератор, кроме градуировочных кривых, должен иметь таблицу дискретных точек кратных 1000 Hz дл  корректировани  (достаточно п ти точек). При использовании мультивибрационного волномера дл  измерени  частот по эфиру к установке добавл ют приемник на диапазон измерений и стабильный генератор с плавной настройкой.

Пор док измерений. 1. Селектором гармбник выдел ют, установкой лимба на соответствующее деление, нужный номер гармоники т эталонного генератора так, чтобы в результате сложени  частот mf и / соблюдалось условие 500 kHz / S31000 kHz.

2.По катодному индикатору настраивают контур промежуточной частоты в резонанс с F.

3.Мультивибратор на 10 kHz синхронизируют частотой f. Провер ют правильность градуировки звукового генератора . По звуковому генератору определ ют звуковой тон F,.

4.По индикатору биений вспомогательный генера ор настраивают точно на частоты / 998 kHz и / 1002 kHz. Если F удовлетворит условию 500 f зв 4000 Hz, частоту

синхронизации выбирают так, чтобы было удовлетворено также условие , (или / ;j e3000 HZ. Звуковой тон F или FJ определ ют по звуковому генератору. Определение и / было уже разобрано.

При несоблюдении услови  (5) замер ют все три звуковые тона F

F и У было отмечено, не всегда требуетс  точно определ ть все три частоты.

При измерени х частот радиостанций предварительно стабильный генератор с плавной настройкой настраивают на принимаемую станцию с возможной точностью. Мультивибрационным волномером измер ют частоту стабильного генератора.

При измерени х частота / должна быть заранее известна с точностью 500-800 kHz.

Предмет изобретени .

Мультивибрационный волномер с использованием комбинационных биений нескольких гармоник мультивибратора с определ емой частотой, пониженной сложением ее с эталонной гармоникой , отличающийс  тем, что дл  определени  номера гармоники мультивибратора использовано изменение звукового тона расстройкой синхронизующей частоты. к авторскому свидетельству Ю. В. № 52845 Богословского