V zásobách každého radioamatéra se časem nashromáždí rozličné cívky a MF transformátorky. Některé mají zabudovaný kondenzátor a je proto obtížné změřit indukčnost a zjistit kmitočet na který byla původně cívečka určena. Také indukčnost cívek s feritovými jádry se obtížně zjišťuje. Běžný LCmetr měří indukčnost při nízkém kmitočtu. Na skutečném pracovním kmitočtu je pak vlivem vlastností jádra indukčnost odlišná.
Pro takové případy je určen popisovaný Pomocný oscilátor. Připojíme k němu neznámý LC obvod , nebo i jen samotnou cívku, a na vývodu pro čítač nebo osciloskop můžeme odečíst rezonanční kmitočet. Použité zapojení oscilátoru je schopno kmitat i s cívkami s nízkým činitelem jakosti Q a to v širokém rozsahu kmitočtů od NF až po VF.
Základní parametry
Tranzistory T1 a T2 tvoří oscilátor s vazbou na emitorovém odporu R1. Emitorový sledovač s tranzistorem T3 slouží k oddělení výstupu od rezonančního obvodu aby připojení čítače nebo osciloskopu příliš neovlivňovalo kmitočet. Na emitorový odpor R4 je připojen konektor BNC výstupu pro čítač. Výstup je připojen přes ochranný odpor R5, který chrání T3 před náhodným zkratem vývodů se zemnicím vývodem nebo kostrou připojených měřidel.
Přepínačem S1 je možno paralelně k měřené cívce připojit jeden ze sady jedenácti kondenzátorů pro hrubé ladění rezonančního kmitočtu. V první poloze přepínače není zařazen žádný kondenzátor a oscilátor pak kmitá pouze s kapacitou tvořenou montážní kapacitou plošného spoje a kapacitou tranzistorů. Nevýhodou použitého zapojení je, že se uplatní paralelní spojení vnitřních kapacit všech tří použitých tranzistorů. Tato "základní" kapacita spojů a připojených součástek je přibližně 15 pF.
Obvyklé zapojení oscilátoru je doplněno o potenciometr P1, který slouží pro snížení vnitřního napětí oscilátoru tak, aby otevřené přechody tranzistorů co nejméně ovlivňovaly výsledný kmitočet. Při zkoušení cívky s dobrým činitelem jakosti Q je obvykle oscilátor "překmitaný" (viz obr.vlevo). Sínusový průběh je deformovaný a začíná se tvarem blížit obdélníku. Tím je zároveň také ovlivněn výstupní kmitočet. Správný kmitočet dostaneme zmenšením rozkmitu oscilací pomocí potenciometru P1. Otáčíme knoflíkem potenciometru a snižujeme rozkmit oscilací dokud nezačne být průběh kmitů sínusový (obr.vpravo).
Celé zapojení je napájeno napětím 1,5 V z jednoho článku malé tužkové baterie (AAA). Spotřeba Pomocného oscilátoru je menší než 2 mA, takže baterie vydrží velmi dlouho, hlavně pokud nezapomeneme po měření vypnout vypínač S2.
Pomocný oscilátor je postaven na jedné desce plošných spojů (DPS)velikosti 60 x 120 mm. Deska je jednostranně plátovaná a je na ní použita jedna drátová propojka. U DPS je nutné odříznout rohy aby se vešla mezi sloupky krabičky U-KP25 (nebo je možné v rozích vyvrtat díry, kterými by se deska na sloupky nasunula viz DPS). K připevnění DPS jsou použity malé výstupky na dně krabičky. Proto je třeba výstupky v krabičce provrtat 2mm vrtákem aby mohly být použity samořezné šroubky 2,2×6,5.
Všechny součástky vstupu a výstupů, přepínač, vypínač a potenciometr jsou umístěny na DPS, při stavbě nejsou potřeba žádné spojovací dráty. Potenciometr je umístěn tak, že stojí zadní plochou pouzdra na DPS a jeho vývody jsou ohnuty dolů a zapájeny do DPS. Po osazení všech součástek je potenciometr dodatečně upevněn k DPS dvěma kapkami tavného lepidla (viz obr.6).
Pro snadné připojení osciloskopu bez přehazování šňůry se sondou za šňůru s konektory BNC je Pomocný oscilátor vybaven vývody tvořenými malými fastony (vývod OCS, obr.4), které se dobře hodí pro zachycení standardní sondy osciloskopu.
Vstupní zdířky jsou k DPS připevněny pomocí kovových sloupků M4. Délka sloupků 15mm je zvolena tak, aby připojovací mezera svorek byla právě nad povrchem smontované krabičky. Měřené cívky se tak mohou připojovat buď pomocí šňůr s banánky nebo uchycením drátových vývodů pomocí šroubovací hlavy zdířek.
Pro uchycení baterie AAA je použit držák, který sestává ze dvou stejných plechových výlisků. Tento držák byl vyvinut v dobách, kdy ještě měly tužkové baterie papírový obal. Papírový obal tužkových baterií se dnes již nepoužívá, baterie mají obal kovový a ten, i když je pokryt barvou, způsobí po čase mezi rameny držáku zkrat. Proto se kovový plášť baterie musí před vložením do držáku nejméně na jednom konci obalit kouskem izolepy nebo jiným proužkem izolace!
Štítek přístroje byl navržen pomocí programu FrontDesigner a vytištěn na samolepící papír. Po přilepení byl papír proti ohmatání překryt čirou samolepící fólií.
Ke vstupním zdířkám připojíme měřenou cívku a k výstupnímu konektoru připojíme čítač. Vstupní zdířky ani cívka se zároveň nesmí spojovat s kostrou připojených měřidel, protože jsou na potenciálu +1,5 V a došlo by ke zkratu. Pokud máme digitální osciloskop, který prakticky vždy ukazuje kmitočet, stačí připojit jen ten. Zapneme vypínač Pomocného oscilátoru, nastavíme P1 na maximum a již můžeme odečíst kmitočet. Pokud cívka již nemá připojen paralelně svůj kondenzátor, můžeme přepínačem S1 zařadit vhodný kondenzátor takové kapacity, aby kmitočet byl blízko požadovanému rozsahu.
Přesnější hodnotu kmitočtu zjistíme po snížení rozkmitu oscilátoru pomocí regulačního potenciometru P1. Otáčíme knoflíkem potenciometru až je průběh co nejvíce sínusový. Dá se říci, že nejpřesnější je kmitočet těsně před bodem než oscilátor úplně vysadí. To lze využít pokud nemáte připojen osciloskop, ale jen čítač. Otáčíme potenciometrem až oscilace zaniknou a pak se vrátíme o kousek zpátky. Potom můžeme nejen zjistit kmitočet, ale ze zařazené kapacity můžeme zároveň vypočítat indukčnost cívky použitím Thomsonova vzorce:
Míra natočení poteciometru pro vysazení, respektive nasazení oscilací, je do určité míry ukazatelem ochoty cívky kmitat na nastaveném kmitočtu, neboli ukazatelem Q. Toto je sice velmi hrubé posouzení Q cívky, ale výsledky přesto mohou být zajímavé. Poloha zániku kmitů ovšem závisí i na napětí baterie. Oscilátor je schopen kmitat i při napětí baterie cca 0,7 V a tak je vhodné ji včas vyměnit aby nás nízké hodnoty nemátly. Napětí baterie je (při zapnutém vypínači) možno bez rozebírání krabičky změřit mezi levou zdířkou (L+) a dolním fastonem (kostra -).
Výstupní střídavé napětí oscilátoru dosahuje až 1,5 V a po obvyklém snížení potenciometrem P1 je vždy větší než 50 mV, což stačí prakticky pro většinu čítačů i osciloskopů.
Dva závity drátu připojené ke zdířkám dávaly s vnitřní kapacitou přístroje kmitočet 112 MHz. Tato "základní" vnitřní kapacita je připojena ke zdířkám Pomocného oscilátoru i když je přepínač S1 v první poloze, kde není připojen žádný z osazených kondenzátorů. Oscilátor je sice schopen kmitat vysoko nad 100 MHz, ale konstrukce přístroje není pro vysoké kmitočty přizpůsobena. Pro tak vysoké kmitočty se stává významnou součástí kmitavého obvodu vedení k přepínači, sloupky zdířek a další části zapojení. Konstrukce je určena hlavně pro kmitočty pásma krátkých vln. Pro kmitočty přes 100 MHz by bylo nutné podstatně zkrátit vedení v obvodu a není možné použít tento přepínač. Také by pak bylo třeba podstatně omezit konstrukční kapacity.
Základní konstrukční kapacita Pomocného oscilátoru je dána zejména kapacitou plošných spojů a připojených součástek, hlavně tranzistorů. Protože jsou přímo ke svorkám připojeny přechody tranzistorů, které navíc mají bez funkce jinou kapacitu než při oscilacích, nelze základní kapacitu jednoduše změřit. Můžeme ji ale vypočítat. Použijeme libovolnou cívku se kterou oscilátor dobře kmitá, nejlépe 5 až 7 závitů na feritové tyčce nebo lépe na feritovém toroidu. Vineme izolovaným drátem s velkými mezerami, aby byla vlastní kapacita vinutí co nejmenší. Když změříme kmitočet této cívky v první poloze přepínače S1 (tj. bez připojených kondenzátorů), je to frekvence, na které kmitá cívka pouze se základní (konstrukční) kapacitou přístroje. Nyní bez jiných změn přepneme (nejlépe o dvě polohy) na nějakou jinou polohu S1, která má připojen známý kondenzátor nebo takový připojíme ke zdířkám. Základní kapacitu Co vypočteme podle vzorce
Co = Cp / ( ( f×f / fp/ fp ) - 1 ) Cp přidaný kond., f kmitočet bez Cp, fp je kmitočet s připojeným Cp
Když zadáte Cp v pF, tak vyjde Co také v pF. Frekvence se mohou zadat v libovolných jednotkách (MHz, kHz), jen obě ve stejných.
Na prvním kusu Pomocného oscilátoru byla zjištěna kapacita Co 17 pF. Od této hodnoty je odečtena odhadovaná kapacita měřicí cívky 2 pF. Podle takto získané hodnoty kapacity byla napsána stupnice pro přepínač S1. Hodnota základní kapacity byla pak připočtena jen ke kondenzátorům s kapacitou do 1000 pF. Počítat vyší hodnoty nemá smysl vzhledem k toleranci běžně dostupných kondenzátorů a také k dosažitelné přesnosti měření s tímto Pomocným oscilátorem. Kmitočet zejména u vyšších frekvencí ovlivňuje poloha věcí v okolí cívky a také pohyb rukou u oscilátoru. Na to je třeba brát ohled.
Stejným postupem, jak je výše popsáno, můžeme také určit kapacitu paralelního kondenzátoru vestavěného v krytu cívky, který nemůžeme nebo nechceme pro měření indukčnosti samotné cívky rozebírat.
Pomocný oscilátor je jednoduchý přístroj pro orientační měření a zkoušení parametrů cívek. Slouží k rychlému posouzení použitelnosti cívek v rozsahu od velmi nízkých frekvencí až po VKV. Z naměřeného kmitočtu a nastavené kapacity je možno vypočítat indukčnost zkoušené cívky. Oscilátorem je možné měřit a naladit i cívky velkých rozměrů (např. rámovou anténu), které jinými přístroji nelze měřit kvůli velkému rušení, které taková cívka obvykle přijímá.
Nedostupný ladicí kondenzátor je v Pomocném oscilátoru nahrazen přepínačem se sadou jedenácti pevných kondenzátorůt. Toto řešení má zároveň tu výhodu, že pokrývá mnohem větší rozsah kapacit. Na rezonanční kmitočty, které spadají mezi jednotlivé kapacity přepínače, se lze obvykle doladit jádrem cívky nebo roztahováním a stlačováním závitů. Další kondenzátory lze ostatně snadno připojit ke zdířkám Pomocného oscilátoru.
S vhodnou cívkou je také možno oscilátor použít i jako pomocný zdroj signálu.
Konstrukce byla uveřejněna v časopisu Praktická Elektronika 6/12
Plošný spoj je možno objednat u fy Kohout
| © Jaroslav Skalník - 1.2.2007 |
|
