В общих чертах в начале брошюры нами уже указывалось, каким требованиям должен удовлетворять конденсатор в ламповой схеме, сейчас мы остановимся на этом более подробно.
Прежде всего всякий конденсатор переменной емкости должен обладать наименьшими потерями, поэтому в ламповых схемах и принято пользоваться конденсаторами переменной емкости с воздушным диэлектриком. Помимо потерь в диэлектрике, которые практически в воздушном конденсаторе исключены, в таком конденсаторе могут возникнуть потери вследствие несовершенной конструкции его. Эти потери являются результатом неправильно выбранного изоляционного материала, на котором смонтирован конденсатор.
Обычно применяемые в радиолюбительской практике воздушные конденсаторы переменной емкости представляют собой систему неподвижных металлических пластин, выполняемых в виде треугольников или полукругов, укрепляемых на трех стержнях, и подвижных полукруглых пластин, насаженных на вращающуюся ось. При максимальной емкости конденсатора подвижные пластины находятся непосредственно под неподвижными, при минимальной емкости конденсатора, — подвижные пластины поворотом вокруг своей оси выводятся из под неподвижных.
Благодаря такой форме пластин, конденсатор обладает некоторой, иногда довольно значительной, начальной емкостью, т.-е. при выведенных подвижных пластинах емкость конденсатора не равна нулю. Такие конденсаторы могут применяться в простых ламповых схемах, так как начальная емкость здесь не играет большой роли и не мешает настройке контура.
Конденсаторы такого типа, изготовляемые на заводах из штампованных алюминиевых пластин, собираются на шайбах, что значительно удорожает их стоимость, делая эти конденсаторы недоступными для многих любителей. Что касается всевозможных описываемых конструкций любительских конденсаторов с воздушным диэлектриком, то при указаниях, как их изготовлять, обычно опускается чрезвычайно важный вопрос о центрировке пластин. Благодаря этому при самодельном изготовлении воздушных конденсаторов, последние редко удаются.
Здесь мы познакомим читателя с простым способом изготовления воздушных конденсаторов переменной емкости, в котором обращено большее внимание на правильную центрировку пластин.
Изготовление пластин. Рассматриваемый нами конденсатор изготовляется из листа латуни толщиною примерно 0,3 при чем для удобства и экономии этот лист делится на квадраты. Далее из такого квадрата вырезаются 2 пластины формы, указанной на рис. 12.
Число пластин конденсатора и размеры их могут быть взяты любыми. — в зависимости от того, какой емкости требуется построить конденсатор. Так как чаще всего на практике приходится пользоваться емкостью конденсатора не превышающей 500 см. здесь мы указываем, что для изготовления такого конденсатора надо взять всего 19 пластин (подвижных и неподвижных); размер стороны квадрата 102 мм. при радиусе ее подвижной пластины 50 мм.
Центрировка и укрепление неподвижных пластин. Для центрировки подвижных пластин конденсатора применяется следующая конструкция. Из фанеры выпиливают две рамки, одна прямоугольная, другая в виде буквы «п». В углах рамок, как показано на рис. 13, укрепляются на лапках, по возможности симметрично, три детали «а» из жести, а п-образная рамка с помощью скобочек из латуни или жести, продергиваемых сквозь вырезы в сторонах рамок, укрепляется перпендикулярно рамке. Затем из латуни вырезают две детали, обозначенные на рис. 13 буквами «б» и «в»; деталь «б» имеет отверстие только с одной стороны, второй загиб у этой детали служит подпятником для оси. Эти детали укрепляются на лапках на прямоугольной рамке, как это показано на рис. 13. Теперь на ось, которая будет служить осью конденсатора, временно укрепляется путем, загиба, фигура «г». Ось с фиг. «г», служащей для разметки, пропускается сквозь отверстия деталей «6» и «в». Фигура «г» укрепляется на оси таким образом, чтобы при вращении ее она касалась бы деталей «а», которые задерживают ее. В точках соприкосновения ребра фигуры «г» с деталями «а», делаются аккуратно вырезы, позволяющие лишь повернуть эту фигуру на 180°; такой же вырез делается и на детали «а», укрепленной на п-образной рамке.
Таким образом конец фигуры «г». вращаясь теперь на 360° вокруг своей оси, описывает окружность, строго перпендикулярную оси. Окружность эта проходит через три точки, находящиеся на деталях «а».
После того, как теперь таким образом определены три точки, через которые проходит плоскость перпендикулярная оси, фигура «г» снимается с оси, и вместо нее на ось насаживают подвижные пластины конденсатора.
Первая из подвижных пластин располагается на вырезах деталей «а», другие же пластины на ней, при чем между пластинами помещаются картонные прокладки толщиною 2–3 мм. Далее центрированные таким образом пластины припаиваются к оси, для чего в места спая кладутся кусочки олова, нагреваемые струей пламени спиртовой или газовой горелки. После этого картонные прокладки и ось с пластинами вынимаются из деревянной конструкции.
Укрепление оси в неподвижных пластин. В центре фанерных оснований и крышки конденсатора, изображенных на рис. 14, укрепляются гнезда из штепсельной розетки, на которые и надеваются гайки, как показано на рис. 15. После этого сквозь гнезда пропускается ось конденсатора с подвижными пластинами, а сквозь отверстия основания и крышки конденсатора пропускаются латунные полоски (рис. 14), к которым и припаиваются неподвижные пластины конденсатора.
Для этой цели неподвижные пластины накладываются на подвижные, а между ними помещаются картонные прокладки. Как и при укреплении подвижных пластин, здесь в местах спая кладутся кусочки олова, нагреваемые струей пламени. Когда неподвижные пластины таким образом припаяны, картонные прокладки удаляются, и конденсатор готов. Штепсельные гнезда привинчиваются так, чтобы они плотно касались верхней и нижней неподвижных пластин.
В том случае, когда ось конденсатора вращается в штепсельных гнездах с недостаточным трением, в последние вставляют свернутые из латуни трубочки такой толщины, чтобы ось плотно сидела в гнездах.
Понятно, что при приключении конденсатора к схеме один из контактов присоединяется к оси его, а другой — к одной из полосок, на которых укреплены неподвижные пластины.
Конденсаторы описанного типа обладают рядом недостатков, к которым прежде всего следует отнести помимо начальной емкости, о которой уже говорилось, невозможность точной настройки схемы. Объясняется это тем, что изменение емкости такого конденсатора с полукруглыми пластинами пропорционально углу поворота. Это значит, что, если при повороте ручки конденсатора на 10° емкость конденсатора, скажем, равна 30 см., то при повороте на 20°, емкость конденсатора будет равна 60 см. Если мы изобразим зависимость между поворотом' ручки конденсатора и емкостью конденсатора, соответствующей этому повороту, то эта зависимость выразится почти прямой линией[1].
Такое изменение емкости конденсатора неудобно при настройке приемника, так как длина волны изменяется не прямо пропорционально изменению емкости, а по более сложному закону[2]. Такая зависимость называется квадратичной. Если мы построим конденсатор с соответственным образом рассчитанной формой пластин, то мы можем получить пропорциональное изменение длины волны в зависимости от угла поворота ручки конденсатора. Этот конденсатор получил название квадратичного или прямоволнового.
Изготовление прямоволнового конденсатора. Прямоволновой конденсатор отличается от конденсатора с полукруглыми пластинами прежде всего формой подвижных пластин, а также расположением этих пластин по отношению к неподвижным. Так как расчет формы подвижных пластин может затруднить неподготовленного читателя, то нами на рис. 16 приводится чертеж — выкройка пластин конденсатора в натуральную величину.
При постройке прямоволнового конденсатора следует изготовить 8 подвижных пластин формы, указанной на рис. 16. Неподвижных пластин изготовляют 9 штук; форма этих пластин треугольная.
Материалом для пластин конденсатора может служить алюминий, латунь, листовой цинк или жесть; толщина пластин конденсатора 0,3–0,5 мм.
Емкость конденсатора минимальная, когда подвижные пластины выведены наружу, а максимальная емкость, когда подвижные пластины находятся под неподвижными. Из рисунка 16 видно, что ось конденсатора находится не по середине, как это было в описанной ранее конструкции, а расположена несколько сбоку. На чертеже-выкройке место, где должна быть ось, показано кружком.
Конденсатор монтируется на двух основаниях, приготовляемых из эбонита или карболита.
Сборка неподвижных пластин прямоволнового конденсатора производится таким же способом, как и сборка пластин конденсатора обычного типа. В трех углах пластин, а также в обоих основаниях конденсатора просверливаются отверстия, сквозь которые пропускаются 3 латунных стержня толщиной 3–4 мм. Эти стержни имеют у концов нарезку для помещения на них гаек, стягивающих неподвижную систему пластин. При сборке конденсатора между пластинами на стержнях помещаются шайбы-прокладки. Эти прокладки изготовляются из спирали навитой из медной проволоки толщиною в 2,5 мм. на какой-либо металлический стержень диаметром 3 мм. Для того, чтобы намотать эту спираль, надо стержень и конец проволоки зажать в тиски и наматывать спираль плотно виток к витку. Далее спираль снимается со стержня, зажимается в тиски и распиливается вдоль под углом в 45°. Полученные таким образом кольца-шайбы расправляются сначала в тисках, а затем на твердой доске деревянным молотком.
Подвижные пластины собираются с такими же прокладками из медной проволоки на оси, в качестве которой служит стержень толщиной 4 мм. Ось имеет винтовую нарезку с обоих концов. Собранные подвижные пластины стягиваются двумя гайками, а на основаниях помещаются втулки, в которых ходит ось. В качестве втулок можно воспользоваться штепсельными гнездами, которые ввинчиваются в основания конденсатора и укрепляются имеющимися на них гайками с обеих сторон основания. Гнезда должны быть подобраны так, чтобы ось ходила бы в них плотно с некоторым трением, без игры.
Подвинчиванием гнезд можно отрегулировать правильное положение системы подвижных пластин среди неподвижных. Прямоволновый конденсатор описанной нами конструкции показан на рис. 17.
Черт. 17, 19, 20 и 21.
Прямочастотный конденсатор. В конденсаторе этого типа получается пропорциональная зависимость между углом поворота его ручки и частотой.
Следует заметить, что в радиотехнике понятие «длина волны» заменяет понятием «частота»[3], при чем ввиду того, что особенно при коротких волнах, получаются слишком большие числовые значения, для частоты считают тысячу периодов за 1 килоцикл. Для примера укажем, что для того, чтобы выразить длину волны радиотелефонной станции им. Коминтерна в килоциклах, надо 300.000 разделить на 1450, что составит 20,68 килоциклов.
Прямочастотный конденсатор, обладая минимальной начальной емкостью, применяется главным образом в чувствительных схемах, где требуется плавная настройка. Если прямочастотный конденсатор обладает минимальными потерями и рассчитан на небольшую емкость, то такой конденсатор является наиболее подходящим для приема коротких волн.
Ниже мы приводим общие указания для изготовления прямочастотного конденсатора.
Изготовление прямочастотного конденсатора. Пластины этого конденсатора имеют еще более сложную форму, чем пластины прямоволнового конденсатора, почему расчета формы этих пластин мы тоже не даем, а приводим лишь выкройки этих пластин в натуральную величину. На рис. 18 изображены подвижная и неподвижная пластины прямочастотного конденсатора. Подвижная пластина на этом рисунке показана выведенной, а пунктиром изображено треугольное основание конденсатора, изготовляемое тоже из алюминия и имеющее форму рамки; таких оснований делается два.
Черт. 18.
Неподвижные пластины собираются на трех стержнях; места где проходят эти стержни, показаны на рис. 18 черными кружочками.
Подвижные пластины собираются на оси с нарезкой на концах ее. Ось эта укрепляется на основаниях конденсатора в штепсельных гнездах точно так же, как и в прямоволновом конденсаторе. Место, где проходит ось, показано на рис. 19 кружком с большим диаметром. Подвижные пластины имеют выступы с отверстиями, сквозь которые при сборке пропускаются латунные стержни, так же, как и при сборке неподвижных пластин конденсатора. Подвижные и неподвижные пластины собираются на проволочных шайбах, об изготовлении которых говорилось выше. Для того, чтобы при вращении подвижных пластин не было бы замыканий между подвижными и неподвижными пластинами при крайних положениях вращающейся системы пластин, следует там, где эти соприкосновения возможны, вместо проволочных шайб взять фибровые, несколько большего диаметра, но той же толщины. Эти фибровые шайбы показаны на рис. 19, где изображен готовый конденсатор.
Вертикальные стержни, на которых укреплены неподвижные пластины, изолированы от металлических оснований конденсатора фибровыми шайбами таким образом, как это показано на рис. 19. Для этой цели отверстия в металлических рамах (основаниях) конденсатора должны быть сделаны несколько большего диаметра. Для большей уверенности в том, что изоляция неподвижных пластин от оснований достаточно надежна, следует концы стержней в тех местах, где они могут соприкоснуться с металлическими основаниями, обернуть двумя-тремя слоями узкой полоски бумаги, смоченной шеллаком.
Следует заметить, что для правильной установки вращающейся системы пластин среди неподвижных, необходимо поместить пружинящую шайбу, которая даст возможность правильно установить вращающуюся систему пластин. Шайба эта показана в развернутом виде на рис. 19 и делается из латуни толщиною 0,3 мм., помещается она между гнездом ввернутым в верхнее основание (рамки) конденсатора и верхней гайкой, стягивающей вращающую систему пластин (см. рис. 19).
Выводами конденсатора для приключения к схеме служит одно из оснований (подвижные пластины) его и конец любого из стержней, на которых собрана система неподвижных пластин. Для монтажа конденсатора на панели в рамке (основании) просверливаются отверстия для пропуска укрепляющих винтов.
Емкость конденсатора описанной конструкции при 15 подвижных и 16 неподвижных пластинах будет порядка 500 см.
Нейтродинные конденсаторы. В широко распространенных за последнее время, так называемых, нейтродинных схемах применяются конденсаторы с очень малой емкостью. Ниже мы рассмотрим две простых конструкции таких конденсаторов.
На рис. 20 изображен нейтродинный конденсатор, состоящий из двух металлических дисков с диаметром в 40 мм. Один диск делается неподвижным и укрепляется к панели приемника с помощью двух проволочных лапок, припаянных к диску. Другой диск делается подвижным; в центре этого диска припаивается стержень с мелкой винтовой нарезкой, который и ввинчивается в гайку врезанную в панель. Конец стержня имеет ручку, подвинчиванием которой перемещают подвижной диск относительно неподвижного, меняя расстояние между пластинами конденсатора, а тем самым и его емкость.
Приключение конденсатора к схеме осуществляется при помощи контакта припаянного к неподвижной гайке в панели, и непосредственным соединением с одной из проволочных лапок неподвижной пластины. Расстояние между панелью и неподвижной пластиной берется в 40 мм., длина стержня от ручки до пластины 38 мм.
Нейтродинный конденсатор другой конструкции может быть выполнен следующим образом. Неподвижная пластина конденсатора делается полукруглой и укрепляется на панели 3-мя лапками, как это видно из рис. 21. Подвижная пластина припаяна в латунной оси, последняя с некоторым трением вращается в штепсельном гнезде, ввернутом в панель приемника.