VAZBA S ANTÉNOU

kondensátorem v ladicím obvodu

(Převzato z časopisu Elektronik 3/1949)

Obsah dokumentu

Odvození vztahů, popisujících obvod
Vlastnosti vazby kondensátorem
Zavedení kladné zpětné vazby do ant. kondensátoru
Prameny
 

Odvození vztahů, popisujících obvod

Anténní vazbu kondensátorem v ladicím obvodu (viz schéma 1a) nalézáme poměrně velmi zřídka v schématech evropských kontinentálních přijímačů. Názory na tento vazební způsob a na výpočet a volbu C2 se v různých pramenech dosti liší.
Schema anténní vazby kondenzátorem v laděném obvodu a náhradní schéma.
Provedli jsme proto rozbor, abychom mohli posoudit její vhodnost či nevhodnost. Obvod 1a překresleme do náhradního schématu 1b, ve kterém Z1 značí impedanci antény (budeme se jí zabývat později), A generátor stálého napětí (bez vnitřního odporu), dodávající rovnocenné napětí antény e1, a R ztrátový odpor cívky, zastupující ztráty obvodu.
Dále označíme:
Z2 = 1 / (j ω C2)    (1)
Z4 = 1 / (j ω C4)    (2)
Z3 = R + j ω L     (3)

Tento obvod je možné řešit buď elementárním postupem s využitím Kirchoffových vztahů, nebo podle rovnic pro obecný čtyřpól [1]. Výpočet však znamenitě zkrátí a zjednoduší využití Théveninovy poučky (viz na př. Fysikální základy radiotechniky, odstavec I, 21). Podle ní lze nahradit obvod 1b rovnomocnou obměnou, kde C2 (nebo Z2) z původního postavení přejde paralelně k Z1, a e1 se zmenší na

e1' = e1 . Z2 / (Z1 + Z2)    (4)Schéma umělé antény
 

Abychom řešení dále zjednodušili, uvažme podle náhradního schématu na obrázku 2, že běžná anténa působí pro kmitočty od jisté meze dolů jako kapacita C1 = 200 pF, neboť indukčnost 20 mikrohenry působí pak jako praktický zkrat pro paralelní obvod. Naopak pro větší kmitočty lze anténu nahradit odporem 400 ohmů. Pro usnadnění předpokládejme, že přechodová oblast spadá do mezery mezi krátké a střední vlny, takže ve svém zjednodušení pokládáme impedanci antény na dlouhých a středních vlnách za čistě kapacitní, C1, při krátkých za čistě ohmickou, R1. Pak je pro dlouhé a střední vlny

Z1 = 1/(j ω C1)    (5a)

a pro vlny krátké

Z1=R1    (5b)

Za těchto předpokladů a pro rozsah dlouhých a středních vln můžeme psát pro napětí e2 na resonančním obvodu vztah

e2 ≈ e1 . C1 . Q / (C1 + C2)    (6a)

K tomuto přibližnému výsledku jsme dospěli takto: Zlomek vyjadřuje zmenšení napětí generátoru ve smyslu požadavku Théveninovy poučky, přitom jsme do (4) dosadlli za Z ze vzorců (1), (2), (3) a (5a). Napětí e1’ vzroste na Q-násobek na sériovém resonančním obvodu Z3, Z4. Přibližnost je v tom, že C1 + C2 je sériovou součástí kapacity resonančního obvodu, a toho ve vzorci (6a) nedbáme, neboť je mnohokrát větší než C4, což bude doloženo dále, a vliv na výslednou kapacitu je malý. Podobně smíme zanedbat ve jmenovateli C1 proti veliké C2, a nazveme-li výraz e2/e1 nakmitáním anténového obvodu m, dojdeme k výsledku

m = e2 / e1 ≈ Q . C1/C2    (6b)

Pro kmitočty větší, prakticky pro rozsah krátkých vln rozhlasových, chová se anténa jako ohmický odpor R1 = 400 ohmů. Podobným postupem jako prve najdeme

e2 = e1 . Q . ( 1 /(j ω C2)) / (1/(j ω C2) + R1)    (7a)

Opět zjednodušíme zanedbáním členu s C2 ve jmenovateli a další prostou úpravou:

m = e2/e1 ≈ Q/(ω C2 R1)

Protože jde jen o poměr absolutních velikostí a nikoli současně o poměry fázové, bylo ve výsledných vztazích (6) a (7) vynecháno j.

Vlastnosti vazby kondensátorem

Graf závislosti jakosti cívky na kmitočtu Podívejme se na první případ. Protože (6b) neobsahuje členy, které se mění s kmitočtem, je vazba nezávislá na kmitočtu v té míře, jako činitel jakosti Q. Ten bývá stálý u cívek vzduchových s přesností asi ±10 % v rozsahu středních a dlouhých vln. V tomto případě je tedy vazba neproměnná v celém ladicím rozsahu. Jinak je to v případě malých železových cívek (na př. Palafer 6362-4), zde se mění Q v poměru asi 1 : 1,6 (viz obraz 3, pro typické provedení: šířka vinutí 4 mm, vf. kablík 10x0,07), v témž poměru bude také kolísat vazba. Výsledky měření pisatelových i jiných, uveřejněných v tomto listě [3] a [4], potvrzují platnost vzorce (6), i když v případě [3] byla použitá impedance náhradní antény volena hodně odlišně od našeho případu.
Z toho vyplývá závažný poznatek. V rozsahu středních a dlouhých vln vazba sériovým kondensátorem nezávisí na kmitočtu a je stálá jako málokterá jiná. Změny činitele Q dají se snadno vyrovnat zavedením malé vazby indukční (viz obraz 4), která (viz [3]) rychle stoupá k vyšším kmitočtům.
Schéma kombinované vazby kondenzátorem a malou anténní cívkou.Aby indukčnost a případné resonance nepříznivě neovlivnily vazbu, je třeba vázat L5 pokud možno těsně s L3. Osvědčilo se pro C2 asi 10 nF přivinout na ladicí cívku středních vln na otevřeném jádře (6362-4) asi 8-12 závitů (těsně na „studený“ konec), pro uzavřená jádra vojenská asi 4 až 6 závitů. Vzájemný smysl vinutí vyplývá jak ze schématu 4 a 5, tak z práce [3].

Podívejme se nyní, jak vazba vyhovuje dalším požadavkům. V literatuře se uvádí [5] a [6], že pro rozsah 500-1500 kc/s je optimální hodnota m = 3. Dosazením do (6) za Q = 125 (viz obraz 3) při 500 kc/s dostaneme C2 ≈ 8 nF (vyhovuje i 10 nF). Je tedy C2 16 až 20krát větší než max. kapacita běžného ladicího kondensátoru C4 = 500 pF. Zmenšuje tedy konečnou kapacitu C4 asi o 5 - 6 %. Omezuje rozsah o 2,5 - 3 %, čili na středních vlnách o 12,5 až 15 kc (na dlouhovlnném konci 500 kc/s), což se dá lehce vyrovnat zmenšením počáteční kapacity obvodu. Obtížnější je dosáhnout vhodné vazby na dlouhých vlnách, kde Q se pohybuje kolem 50. Protože nový dlouhovlnný rozsah je poměrně úzký (155 až 281 kc/s) , dá se rovnoměrně a dostatečně těsné vazby dosáhnout také zvětšením počtu závitů L5, takže C2 může být stejný pro oba rozsahy.
Vliv antény na přijímač je velmi malý. Uvažujme krajní případy kapacit antény 20 pF (kus drátu) a 500 pF (velmi dlouhá nebo stíněná anténa), které podle lb jsou paralelně připojeny k C2. Protože při C4 = 500 pF (nejnepříznivější případ) tvoří C2 = 10 nF jen 5 % kapacity ladicího obvodu, způsobí změna 480 pF paralelně k C2 změnu ladicí kapacity obvodu o 0,25 %, čili změnu kmitočtu o 0,125 %, což představuje na 500 kc/s rozladění pouze 300 c/s, tedy zcela zanedbatelné. Můžeme proto řídit (podle vzorce 6) anténní vazbu a tím i citlivost a selektivitu u jednoduchých přijímačů s jedním nebo dvěma obvody sériovým kondensátorem, aniž obvod rozladíme (viz obraz 4 a 5).

Zavední kladné zpětné vazby do ant. kondensátoru

Zapojení obvodu s anténní vazbou i zpětnou vazbou kondenzátorem.Totéž, Co platí o anténní vazbě, platí i pro zavedení zpětné vazby. Počet závitů L6 je asi o 20 % větší než L5, abychom mohli malým vzdálením L6 od L3 nastavit vazbu tak, že nasazuje v celém rozsahu přesně na stejném místě a nerozlaďuje obvod. Zapojení je na obraze 5.
Další výhodou vazby je, jak bylo zdůrazněno v [3], že je možno na takto vytvořený anténní obvod připojit dlouhé stíněné antény, aniž se uplatní vliv kapacity stínění. Ta leží totiž paralelně k C2, a tvoří tak část vazebního obvodu, zmenšení vazby zvětšením C2 i při velikých kapacitách stínění (1000 pF) je pouze 10 % (pří C2 = 10 nF) a dá se vyvážit zmenšením C2 o příslušnou hodnotu.
Bohužel vše, co bylo o tomto způsobu vazby řečeno, platí jen pro kmitočty do 1,6 Mc/s. Pro krátké vlny, kdy je impedance antény čistě odporová, klesá vazba podle [7] lineárně s kmitočtem, při běžném ladicím kondensátoru tedy v poměru asi 1 : 3. Zde se tedy její výhody neuplatní a je lépe použít jiného způsobu.
Nakonec upozornění. V zapojení 1a je mřížka spojena galvanicky s anténou a nemá svod na kathodu. Musíme proto přemostit C2 odporem 10 kiloohmů (obraz 4). Protože však na mřížku se může přenést i bručivé napětí až několik voltů, které do antény indukuje silnoproudá instalace a tím vzniká bručení, je vhodné přemostit C2 raději tlumivkou. Na indukčnosti a jakosti příliš nezáleží, postačí každá cívka. o indukčnosti 1-5 mH, jak je bezpodmínečně zapotřebí pro dvoulampovku (viz obraz 5). Tím je bručení spolehlivě vyloučeno.
O. Horna

Prameny

  1. Prof. Ing. Dr h. c. Ad. Šubrt: Základy theorie slaboproudé elektrotechniky, Technická matice, Praha
  2. 1947.
  3. Terman: Radio Engineers' Handbook, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, N. Y. 1943, str. 974.
  4. Studie vazby s anténou,  RA 48, č. 6, str. 163.
  5. Orientační měření činitele jakosti, E-RA 48, č. 10, str. 240.
  6. Philips: Daten und Schaltungen der modernen Empfanger und Kraftverstarkerrohren, Band II, Eidhoven 1942.
  7. H. Goldgerg: Some Notes on Noise Figures, Proc. I. R. E. 1948, No 10 (Oct.), str. 1209, a některé reference tam uvedené.
Zpět na obsah Jeníčkových radiotechnických stránek
Zpět na domovskou stránku Petra Jeníčka

 

Článek nascannoval a do html formátu upravil Petr Jeníček. Schemata byla překreslena, do textu doplněny nadpisy a provedeny drobné jazykové úpravy. Tato stránka byla naposledy aktualizována 8.12.2009.