Teknikk. 2 [2] [PDF]

Zitiervorschau

TEKNIKK BIND n

Utsnitt av kontrollrommet for en automatisert bedrift.

TEKNIKK Redaktør:

Klaus Torgård sivilingeniør,

rektor ved Oslo Yrkesskole

I

Bind II BAMBLE BIBLIOTEK

KASSERT

Faj\t

A S

OSLO 1972

Copyright 1972 Faktum Forlag A/S

Arne Skuseth Oslo 2. opplag i 3 bind 1. opplag (2 bind) 195811959 ved

Studieforlaget A/S, Olav L. Aasberg

Printed in Nonvay - Harald Lyche & Co. A.s, Drammen

MEDARBEIDERE I BIND II Redaktør: Klaus Torgård, sivilingeniør, rektor ved

Oslo Yrkesskole

Finn Lied, sivilingeniør, direktør ved Forsvarets Forsknings­ institutt Harald Schiøtz, sivilingeniør, forsker ved Forsvarets Forsknings­ institutt

Frank L. Holm, sjef for Radio- og TV-avd. ved Oslo Yrkesskole Karl Walderhaug, sivilingeniør, rektor ved Møre og Romsdal Tekniske Skole John Ingils 11 ood, sivilingeniør, Institutt for Atomenergi

J. M. Døderlein, sivilingeniør, projektleder ved Institutt for Atomenergi, Halden Reaktor Project Peter Hidas, sjefskonsulent, Data Logic A/S

Harald Dalen, sivilingeniør, rektor ved Bergen Tekniske Skole

BIND I INNEHOLDER: MATEMATIKK

REGNESTAV TEKNISK TEGNING

MEKANISK TEKNOLOGI I Materiallære

II Forming og støping III Formgivningsprosessene

IV Sveising V Verktøymaskiner

MEKANIKK

MASKINDELER SKIPSNAVIGASJON OG METEOROLOGI

LUFTNAVIGASJON OLJEPRODUKSJON MATEMATISKE OG TEKNISKE TABELLER

FAGUTTRYKK OG FREMMEDORD

BIND III INNEHOLDER:

KRAFTMASKINER

BILLÆRE MOTORSYKKEL, SCOOTER OG MOPED TRAKTORER OG LANDBRUKSMASKINER

DIESELMOTORER FOR SKIP DAMPTURBINER

TEKNISK VARMELÆRE KULDETEKNIKK AERODYNAMIKK OG FLYETS TEKNIKK

RAKETTER OG ROMFART

FORORD TIL 2. OPPLAG I dette bokverket har vi forsokt å gruppere beslektet stoff. Hvert bind skulle derfor mest mulig representere en enhet. Dette bind inneholder først og fremst elektroteknisk stoff, eller områder av teknikken med sterk tilknytning til elektronikk. Men det kan ikke trekkes faste skillelinjer mellom forskjellige tekniske områder. Eksempelvis griper elektronikken mer eller mindre inn i de fleste tekniske områdene. Derfor er det så viktig for forståelsen av tekniske innretninger og prosesser at en har godt kjennskap til den grunnleggende elektronikk. I dette bind har vi forenklet og kortet av noe på sterkstromsteknikken fra første opplag. Derimot har vi som nytt stoff tatt med områder av teknikken som i stor utstrekning benytter seg av elektroteknikk," som f.eks. o datamaskinero og automatiseringsprosesser.

Oslo, i august 1972.

Klaus Torgdrd

INNHOLD ELEKTRONIKK

Finn Lied og Harald Schiøtz

11

RADIO OG TV-SERVICE

Frank L. Holm............................

119

STERKSTRØMSTEKNIKK

Karl Walderhaug .....................

181

ATOMKRAFT I

John Ingils Wood

ATOMKRAFT II

J. M. Døderlein

DATAMASKINER

Peter Hidas ................................... 509

RASJONALISERING OG AUTOMATISERING

..................... 393

.......................... 453

Harald Dalen ..............................

Se for øvrig detaljert innholdsfortegnelse foran hver artikkel.

529

Finn Lied og Harald Schiøtz

ELEKTRONIKK (radio, radar, asdic og automasjon)

HVORDAN DET BEGYNTE ........................

13

GRUNNBEGREPER ......................................... Elektromagnetisk stråling................................. Modulasjon .............................................................. Radiotransmisjon ..................................................... Ekkolodd..................................................................... Radar............................................................................. Fjernsyn..................................................................... Servo- og kontrollteknikk.................................... Symboler ...................................................................

15 16 18 20 21 22 24 25 27

KRETSTEKNIKK .............................................. Serieresonans ............................................................ Koplede kretser....................................................... Resonanslinjer.........................................................

27 27 30 31

ELEKTRONRØR ................................................ Dioder.......................................................................... Trioder.......................................................................... Flergitterrør.............................................................. Katodestråleroret.....................................................

31 32 33 34 34

HALVLEDERELEMENTER.......................... Litt halvlederfysikk................................................ p-n-overganger ....................................................... Transistorer .............................................................. Felteffekt-transistorer ......................................... Spesielle halvlederkomponenter........................ Planar-transistorer.................................................. Integrerte kretser.....................................................

36 36 37 39 41 42 42 43

FORSTERKERE.................................................. Spenningsforsterkere for lav frekvens.......... Effektforsterkere for lav frekvens ................. Spenningsforsterkere for høy frekvens .... Effektforsterkere for høy frekvens.................

44 44 47 49 51

OSCILLATORER

................................................

52

MODULASJON OG DEMODULASJON .. Amplitude-modulasjon (A-M) .......................... Frekvensmodulasjon (FM)................................. Sammenligning mellom AM og FM.................

55 55 56 57

ANTENNER............................................................ Senderantenne......................................................... Mottakerantenne..................................................... Spesielle antenner for meget korte bølger ... Peileantenner............................................................

58 58 58 59 60

BØLGEFORPLANTNING............................... Jordbølgeforplantning ......................................... lonosfæreforskning ................................................

61 61 62

Spredningsforplantning ...................................... Oppsummering ....................................................... Fading .......................................................................

64 64 64

KOMPONENTER.................................................. Motstander................................................................ Kondensatorer......................................................... Spoler............................................................................ Transformatorer .................................................... Rør ............................................................................... Dioder og transistorer........................................... Integrerte kretser.................................................... Teknologi og utforming ......................................

65 66 67 69 70 72 73 75 76

RADIOSENDERE ............................................. 160 MHz FM-sender............................................. Storsenderen på Kløfta ......................................

81 82 82

RADIOMOTTAKERE ...................................... Superheterodynmottaker ....................................

84 85

LYDGJENGIVELSE ......................................... Stereofonetiske lydsystemer .............................

87 89

MOBILE KOMMUNIKASJONSANLEGG.

90

FJERNSYN ............................................................ Avsøking av bildet ................................................ Fjernsynsmottakere................................................ Synkronisering ....................................................... Fargefjernsyn .........................................................

93 93 94 96 97

.........................................................

99

RADAR ................................. Sendersystemet ....................................................... Antennesystemet .................................................. Duplekseren.............................................................. Radax-mottakeren ................................................ Presentasjon ............................................................ Landingssystemer for fly....................................

101 102 103 104 104 104 105

SERVO- OG KONTROLLTEKNIKK .... Måleelementer......................................................... Servomotor .............................................................. Elektronisk forsterker ........................................

106 109 109 110

ELEKTRONISKE INSTRUMENTER ... Signalgeneratorer .................................................. Lavfrekvensgeneratorer...................................... Aktive voltmetre .................................................. Frekvenstellere ....................................................... Oscilloskop................................................................ Hva er desibel.........................................................

112 112 113 113 114 115 116

EKKOLODD

HVORDAN DET BEGYNTE Elektronikken er — hvis vi ser teoretisk på det — den del av vitenskapen og ingeniør­ kunsten som er knyttet til bevegelsen av elek­ trisitet gjennom faste stoffer, gasser og i vakuum. Denne definisjon omfatter strømmen av elektro­ ner i vakuumrør og også strømmen av elektroner og ladede atomer og molekyler i elektronror som inneholder gass av lavt trykk. Videre kommer be­ vegelse av ladningsbærere i krystaller inn under denne definisjon, det vil bl.a. si tørre likerettere og halvlederelementer. I tillegg er det også blitt alminnelig å inkludere i begrepet elektronikk den kretsteknikk og den apparatur som nyttes i forbindelse med elektronror og halvleder­ elementer av forskjellig type, eller som er realisert ved hjelp av disse. I denne videre betydning in­ kluderer elektronikken nesten alle elektriske fenomener, slik at det rent praktisk nesten er enklere å si hva den ikke omfatter enn hva den omfatter. Kanskje kunne vi si at elektronikken omfatter alle elektriske fagområder unntatt sterkstrømsteknikk, linjetelegrafi og linjetelefoni. Elektronikk har som begrep sin opprinnelse i visse oppdagelser og oppfinnelser i slutten av forrige og begynnelsen av dette århundre. Vi burde først nevne J. C. MaxwelFs teoretiske oppdageise i 1865 at alle forandringer i elektriske og magnetiske felter forplantes utover i rommet som bølger. Dette at elektromagnetiske bølger kan eksistere og at de er av samme natur og forplantes med samme hastighet som lysbølgene, er uten tvil det fundamentale utgangspunkt. I 1887 påviste H. Hertz eksperimentelt at elektro­ magnetiske bølger eksisterer. I 1895 oppfant Rontgen røntgenrøret, mens to-elektrode (diode) elektronrøret ble oppfunnet i 1902 av J. A. Fleming. Tre-elektrode røret (trioden) ble opp­ funnet i 1907 av L. De Forest. I 1948 kom J. Bardeen, W. Brattain og W. Shockley fram til transistoren, et halvleder-forsterkerelement som har hatt avgjørende betydning for den videre utvikling. I fig. 1.1 er vist utdrag av Fleming’s og De Forest’s patentpåstander — i sannhet mile­ pæler i elektronikken. Disse fundamentale oppdagelser og oppfinnel­

ser stimulerte igjen hundrer av vitenskapsmenn, og utviklingen og ekspansjonen innen elektronik ­ ken har vært fantastisk, og uten tegn på at det vil bli noen stillstand. Elektronikkens barndom er meget intimt knyt­ tet til utviklingen av radio, den trådløse telegrafi og telefoni, som man kalte det. Pat. 7. nov. 1905

Nr. 803 684

J. A. Fleming: Instrument for overføring av vekselstrøm til likestrøm

Nr. 879 532

Pat. 18. febr. 1908

L. De Forest: Radiotelegrafl

Fig. 1.1. Flemings og De Forests patenter.

14

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Vi har allerede nevnt Maxwells pionerinnsats. Han forutsa ut fra visse teoretiske studier at elek­ tromagnetiske bølger måtte eksistere. Deres eksistens ble så i 1887 påvist eksperimentelt av Hertz. Dermed var det prinsipielle grunnlag etablert, men det var først Marconi som for alvor greide å få i stand radiooverføringer over lengre avstander. Det begynte blant annet med en radiooverføring i 1896 over en avstand av 3 km, men allerede i 1901 etablerte han det første trans­ atlantiske samband fra Cornwall i England til Newfoundland i Amerika. Ved disse første forsøk over lange avstander ble det nyttet meget lange bølger. Disse blir nemlig mindre svekket langs forplantningsbanen. Men etter hvert ble man også oppmerksom på fordelene ved korte bølger, spesielt det forhold at korte bølger kan bli reflektert fra ionosfæren — de elektrisk ledende lag som omgir jorden. Dermed var muligheten åpnet for kommunikasjon jorden rundt med små effektmengder. Det var i 1924 at man både i Europa og Amerika innså betydningen av de korte bølgene. I denne forbindelse må vi igjen nevne Marconi, men også radioamatørene. Utviklingen fortsatte, idet stadig kortere bøl­ ger ble tatt i bruk. Riktignok blir rekkevidden ved meter- og centimeterbølger mer begrenset, bølgene får samme karakter som lysbølger. Men manglene oppveies av at vi ved hjelp av speil eller spesielle antennetyper kan rette energien i den retning vi ønsker. Dette er en av forutsetningene for radar og mikrobølgeteknikken, og utviklingen mot kortere bølgelengde har på mange måter vært et dominerende trekk i de siste 30 år. Parallelt med utnyttelsen av en stadig større del av det elektromagnetiske spektrum — i dag nytter vi radiobølger med bølgelengde fra 20 km helt ned til 0,1 mm — foregikk det en fantastisk teknologisk utvikling. De første sendere var gnistsendere, og de første mottakere var ytterst primitive, men likevel for sin tid meget sinnrike instrumenter. Elektronrøret åpnet nye mulig­ heter, og fra 1900 og utover ble radiosenderne og mottakerne utviklet imot det nivå vi nå kjenner. Kanskje spesielt viktig var utviklingen av den såkalte superheterodyne mottaker, som vil bli beskrevet senere. Den ble oppfunnet av amerikaneren R. A. Fessenden i 1901, og gjen­ oppdaget og videreutviklet av franskmannen L. Levy i 1917, tyskeren W. Schottky i 1918 og amerikaneren E. H. Armstrong, også i 1918. Det neste store skritt i utviklingen etter radio­ senderne og mottakerne med kringkasting og allslags radiokommunikasjonstjenester i kjøl­

vannet, er utvilsomt utviklingen av fjernsynet. Teknisk sett ble brukbare systemer for over­ føring og gjenframstilling av fullstendige bilder med en fart av ca. 50 pr. sekund løst i begynnel­ sen av tredveårene. Fra midten av tredveårene var det regelmessige fjernsyn utsendinger i Lon­ don og enkelte andre storbyer, og etter den 2. verdenskrig har utviklingen gått hurtig over hele den siviliserte verden. Det var den spente internasjonale situasjon i slutten av tredveårene som spesielt i England akselererte arbeidet med radar. Rent historisk har radar sin forløper i den teknikk som fysikerne nyttet ved undersøkelsene av ionosfæren. De sendte nemlig ut korte pulser av radiobølger som gikk opp til ionosfæren, ble reflektert og kom ned til mottakeren igjen. Tiden bølgene nyttet på denne reisen, ble målt, og siden vi vet at radio­ bølger forplantes med en hastighet av 300 000 km/s, kan vi finne høyden til de reflekterende lag. Tidlig i tredveårene fant den engelske fysiker Sir Watson Watt ut at denne teknikken også burde kunne nyttes til å finne avstanden til fly i luften. Men avstand er ikke nok, vi trenger også opplysninger om retningen, både høyden over horisonten (a) og det vi kaller asimut vinkelen (P), se fig. 1.2. For å få retningsbestemmelsen var det nød­ vendig å nytte korte bølger. Dette ledet til ut-

Fig. 1.2. Høyde og retning til et fly.

2. Grunnbegreper

vikling av generatorer for meget korte bølger (helt ned til 3 cm) og til utvikling av kretsteknikk for det samme bølgelengde-område. I dag er et moderne radarsett for varsling eller ledelse av fly litt av et teknisk vidunder, som kan koste flere millioner kroner. På den annen side har vi pålite­ lige og rimelige radarsett for navigasjonsformål, som i stadig større utstrekning monteres selv på små båter og ikke koster mer enn ca. 30 000 kr. Ekkolodd er på mange måter et meget enkelt ekkoinstrument. Fra en sender via en slags høyt­ taler (svinger) i vannet sendes det ut lydimpulser. Lydimpulsene går ned mot bunnen og reflek­ teres der. Tiden fra utsendelse til mottak blir registrert, og er et mål for dybden. Men gangtiden er i dette tilfelle mye lengre, siden Ivden for­ plantes i vann med en hastighet av ca. 1500 meter pr. sek., dvs. vesentlig langsommere enn forplantningshastigheten av de elektromagnetiske bølger i atmosfæren. Hvis vi ønsker retningsbestemmelser ved hjelp av lydbølger i vann, må vi utvikle lydkilder som på samme måte som radar-antennen konsentre­ rer lyden i en bestemt retning. Videre må lydkil­ den kunne dreies i to plan. Vi har da fått et såkalt asdic-anlegg, som ble utviklet i 20-årene for lokalisering av ubåter fra overflatefartøy. Denne teknikk er nå for øvrig tatt i bruk for sivile formål, bl. a. for lokalisering av fiskestim og hval.

15

Men radio, fjernsyn, radar, ekkolodd og asdic utgjør bare en del av elektronikken i dag. I de siste tiår har utviklingen spesielt når det gjelder elektroniske instrumenter og kontrollteknikk, vært rivende. Elektroniske instrumenter nyttes nå ikke bare i alle former for forskningsarbeid, men også for rutineformål i medisin, i industrien og overalt ellers der hurtig og nøyaktig måling av fysikalske størrelser er ønskelig. Kontrollteknikken, som er et vesentlig ledd i den automatisering som kanskje vil gjøre vårt liv behageligere, er det nyeste av de større skudd på elektronikkens stamme. I fig. 1.4 er vist et kontrollsystem der tykkelsen av en stålplate kontinuerlig måles ved elektroniske midler, Opplysningen fra målingen sammenlignes med den ønskede størrelse, og feilen føres tilbake til innstillingen av valsemaskinen, slik at produktet kontinu­ erlig justeres til den tykkelse det skal ha. Dette er et typisk eksempel på bruk av kontrollteknikk i industrien. Kontrollteknikken står i stor gjeld til utvik­ lingen på det mili­ tære område under siste krig. Spesielt Fig. 1.4. Kontrollteknikk i et ble det da utviklet valseverk. anlegg for automa­ tisk innsikting av luftvernkanoner ved hjelp av radaranlegg som fulgte luftmålene, og i denne forbindelse ble den generelle teori og teknikk etablert. I de kapitler som nå kommer, skal vi først gjøre greie for grunnbegrepene som elektronikken bygger på, og prinsippene for radiotransmisjon, ekkolodd, radar, fjernsyn og kontrollteknikken. Videre skal vi diskutere elektronikkens grunn­ elementer, før vi går mer i detalj når det gjelder bruken av teknikken. Se ellers artiklene om elektrisitetslære og matematikk, som på mange måter danner fundamentet for et grundigere studium av elektronikken.

GRUNNBEGREPER Før de enkelte giunnelementer innen elektronikken blir gjennomgått, er det best å klarlegge

visse grunnbegreper, og dessuten lære å nytte de såkalte funksjons- og blokk-diagrammei.

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

16

Elektromagnetisk stråling La oss illustrere hvordan vi ved hjelp av en kondensator og en selvinduksjon kan lage dem­ pede elektriske svingninger.

Ved resonans pendler energien fra elektrostatisk til magnetisk energi. De to uttrykkene må derfor være like, dvs. i r TT2 _ i U8 2 L — 2 W2L

eller løst med hensyn på co co =

1

radianer/sekund

eller 1 f

Fig. 2.1. Svingekrets.

Hvis vi lader opp kondensatoren vist i fig. 2.1. vil denne utlades gjennom selvinduksjon. Men når først strømmen i selvinduksjonen er i gang, vil den fortsette å gå selv etter at spenningen over kondensatoren er null. Dette vil lade opp kon­ densatoren i motsatt retning. Etter en tid stop­ per strømmen, men da er kondensatoren ladet med motsatt polaritet, og utladningen tar igjen til, men i motsatt retning. Slik pendler strømmen fram og tilbake — vi har en svingning. I praksis vil den dø ut, fordi det alltid er tap til stede. I figuren er også vist den mekaniske analogi med et vannreservoar med et elastisk membran, og et svinghjul som er montert til et skovlhjul. Hvis vi f. eks. presser membranet ned, vil vannet når membranet slippes, strømme tilbake og drive svinghjulet rundt. Når membranet er i hvilestilling, vil svinghjulet være godt i gang og fort­ sette på grunn av tregheten. Membranet vil bli presset oppover, og svinghjulets hastighet avtar, for å snu når membranet er i sin høyeste stilling. Slik vil vannet (strømmen) pendle fram og til­ bake på grunn av samspillet mellom svinghjulets treghet (selvinduksjonen) og membranets elastisi­ tet (kondensatoren). Resonansfrekvensen finnes enklest ved å gå ut fra at den maksimale spen­ ning over kretsen er lik U volt. Den maksimale energi som kondensatoren har, er fra vekselstrømsteknikken | C U2 watt sekunder.

På den annen side er den maksimale strøm gjen­ nom selvinduksjonen lik T

U

1 = — ampere,

og den maksimale energi i selvinduksjonen er TT2 TT2 L I2 = I L -= = | -= watt sekunder. 2 co2L * w2L

= 2k )/LC Perioder/sek-

Fra kondensatorens størrelse (i Farad) og selvinduksjonens størrelse (i Henry) kan vi derfor finne resonansfrekvens i perioder eller svingninger pr. sekund. • Eksempel: En kondensator på 500 pF = 500 • 10’12 F koples i parallell med en spole som har en selvinduksjon på 100 [J.H — 100 • 10'8H. Hva er resonansfrekvensen fr? 1 10’ f — -- ===== = ——10’ — — --2-yz500 • 100-10’18

2tc V 5 • 104

2k V 5

fr = 712 000 perioder/sekund.

La oss se litt på feltene i vår krets. I det øye­ blikk kondensatoren er fullt oppladet, er det elektriske feltet over kondensatoren størst, og strømmen og det magnetiske felt er null. Om­ vendt når strømmen er størst, er feltet i konden­ satoren null, mens det magnetiske felt er maksi­ mum.

Kondensator ladet Strommen null Elektrisk feltenergi

Kondensator utladet Strommen maksimum Magnetisk feltenergi

Fig. 2.2. Energiens pendling.

De elektriske og magnetiske felter er knyttet til kondensatoren og selvinduksjonen. Vi har en krets med konsentrerte elementer, og kretsen vil i praksis ikke stråle ut energi — de tap som opp­ trer, skyldes motstand i lederne.

2. Grunnbegreper

La oss utvide vår krets slik at den blir «åpen», dvs. vi fjerner kondensatorplatene fra hverandre, og strekker ut spolen slik at den blir en tråd, se

17

vil feltet pendle fram og tilbake med resonansfrekvensen f. Avstanden mellom to bølgetopper benevnes X, og vi ser at X • f = 3 • 108 m/s. Dette er en viktig forbindelse mellom bølgelengde (X) og frekvens (f). • Eksempel: Hvis frekvensen av en radiostasjon er 106 perioder/sekund, hva er bølgelengden?

X =

I en slik krets vil ikke hele energien pendle mel­ lom magnetisk energi rundt lederen og elektrisk energi i kondensatoren. Ved hver pendling vil en del av energien forlate kretsen i form av elektro­ magnetisk stråling. Til venstre i figuren er an­ tydet hvordan lukkede elektriske feltlinjer (E) bygges opp når styrken av det magnetiske felt (H) endres. På en måte avsnøres elektriske og n agnetiske kraftlinjer fra kretsen. Det essensi­ elle er at de varierende magnetiske feltlinjer in­ duserer lukkede elektriske kraftlinjer. Variasjon­ en i disse igjen induserer nye lukkede magnet­ iske kraftlinjer, og så videre. Maxwell viste at de elektriske og magnetiske felter forplantes som bølger og med lysets hastighet, dvs. 300 000 km/sekund. En senderantenne er en krets som er innrettet slik at strålingstapet er så stort som mulig i for­ hold til kretstapene. I en T-antenne f. eks. vil de vertikale elektriske felter og de horisontale magnetiske felter forlate antennen i radiell retning. Det er viktig å presisere at når en elektro­ magnetisk bølge forplantes ut fra antennen, skjer det ingen transport av materie på noen som helst måte. Det dreier seg bare om elektriske og mag­ netiske spenningstilstander i vakuum eller i luften.

3 • 108

1Q6

m = 300 meter.

Bølgelengden måles vanligvis i meter eller centimeter, mens følgende forkortelser nyttes for frekvensen: 1 periode/sekund 1000 perioder/sekund 1000000 perioder/sekund

1 Hz (hertz) 1 kHz (kilohertz) 1 MHz (Megahertz)

Fig. 2.4. T-antenne.

En bølgetopp, dvs. et punkt der den magnetis­ ke og elektriske feltstyrke er et maksimum, vil forplantes utover med en hastighet på 300 000 km/s = 3-108 m/s. På et bestemt sted på jorden2 2 — Teknikk II

Fig. 2.5. Det elektromagnetiske spektrum.

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

18

Vi skiller mellom følgende bølgeområder: Bølgelengde Frekvens T anghølger 10 000 m til 1 000 m 30 kHz til 300 kHz Mellombølger 1 000 m til 100 m 300 kHz til 3 MHz Kortbølger 100 m til 10 m 3 MHz til 30 MHz Meterbølger 10 m til 1m 30 MHz til 300 MHz Desimeterbølger 1 m til 10cm 300 MHz til 3000 MHz Centim.bølger 10 cm til 1 cm 3000 MHz til 30000 MHz

Den del av det elektromagnetiske spektrum som i dag nyttes i radioteknikken, strekker seg i bølgelengder fra ca. 10 km ned til ca. 1 cm. Men det elektromagnetiske spektrum strekker seg langt videre til begge sider, se fig. 2.5. Det svnlige lys er selvfølgelig den best utforskede del av spektret. I tillegg til stvrken og frekvensen av den elektromagnetiske stråling er denne også karakterisert ved orienteringen av den elektriske og magnetiske feltvektor. Disse to feltvektorer står gjensidig loddrett på hverandre, men vi sier bøl­ gene er polarisert i det plan som inneholder den elektriske vektor. I praksis vil vi vesentlig møte vertikalt eller horisontalt polariserte bølger, se

Vertikal antenne Stråier at vertikalt polar ser te bolg er

Hor santal dipol Stråler ut hor sontalt polariserte bolger

Fig. 2.6. Vertikalt og horisontalt polariserte bølger.

Feltet fra en antenne kan beregnes hvis vi kjenner den utstrålte effekt (P) og antennens konstruksjon, under forutsetning av at den er plasert over ideell, tapsfri jord. Således er f. eks. feltstvrken i en avstand av d km fra en kort vertikal antenne som tilføres P kilowatt, lik -7- 1 Pkw d

millivolt meter,

A i ser at feltstyrken ut fra antennen avtar med avstanden som —.

Dette gjelder bare over

tapsfri jord. Over vanlig jordsmonn vil feltet avta mye hurtigere, noe som vi skal komme til­ bake til. De antenner vi hittil har diskutert, har vært senderantenner. En mottakerantenne er en inn­ retning som transformerer den elektriske og magnetiske spenningstilstand til strøm i en spole f.eks., se fiff. 2

»>/// Fig. 2.7. Mottaker antenne.

i>U

Fig. 2.8. Rammeantenne.

I figuren er vist en vertikal stavantenne koplet via en liten spole til en resonanskrets som er av­ stemt til den frekvens vi ønsker. Den ønskede elektriske feltstvrke E forårsaker en strøm i av samme frekvens i antennen. Denne strøm indu­ serer en spenning L igjen av samme frekvens over resonanskretsen. En mottakerantenne omsetter derfor feltstyrke til spenning over to terminaler, vanligvis mot­ takerens inngangsklemmer. Det finnes også andre typer mottakerantenner enn den åpne antenne som er ■vist her. En ramme­ antenne er ■vist i fig. 2.8. I dette tilfelle er det enklest å tenke seg at spenningen U er kommet fram ved at det mag­ netiske felt som spolen omslutter, induserer en spenning i rammen. Men vi kunne også utføre beregningen ved hjelp av den elektriske feltstyrke og komme til samme resultat. Den spenning vi har langs de to rammesidene (1) og (2), er nemlig ikke i fase, og det blir en feltstyrkeforskjell (Ex — E2) som resulterer i spenningen L over klemmene.

Modulasjon I foregående avsnitt har vi diskutert grunn­ prinsipper ved radiooverføringen, nemlig: a) antennen som stråler ut bølger. b) bølgenes forplantning,

c) mottakerantennen som leverer en vekselspenning av bølgens frekvens over to termi­ naler. Betingelsen for at det veldige antall stasjoner

19

2. Grunnbegreper

verden over skal kunne operere samtidig uten å forstyrre hverandre, er at hver stasjon bare må sende på en bestemt bølgelengde eller innen et smalt bølgebånd. Den tildelte bølgelengden spiller på en måte samme rolle som tråden gjorde det i telefonteknikken for 50 år siden. Men ingen har noen glede av at det overføres en kontinuerlig bølge fra en sender til en motta­ ker. Hvis det for eksempel er tale vi ønsker å overføre, må vi på en eller annen måte få lyden inn på den elektriske bølgen. Lyden selv er luftsvingninger, sammenpressing og fortynning av luft som pendler fram og tilbake. Antall luftsvingninger pr. sekund bestemmer tonehøyden. Vanlig tale og musikk inneholder svingninger fra ca. 20 Hz til 20000 Hz. Høyere frekvenser be­ høver vi ikke å ta hensyn til. I en mikrofon med tilhørende elektrisk stromkrets omformes lydsvingningene til nøyaktig likedannede strømsvingninger. Det er viktig at mikrofonen følger lyden nøyaktig. I fig. 2.9 er vist den enkleste av alle mikiofoner, nemlig Edisons kullmikrofon. Når det tales mot membranet, settes dette i vibrasjoner i takt med lyd­ svingningene og presser kullkornene sammen i variabel grad — igjen i takt med lydsvingningene. Dette leder til at strømmen i p.g.a. den variable motstand varierer i takt med lydsvingningene, og det samme vil spenningen u gjore. Vi har altså fått omsatt lydsvingningene til elektriske sving­ ninger. Det finnes mange typer mikrofoner. Kullkornmikrofonen har flere svake sider, blant

Fig. 2.9. Kullmikrofon.

annet har membranet egenresonans og dermed visse svingninger som det helst vil utføre. I Reiss-mikrofonen er membranet av gummi og trykker kullet sammen i variabel grad i takt med lydtrykket. Motstanden mellom de to elektroder i kullvolumet vil da variere på samme måte som ved den vanlige kullmikrofon, men vi unngår sjenerende egenresonanser. I kondensator-mikrofonen forandrer lyden kapa­ siteten C av en kondensator slik at ledestrømmen

i og dermed spenningen u vil variere i takt med

Fig. 2.10. Kondensatormikrofonen.

I induksjonsmikrofonen er det en metallring eller et bånd som er hengt opp mellom polene i en elektromagnet. Når båndet beveges av lyden, vil det induseres en spenning i takt med bevegelsen. På en eller annen måte må vi få merket vår høyfrekvente radiobølge med lydsvingningene i elektrisk form, slik vi får dem fra mikrofonen. Lydfrekvensene kan ikke direkte stråles ut, siden de er så lave. Vi ville da for øvrig bare få plass til én samtale om gangen på jorden! Rent prinsipielt kan vi endre det hovfrekvente signals amplitude, frekvens eller fase i takt med lyden. Denne prosess kalles modulasjon. Vi skiller mellom amplitudemodulasjon (AM), fre-

20

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

kvensmodulasjon (FM) og fasemodulasjon. I fig. 2.11 er vist en skisse av hvordan lydbølgene moduleres inn på radioens bærebølge. Vi finner vår lydbølge igjen som omhyllingskurvene av den amplitudemodulerte bølgen. Ved denne modulasjonsprosess har vi oppnådd å få preget den kontinuerlige bølge med den in­ formasjon vi ønsker å overføre. Videre kan vi få en rekke radiokanaler etablert i og med at modu­

lasjonen bare i liten utstrekning endrer frekvens på den umodulerte bærebølgen, idet den forårsa­ ker det som kalles sidebånd som ligger relativt nær bærebølgen. På tilsvarende måte kan vi prege bærebølgen ved å endre dens frekvens i takt med lydsvingningene. Dette er kanskje ikke så anskuelig, men vi skal i et senere kapitel diskutere det i detalj.

Radiotransmisjon Selve grunnprinsippet ved en komplett radio­ overføring av f. eks. tale kan vi nå illustrere ved et blokkdiagram. La oss først se på en AM-sender, se fig. 2.12.

sterker som følger etter, plukker ut nettopp den bærebølge og dermed den informasjon vi er interessert i. For å få tak i informasjonen må vi regenerere den opprinnelige mikrofonstrøm.

Fig. 2.12. Blokk­ diagram av en AM-sender.

En oscillator eller en generator for bærebølgen er hjertet. De relativt svake signalene fra denne generatoren forsterkes og ledes til modulatoren. Mikrofonsignalet forsterkes også og ledes til modulatoren, og ut av denne kommer det ampli­ tudemodulerte signal. Dette forplantes til mottakerantennen, men svekkes sterkt både på grunn av den geometriske spredning og p.g.a. tapene i overføringsY mediet og i jorden. Mottakeren er i prinsipp vist i fig. 2.13. zfv/rn Den modulerte bølgen forårjjyyy) saker en antennestrøm i takt med bølgen, den første selek­ tive krets og den selektive for-

Dette skjer ved å likerette det utvalgte og for­ sterkede signal, se fig. 2.14. Det likerettede signalet inneholder bare den ene halvdel av det amplitudemodulerte signal. Hvis vi glatter ut de enkelte strømspisser ellehar en topplikeretter som direkte gir omhyllingsr kurven, er det opprinnelige signal gjenskapt, og vi kan bare forsterke dette før det ledes f. eks. til en høyttaler. Denne siste gjør akkurat det mot­ satte av en mikrofon. Fra mottakeren leder vi vekselstrømmen som er et tro kopi av mikrofonstrømmen, inn gjennom en spole som står i magnetgap, det kan være en permanent- eller en elektromagnet. Spolen vil da bevege seg i luftgapet, siden kraften den utsettes for, er propor­

Fig. 2.13. Blokkdiagram for mottaker.

21

2. Grunnbegreper

sjonal med strømmen i spolen (og ellers med felt­ styrken i gapet). Spolen med det membran som er festet på denne, vil derfor bevege seg i takt

med mikrofonmembranet ved senderen — vår radiooverføring er etablert!

Likerettet signal

Fig. 2.15. Permadynamisk høyttaler.

Fig. 2.14. Prinsippet ved likeretting.

Ekkolodd Det kan være vanskelig å si hvem som først tenkte på å måle avstanden til et objekt ved å sende ut lydbølger mot objektet og så måle tiden bølgene bruker fram og tilbake igjen. Alle hai vel ropt et «hei» foran et fjell, og så tellet sekundene til ekkoet kom tilbake. La oss gå ut fra at bøl­ gene trenger 3 sekunder. Siden lyden i luft for­ plantes med en hastighet av ca. 330 m/s, vil det si at lyden har gått 990 meter. Avstanden til fjellet er derfor 495 meter.

Et ekkolodd er en innretning som måler dyb­ den til bunnen av sjøen nettopp etter dette prin­ sipp. Rent prinsipielt består derfor et ekkolodd av de hovedkomponenter som er vist i figur 2.16. Lydgeneratoren (senderen) genererer et rela­ tivt kort vekselstromsignal av en egnet frekvens. Vanligvis nyttes mellom 10 og 100 kHz, dvs. en frekvens over det som det menneskelige øre kan oppfatte (ultralyd). Den genererte vekselstrømpuls ledes til en «høyttaler», som i dette tilfelle kalles en svinger og er plasert under skutebunnen. Svingeren omsetter vekselstrømpulsen til en lydimpuls i vannet. Lydbølgene forplantes med en hastighet av ca. 1500 m/s, og det svake ekko fra bunnen oppfanges av en mikrofon (hydrofon) og transformeres her til en elektrisk svingning som forsterkes. Tiden mellom utsendt signal og reflektert ekko må nå måles, se fig. 2.17.

Fig. 2.16. Blokkdiagram £or ekkolodd.

Fig. 2.17. Tidmåling.

22

Finn Lied og H. Schiotz: Radio, radar, asdic, automasjon

Hvis vi ønsker å måle dyp opptil 3000 meter, må vi kunne måle tider fra 0 til ca. 4 sekunder. A anligvis innretter man seg med en mekanisk skriver. Det viktigste for oss i denne forbindelse er at skriveren har en penn som skriver når ekkosignalet er til stede, idet det føres strøm fra for­ sterkeren til pennen. Skrivepennen beveger seg over papiret med jevn hastighet fra venstre til høyre. I en bestemt stilling til venstre slutter en kontakt, og sendeimpulsen går ut. Pennen skriver også det utsendte signal som tjener som referanse (null dyp). Når ekkoet kommer, blir det registrert, og deretter kan dybden avleses. Når pennen har nådd ytterste stilling til høyre, er det vanligvis sørget for at pennen hurtig føres over til vtterste stilling til venstre igjen, og det hele starter på nvtt.

A i ser at skriveren i dette tilfelle også sørger for synkroniseringen, slik at det utsendte signal går ut ved samme posisjon av den mekaniske penn. A i skal senere lære mange andre synkroniseringssystemer å kjenne. Det som kjenne­ tegner ekkoloddets skriver, er at det hele tross alt går langsomt, og vi kan nvtte mekaniske inn­ retninger.

Radar Det kunne være nærliggende også å måle av­ stander i luften ved hjelp av lydbølger. Slike anlegg er laget, men har mindre praktisk betyd­ ning, blant annet fordi rekkevidden er for liten. Alen radiolokaliseringen eller radar løser mange problemer ikke bare i forbindelse med avstandsmåling, men også rent generelt i forbindelse med lokalisering av objekter i luft. Et radaranlegg består av en sender, en mottaker og en presentasjonsenhet. For å få bestemt retningen må den radiostrålen som sendes ut, være konsentrert i en trang konus. Dette fører til valg av høye frekvenser (korte bølgelengder) og store, ofte speilformede antenner som konsentrerer radio­ strålen. For at et speil skal være effektivt, må det nemlig være stort målt i de aktuelle bølge­ lengder. Tilnærmet er åpnings vinkelen i grader omtrent lik åpnings vinkelen = 50

grader.

Her er d speilets diameter, mens Å er bølge­ lengden, begge målt i samme enhet, åpningsvinkelen er da gitt i grader.

Fig. 2.19. Radarspeil.

Fig. 2.20 viser den prinsipielle oppbygning av et radaranlegg. Senderen genererer korte, meget høyfrekvente elektriske impulser, som ledes til en antenne som stråler ut energien i form av elektromagnetiske bølger i en konus av en viss åpningsvinkel. Disse elektromagnetiske bølgene reflekteres fra et mål tilbake til mottakeren som har en egen antenne eller eventuelt deler antenne med senderen. De to antennene er jo i funksjon til forskjellige tider. De svake ekkoer blir forsterket, likerettet som i

23

2. Grunnbegreper

for seg bare en generator for korte elektriske impulser i bestemte tider etter det utsendte signal.

Fig. 2.20. Blokkdiagram av radaranlegg.

en vanlig radiomottaker og ledet til presentasjonsenheten. La oss se på hvilke tider vi opererer med. Vi går ut fra en frekvens på 3000 MHz, dvs. bølgelengden er 10 cm, og at den utsendte impuls er 10 mikrosekunder (p.s). 1 p.s er en million­ tedels sekund. Pr. impuls vil det derfor være 30 000 høyfrekvente svingninger. A idere vil ut­ strekningen av impulsen i luften være 300 000 x 10'5 = 3 km. Hastigheten av radiobølgene er jo 300 000 km/s. Hvis målet er 15 km borte, vil impulsen trenge en tid fram og tilbake lik

Vi ser at ved et radaranlegg har vi et antall svnkroniseringsproblemer. Den utsendte impulsen må bl. a. staite tidsbasen som driver den elek­ triske blyanten, videre må avstandsmerkingen også startes av den utsendte impuls. Hvis radaranlegget også skal gi retning, dvs. elevasjon og asimut, må antennene innstilles slik at ekkoet blir sterkest mulig. A ed å lese av antennens retning kan elevasjon og asimut be­ stemmes i tillegg til avstanden til målet. Hvis bare avstand og asimut er påkrevd, kan man innrette seg noe annerledes. Man kan la den kombinerte sender- og mottaker-antenne rotere kontinuerlig, samtidig som man nytter en spesiell presentasjon som har fått navnet PPI (Plan Position Indicator).

«= 1O'* S =100 !“• Det er altså meget korte tider vi må måle, og mekaniske innretninger kommer ikke på tale. Innretningen vi nytter, er katodestrålerøret, som kan sammenlignes med en elektronisk blyant som skriver meget hurtig. Denne blyan­ ten drives over katodestrålerøret ved hjelp av en elektrisk spenning som er jevnt stigende, en såkalt tidsbasis. Denne tidsbasis startes fra den utsendte radarimpulsen. Når ekkoet kom­ mer, gjor blyanten et utslag i en avstand fra utgående impuls som er et direkte mål for avstan­ den til målet. Fronten på katodestrålerøret vil derfor se ut som antydet i fig. 2.21. For å lette avlesningen av avstand kan vi legge inn avstandslinjer på kunstig måte. Dette er i og

ppi

Fig. 2.22. PPI-presentasjon.

Her går den elektroniske blvanten ut fra sentrum og i den retning antennen i øyeblikket peker. Ved ekko lyser strålen opp, og et ekko vil derfor avtegne seg som en lysende flekk på en ellers mork bakgrunn. A i kan legge inn avstandsmerker som får form av ringer rundt sentrum. Dette presentasjonssystem egner seg spesielt godt til navigasjonsformål på skip, men det brukes også for kontroll og varsling av fly etc.

24

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fjernsyn Fjernsynsteknikken er både praktisk og teo­ retisk nær beslektet med radioteknikken. Viktig er det å være oppmerksom på visse fundamentale forhold i forbindelse med menneskenes øyne. Øyet består av et linsesystem som mottar lys fra den scene eller det landskap vi betrakter. Lyset fokuseres på netthinnen, som har ca. 20 millioner lysømfintlige elementer. Disse avgir synsinntrykket til nervene. De kan skille mellom lys og mørke, mellom farger (bølgelengde), og de kan fastholde lysinntrykket i noen tid. På vanlig kino ser vi på lerretet 24 noe forskjellige, stille­ stående, komplette bilder pr. sekund. På grunn ay tregheten oppfatter ikke øyet de enkelte bildene, men vi får inntrykk av en jevn, sammenhengende bevegelse. Den tydelighet øyet oppfatter et stillestående eller bevegelig bilde med, avhenger av det antall elementer bildet er bygd opp av. Hvis vi skulle overføre et bilde på elektrisk måte, f. eks. ved hjelp av et radiotransmisjonssystem ville vi måtte ha en overføringskanal for hvert billedelement. I det européiske fjernsynssystem består bildet av 625 linjer og hver linje igjen av over 625 punkter. Det totale antall billedpunkter er derfor nærmere en halv million, et enormt tall hvis vi skulle overføre hvert ele­ ment over en eksklusiv kanal. For overføringen nytter fjernsynet samme prinsipp som filmen, og overfører 25 bilder pr. sekund. Mens det ved film overføres virkelig hele bilder, går fjernsynet et skritt videre og overfører ett billedpunkt om gangen. Men punktene vises så hurtig etter hverandre at det dannes 25 hele bilder pr. sekund, dvs. det overføres 12 millioner billedpunkter pr. sekund. For å forstå prinsippet må vi se litt på billed­ røret eller katodestrålerøret, som vi tidligere har kalt det. Det er den «elektroniske blyant» vi behandlet i avsnittet om radar. Katodestrålerøret er vist i fig. 2.23. Lengst til venstre har vi en glødende katode som sender ut elektroner, og dessuten et gitter som bestemmer elektronstrømmens størrelse. Deretter følger et antall elektroder som får elektronene til å gå fort, og som samler dem i en tynn stråle (blyant). De treffer skjermen til høyre med stor hastighet og får den til å lyse, p.g.a. det belegg den har. Ved å legge passende spenninger på avbøyingsplatene kan treffpunktet flyttes på skjermen, videre kan lysstyrken regu-

Fig. 2.23. Snitt av et katodestrålerør.

leres ved å regulere spenningen på gitteret. Ved hjelp av spenninger ser vi at vi har et middel til å kunne bygge opp et svart-hvitt bilde. For å få tak i prinsippet for en overføring skal vi nå se på hvordan en film kunne tenkes over­ ført, se fig. 2.24.

Fig. 2.24. Elektronisk overføring av bilde.

\ i har to identiske billedrør som er forbundet med to sagtakkspenningskilder som driver det lysende punkt over skjermen helt likt og etter et bestemt mønster. Strålen kan f. eks. begynne øverst i venstre hjørne og fortsette til høyre, idet den samtidig beveger seg litt ned. Når den har nådd høyre side, kan den hoppe tilbake og be­ gynne et nytt framløp litt under det forrige. Dette fortsetter på samme måte som vi leser en bok, men når vi har gjort oss ferdige med siste linje, vil strålen hoppe tilbake til startpunktet øverst igjen. Den vannrette sagtakkgenerator produserer i virkeligheten 15 625 saktakkspenninger pr. sekund, mens den vertikale burde etter det vi tidligere har sagt, gå med 25 Hz, i virkelig­ heten går den med 50 sagtakker pr. sekund. Grunnen til dette skal vi se senere.

2. Grunnbegreper

Røret til venstre er et senderrør, lyset fra det passerer en linse og går derfra gjennom filmen, fanges opp av en ny linse og faller på en fotocelle som avgir en spenning som er bestemt av lysstyrken. Spenningen forsterkes og ledes til git­ teret på katodestrålerøret til høyre. På skjermen til dette røret reproduseres et bilde som er lik det vi har på filmen. Dette skjer fordi lyset fra senderrøret er konstant og treffer filmen i et punkt som er bestemt av hvor lysflekken på senderrøret er. Videre er styrken av lyset på fotocellen og dermed spenningen fra den gitt ved svertingen av filmen i det punktet der den treffes av lyset. Mottakerrørets lys vil derfor være bestemt av svertingen på filmen, og på grunn av den syste­ matiske avsøking vil filmen reproduseres på mottakerroret. Hvis vi har vanlig «levende» film, bør fram­ driften av filmen være synkronisert med den loddrette sagtakkspenning slik at hver gang et bilde er avsøkt, flytter det seg fram ett skritt. «Flying Spot»-teknikken er ikke akkurat trådløs, men den hjelper oss til å se hvilke ele­ menter en fjernsynsoverføring må bestå av: Vi må overføre informasjon om hvor i bildet vi er, dvs. informasjon om vannrett og loddrett for­ skyvning av billedpunktet. Videre må vi over­ føre styrken av hvert enkelt billedpunkt. Disse to typer informasjon, kort kalt synkroniseringsinformasjon og intensitetsinformasjon, må på en eller annen måte overføres før fjernsyn kan reali­ seres. Rent prinsipielt kunne vi kanskje gjøre dette ved å nytte tre sendere, en for intensitets­ informasjon og to for synkroniseringen. Men ved å overføre de nødvendige informasjoner etter hverandre, kan vi klare oss med en kanal. Det signalet vi overfører, har en omhyllingskurve (modulasjon) som er nokså spesiell, se fig. 2.25. Linjesynkronisering

Utjevnmgspulser

Bi lledsynkronisering

B/lledinformasjon

Fig. 2.25. Modulasjon av et fjernsynssignal (forenklet).

25

Vi ser at vi har linjesynkroniseringspulser ved slutten av hver linje. Etter 625 linjer får vi billedsynkroniseringspulsen, som får den vertikale sagtakkgenerator til å begynne ovenfra i bildet igjenHvis vi går ut fra at fjernsynssignalet har en omhyllingskurve som ser ut som ovenfor, vil en fjernsynsmottaker prinsipielt se ut som vist i blokkdiagrammet nedenfor.

Fig. 2.26. Blokkdiagram for en fjernsynsmottaker.

Synkroniseringsimpulsene sorteres ut på grunn av deres høyere amplitude sammenlignet med signalinformasjonen. De separeres og ledes inn til de lokale sagtakkgeneratorer som driver det lysende punkt over skjermen. Sagtakkgeneratorene tvinges til å løpe i takt med de tilsvarende generatorer på senderen. Foruten bildet skal det også overføres lyd. Dette skjer på en egen kanal 5,5 MHz høyere enn bildets bærefrekvens. Lydkanalen er vanligvis frekvensmodulert, mens billedkanalen er amplitudemodulert.

Servo- og kontrollteknikk Vi har i forrige kapitel i figur 1.4 berørt prin­ sippet for tilbakekoplede eller lukkede sløyfesystemer. Disse er meget viktige deler av alle automatiske kontrollsystemer.

I det følgende nytter vi blokkdiagrammet når vi skal studere servosystemer og andre auto­ matiske kontrollsystemer. Et blokkdiagram er ikke bare en forenklet måte å tegne de forskjellige

26

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

mekanismer på, men en muliggjør oppdeling i enheter med et bestemt årsaks — virknings for­ hold. Blokkdiagrammet viser derfor hvordan de forskjellige variable innbvrdes avhenger av hverandre og gjør det mulig på en relativt enkel måte å få oversikt over kompliserte systemer. I fig. 2.27 er tegnet et almengyldig blokkdiagram for et lukket sløvfesvstem. ..Fetl"

..Påvirkning"

..Oppnådd resultat"

Fig. 2.27. Lukket sløyfesystem.

For at et slikt system skal kunne kalles et servosystem eller lukket kontrollsystem, må føl­ gende være oppfylt: a) Det må foregå en automatisk sammenlig­ ning mellom resultat som er oppnådd og det som var ønsket. Forskjellen mellom disse, som er et uttrykk for den «feil» vi har i systemet, styrer systemet på en slik måte at feilen reduseres til den minst mulige. b) Den nødvendige energi for å drive systemet må tilføres utenfra. Av dette ser vi at det alltid vil være en viss feil i systemet. Men, som vi senere skal se, kan denne gjøres meget liten. L t fra vårt første krav kan vi slutte oss til to avgjørende egenskaper ved de lukkede systemer, nemlig a) De er i stand til med små feil å følge kommandosignal (forandring i ønsket verdi). b) De er lite følsomme overfor forstyrrelser utenfra. I ansett hvordan det oppstår en forskjell mellom ønsket og oppnådd verdi, vil denne bringe systemet til å korrigere seg selv.

POTENSIOMETER

fNSKET POSISJON

Fig. 2.28. Drift av bordet i en fresemaskin.

Vi ser at en av blokkene i fig. 2.27 er merket «prosess». I kontrollteknikken bruker vi dette generelt om det fysiske system som bestemmer den egenskap vi ønsker å kontrollere. Haus hovedformålet med systemet er å holde en egenskap konstant, uavhengig av forstyrrel­ ser, kaller vi det gjerne en regulator. Er kravene også at systemet best mulig skal følge forandring­ er i det signalet som utgjør vårt ønske, kaller vi det en servomekanisme. Dersom følgende tre betingelser er oppfylt, kan enhver fysisk egenskap styres ved hjelp av et tilbakekoplet (lukket) kontrollsystem.

a) Den egenskap vi vil kontrollere må kunne måles, eller i det minste kunne sammen­ lignes med en standard, dvs. det må eksiste­ re et måleinstrument for denne egenskap. b) De forandringer som ønskes, må kunne skaffes ved en fysisk innretning, et regulerorgan. c) Både måling og regulering må være hurtig nok for den oppgaven det gjelder. Som eksempel på en servomekanisme tar vi automatisk styring av bordet i en fresemaskin. Fig. 2.28 viser skjematisk hvordan dette sys­ temet er bygd opp. Selve bordet beveges av en servomotor via en ledeskrue. Bordets posisjon måles på den måten at det ved hjelp av en tannstang roterer et presisjonspotensiometer, slik at spenningen som kommer ut av potensiometret, er et mål for hvor langt bordet har kjørt. I en spesiell elektronisk forsterker er spenningen sam­ menlignet med spenningen fra et tilsvarende potensiometer som gir den posisjonen man øn­ sker. Differensen forsterkes og gir spenning til motoren, slik at den kan kjøre den ene eller an­ dre veien, alt etter som bordet har kjørt for langt eller for kort. Når bordet står i riktig posisjon, er forskjellen mellom spenningene lik null, og motoren står stille. I et senere kapitel, etter at elektronikkens grunnelementer er gjennomgått, skal vi mer inngående behandle de forskjellige delene i et slikt system. Ikke alle automatiske kontrollsystemer er luk­ kede, og det finnes mange tilfelle der et åpent system gjør tilfredsstillende arbeid. Men i regelen kan vi si at åpne systemer har to vesentlige mangler, nemlig a) Det er et «kalibrert» system, dvs. vi er av­ hengig av at hver enkelt del i systemet har konstante egenskaper, og

27

3. Kretsteknikk

b) Det kan bare brukes under de forhold det er kalibrert for. Påvirkninger utenfra vil føre til feil. Som eksempel på et åpent system kan vi ta temperaturkontroll i et rom som varmes opp ved hjelp av en radiator. På erfaringsgrunnlag kunne vi lage en skala for reguleringsventilen som viste hvor den skulle stå for forskjellige utetemperaturer for at innetemperaturen skulle være konstant. Vi ser uten videre at hvis varmtvannet til

radiatoren en dag skulle bli over 10° varmere, ville også romtemperaturen stige. Kalibreringen var ødelagt. På den annen side ville kulde og dessuten sterk vind gjøre at temperaturen synker under det fastsatte, altså en stor avhengighet overfor ytre påvirkninger. Grunnen til at vi likevel ofte bruker åpne systemer, er at slike systemer er billigere, eller at vi ikke kan oppfylle de tre forutsetninger vi har nevnt for et lukket kontrollsystem.

Symboler I elektronikken nyttes ved tegning av skjemaer en rekke symboler. Vi skal i det følgende bl.a. nytte de symboler som er gitt i fig. 2.29. I teknisk litteratur finner vi mange varianter av disse symboler. Vi har i dette kapitel lært å kjenne grunn­ begrepene i elektronikken. For å komme videre må vi studere nærmere de enkelte elementer som alle elektroniske systemer består av. Når vi kjenner disse elementers virkemåte, skal vi i senere kapitler gjennomgå bl.a. den detaljerte oppbygning av radiosendere og radiomottakere, ekkolodd, radar og fjernsyn.

spole

kondensator

elektrolytisk kondensator variabel kondensator

motstand variabel

motstand

potensiometer

rf r

KRETSTEKNIKK Resonanskretser utgjør et vesentlig element i radioteknikken. Vi vil deifor stille sammen de viktigste resultater i forbindelse med serie- og

parallellkretser, og dessuten studere løst koplede transformatorer.

Serieresonans I figuren har vi et skjema av en serieresonanskrets, og dessuten et foto av samme krets.

Fig. 3.1. Seriekrets.

28

Finn Lied og H. Schitøz: Radio, radar, asdic, automasjon

Hvis generatorspenningen er U cos cot, vet vi fra vekselstrømteknikken at strommen i kretsen blir U i = /----- ------------- ।—2 cos (cot-5-cp) = I cos (cot4~cp) 1 «’ + -p

a>

tu+p

AM med en tone

—— 2/Tf AM med frekvensbånd

Fig. 8.1. AM-spektret.

Selve den sammensatte kurveform av et AM signal er vist i figur 8.2.

Fig. 8.2. AM-signalets variasjon med tiden.

Modulasjonsprosessen utføres i praksis på mange forskjellige måter. For store radiosendere er elektronrørene stadig aktuelle, og en vanlig modulasjonsmetode her er den såkalte anodemodulasjon, se fig. 8.3. Anodespenningen på røret vil i den kopling som er vist, bli Ut + Up cos pt, dvs. en spen­ ning som varierer med modulasjonsfrekvens (p) og med styrken av det modulerende signal (Up). Hvis det siste røret er i klasse C, vil forsterknin­ gen variere betydelig med anodespenningen, og

56

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fig. 8.4. Gjennomsnittslikeretting

Fig. 8.3. Anodemodulasjon.

vi får et signal ut fra resonanskretsen som varierer med modulasjonsspenningen på fore­ skrevne måte. Den lavfrekvente kilde som skal modulere en sender, må ha en betydelig størrelse, da det ved 100 % modulasjon kreves en tilført effekt fra modulatoren lik 50 % av bærebølgeeffekten. Dette ser man av spektret til et modulert signal. Bærebølgeeffekten er proporsjonal med U2, de to sidebåndene hver med

U2. Ved 100% mo-

dulasjon er effekten derfor proporsjonal med 3 U2, dvs. den er 50 % større enn bærebølge­ effekten. Modulatoren som leverer denne tilleggs­ effekten, blir ofte stor også fordi den må gå i klasse A, der forvrengningen ikke er stor, men virkningsgraden er dårlig. For mindre sendere (f.eks. 50-100 W utgangseffekt) nyttes i forbindelse med transistorer kollektormodulasjon. Man kopler her det modulerende signal over en transformator inn i kollektorkretsen til utgangstransistoren. Demoduleringen vil si gjenvinning av det modulerende signal ved mottakeren etter at det modulerte høyfrekvenssignal er oppfanget av antennen og forsterket i ett eller flere spenningsforsterkertrinn med tilstrekkelig båndbredde til at alle vesentlige sidebånd kommer igjennom. På fig. 8.4 ser vi at ved hjelp av en likeretter kan man oppnå demodulasjon. En likei etter slipper

bare strøm gjennom én vei, og hvis vi tilfører et modulert signal til en kopling som vist i fig. 8.4, vil det gjennom likeretterne gå et antall strømpulser med en høyde som er proporsjonal med omhyllingskurven av modulasjonen. Den lavfrekvensforsterker som følger etter likeretterne, kan ikke følge med i de hurtige variasjonene, den tar middelverdien, som vist i den stiplede kurve. Denne er helt likedannet med den modulerende spenningen, som vi dermed har gjenvunnet. Bærebølgen har gjort sin plikt — signalet er båret fram til detektor — og den modulerende spenningen, dvs. det ønskede signal kan forsterkes og f. eks. ledes til høyttaleren. En meget nyttig likerettertype er topplikeretteren, som er vist i fig. 8.5.

Fig. 8.5. Topplikeretter

Kondensatoren C lades opp til den påtrykte toppspenning hver halvperiode. Spenningen over C følger derfor tilnærmet hele tiden omhyllings­ kurven av det modulerte signal, og vi har en effektiv demodulasjon. Den likeretterkoplingen som er vist, er en av de mest brukte.

Frekvensmodulasjon (FM) Et frekvensmodulert signal er et signal med en frekvens som varierer i takt med et lavfrekvent modulerende signal. Hvis bærebølgens frekvens er co0, vil den nye frekvens bli wo (1 — m cos pt). Det vil si at det modulerte signal har en frekvens som varierer fra wo (1 4- m) til cø0 (1 4- m).

Variasjonene fram og tilbake skjer p ganger pr. sekund. Selve frekvenssvingets størrelse er pro­ porsjonalt med styrken (m) av det modulerende signal. I fig. 8.6 er skissert et frekvensmodulert signal.

57

8. Modulasjon og demodulasjon

Fig. 8.6. Et FM-signal.

Vi legger spesielt merke til at amplituden er konstant. Det er bare frekvensen som varierer. Prinsipielt kan vi oppnå frekvcnsmodulasjon ved å ha en kondensatormikrofon parallelt med den frekvensbestemmende svingekretsen, se fig. 8.7.

Fig. 8.7. Frekvensmodudulasjon ved hjelp av kondensatormikrofon.

Kondensatormikrofonen vil svinge i takt med lyden, og frekvensen vil variere i takt med svingningene i kondensatorens kapasitet. Vi skal senere se på en metode for frekvensmodulasjon av en sender. Etter at det frekvensmodulerte signal er inn-

Fig. 8.8. Diskriminator.

fanget av mottakerantennen og forsterket, ledes det vanligvis til en begrenser, som fjerner eventuelle amplitudevariasjoner. Etter begrenseren følger diskriminatoren, som gjenvinner det modu­ lerende signal. Diskriminatoren må derfor gi ut en spenning som er proporsjonal med den frekvens som faller inn. Dette kan man oppnå på mange måter, én er vist i fig. 8.8. Primær- og sekundærkretsene til transforma­ toren Tr 1 er begge avstemt til senterfrekvensen. Karakteristisk for en slik dobbeltavstemt trans­ formator er at spenningene på primær- og sekundærsiden er forskjøvet 90° i forhold til hver­ andre ved resonans, og denne faseforskyvningen vil variere hvis frekvensen avviker fra resonansfrekvensen. Signalet som tilføres diodene og RC-leddene (topplikeretting), vil derfor variere med påtrykt frekvens, og frekvens-demodulasjon er oppnådd.

Sammenligning mellom AM og FM Ved valg av AM og FM er kanskje spørsmålet om undertrykkelse av støy ved FM-systemene det viktigste hensyn man må ta. Når et støy signal overlagres det ønskede sig­ nal, vil både amplitude og fase påvirkes. Når det gjelder AM, vil amplitudepåvirkningen være sjenerende, variasjonen i fase spiller ingen rolle. Ved FM fjernes amplitudevariasjonen i begren­ seren, bare variasjonen i fase spiller noen rolle.

Men variasjonen i fase gjør seg lite gjeldende spesielt ved lave frekvenser når signalstyrken er god. Derfor nyttes FM mye ved kvalitetsoverføring (VHF-kringkasting og fjernsyn (lyd)). Jo større frekvenssving vi nytter ved FM, jo bedre blir støyundertrykkelsen. Derfor nytter man ved kvalitetsoverføring bredbåndet FM (frekvenssving ca. 100 kHz), mens man i kom­ munikasjonsanlegg nytter smalbåndet FM (fre­ kvenssving ca. 15 kHz).

58

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

ANTENNER For å få en betydelig utstråling av høyfrekvent signal fra en krets må denne være stor målt i den aktuelle bølgelengde. Man kan nytte lukkede

rammer som antenner, men åpne antenner er mest alminnelig.

Senderantenne En av de vanligste senderantenner er den vertikale kvartbølge-antennen, se fig. 9.1.

Hvis bølgelengden er så stor at det ikke er

bidrar den horisontale del ikke til utstrålingen, da strømmen går i motsatt retning i de to halv­ deler, se fig. 9.2. De vertikale antennene som er skissert, stråler ut vertikalt polariserte bølger, dvs. bølger med den elektriske feltvektor vertikalt. Den mest brukte antennen for horisontalt polariserte bølger er dipolen. Som rimelig er, stråler dipolen best på tvers av trådretningen. I og med at dipolen helst bør

praktisk å reise master som er ~ høye, kan man

henge minst — over bakken, fødes den fra sen­

nytte T-antenner der en horisontal topp bidrar til å øke strømmen i den vertikale delen. Ellers

deren gjennom en fødeledning (feeder) som van­ ligvis er en dobbeltlinje.

Senderen driver vekselstrøm i antennen, men strømmens størrelse avtar oppover på grunn av den kapasitive returstrøm fra antennen mot jord. Det danner seg en stående bølge på an­ tennen, med et spenningsmaksimum og strømminimum i antennetoppen.

Fig. 9.1. Vertikal kvartbølge-antenne.

Fig. 9.2. Vertikal T-antenne.

Mottakerantenne En mottakerantenne er en åpen krets som en elektromagnetisk bølge induserer spenning i. Mottakerantennen tar energi fra bølgen, som den leverer til mottakeren. Det er nært slektskap mellom sender- og mottakerantenne. De samme antennetyper nyttes normalt, men senderantennene må tåle langt høyere spenninger enn mottakerantennene. Ofte karakteriseres en mottakerantenne ved sin effektive lengde. Hvis feltstyrken er E volt/m

og den induserte spenning er U volt, defineres den effektive lengde slik:

i eff - 5 E\ anlige mottakerantenner bør om mulig plaseres høyt og fritt, og tapene bør gjøres så små som mulig. De største tapene finner vi nor­ malt i jordingssystemet. Effektiv jording og en høy og fritt beliggende mottakerantenne er ofte nøkkelen til god mottaking.

59

9. Antenner

Ved mottaking av fjernsyn nyttes ofte direktive antenner, dvs. antenner som mottar mest fra en bestemt retning. Retningsvirkningen blir oppnådd ved. passive reflekterer og direktorer. En enkel vertikal tråd stråler likt i alle retninger i horisontalplanet. La oss gå ut fra at vi setter to

slike antenner i en avstand av — fra hverandre, og mater dem med strøm av samme amplitude og fase. Den resulterende stråling vil bli null i forbindelseslinjene og maksimum på tvers. Dette skyldes at strålingene i forbindelseslinjen vil oppheve hverandre fordi de to bidrag har en gangvei som er

(180°) forskjellig. På tvers er

interferensen konstruktiv. Men vi behøver ikke å mate alle antennene i et direktivt antennesystem. Direkte matede ele­ menter kalles aktive, de elementer som ikke drives, kalles passive. Feltet fra de aktive ele­ menter vil drive strømmen i de passive, og disse strømmene vil igjen forårsake strålingsfelter. Antennen som er vist i fig. 9.4, er nettopp en slik kombinasjon av aktive og passive ele-

menter. I figuren er vist en aktiv antenne (A) og

to passive, B og C. Antennen A er omtrent ylang, mens B er noe kortere, C noe lengre.

Avstanden mellom A og B er ca.

. Et slikt

enkelt arrangement vil stråle mest i retningen A-B og minst i retningen B-A. Dette skyldes at den induserte strøm i B, fordi antennen er kort (kapasitiv), vil ha en slik fase at strålingen er konstruktiv i retningen A-B. Hvis vi i tillegg har en antenne C i

avstand fra A og noe lengre

enn —, vil faseforholdene i antennen være slik (induktiv) at strålingen fra denne strømmen ytterligere vil forsterke strålingen i retningen A-B. Antenne C er reflektor, mens B er direktor. En antenne som den som er beskrevet her, nyttes som mottaker antenne for fjernsyn. Ett problem har vi ikke nevnt, nemlig fødingen av en slik antenne. Prinsipielt har vi to typer kabler, de symmetriske, som oftest er uskjermet, og de usymmetriske, som oftest kalles koaksiale kabler, og som er skjermet, se fig. 8.5.

ireflektor

Usymmetrisk koaksialkabel

Symmetrisk kabel

Fig. 9.5. Antennekabler.

Vertikalt snitt

Fig. 9.4. Direktiv antenne.

En symmetrisk antenne, som er vist i fig. 9.4, kan direkte fødes med en symmetrisk kabel. Men ofte foretrekkes skjermede, usymme­ triske kabler, og da må man i tilkoplingspunktet foreta en balanse-til-ubalanse kopling. Det kan gjøres ved hjelp av en transformator eller ved et arrangement av kabler.

Spesielle antenner for meget korte bølger Ved meget korte bølger (desimeter og centi­ meter) brukes vanligvis antenner med reflekter­ ende speil, som regel parabelformede omdreiningsflater. Disse speilene fødes fra en liten dipolantenne eller et horn, og speilet samler strålingen i den ønskede retning på samme måte som et optisk speil samler lysbølgene. Det finnes speil i forskjellige størrelser, fra de

minste som nyttes i mobile kommunikasjons­ anlegg ved cm-bolger, til de aller største med diameter på 20 m, som nyttes ved de moderne kommunikasjonsanlegg basert på spredningsfenomener. Retningsvirkningen av slike store antenner blir betydelig, strålen samles i en trang bunt med en åpningsvinkel som kan være under 1 grad i både det vertikale og det horisontale plan.

60

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fig. 9.6. Stor mikrobølgeantenne.

Peileantenner Antenner med retningsvirkning brukes bl. a. til radiopeiling. Den mest nyttede peileantenne er fremdeles den gamle rammeantennen, som i realiteten er en stor spole og derfor ingen åpen antenne. La oss tenke oss at en elektromagnetisk bølge faller inn fra venstre med elektriske (E) og magnetiske (H) vektorer som antydet på fi­ guren. Den induserte spenningen kan beregnes ut fra den magnetiske feltstyrke H. Den vil bli pro­ porsjonal med den magnetiske fluks, som igjen er proporsjonal med arealet av rammen loddrett H, dvs. med cos a. Spenningen som induseres, er derfor proporsjonal med cos a. Dette gir et

10. Bølgeforpiantning

retningsdiagram av åttetall-form. Ved a = 90° er den induserte spenning null. Da maksimum er uskarpt, mens minimum er skarpt, nyttes antennen som nullinstrument ved selve peilingen. Men rammen er tvetydig. Den kan ikke skille

61

mellom a = 10° og a = 190°, f. eks. Dette kan rettes på ved et såkalt «sense»-arrangement. I fig. 9.7 er vist en peileramme for fly i sin strømlinjeformede dom.

BØLGEFORPLANTNING Radiobølgene kan gå fra senderantennen til mottakerantennen på mange måter. Men det er vanlig å skille mellom to hovedtyper av bølge­ forpiantning, nemlig jordbolgeforplantning og

ionosfæreforplantning. I det første tilfelle spil­ ler jorden en større eller mindre rolle, i det siste tilfelle er ionosfæren av avgjørende be­ tydning.

Jordbolgeforplantning Hvis vi har en kort vertikal antenne på plan jord med ideell ledeevne, vil feltstyrken i E bli

E = 300

mV/meter. d ' Her måles den utstrålte effekt i P i kW, avstanden fra senderen d måles i km. Nå har ikke jorden ideell ledningsevne, og dess­ uten er den krum. Begge disse faktorer modifi­ serer feltstyrken. Både jordtapene og skyggetapet på grunn av krumningen tiltar sterkt med frekvensen, og formelen ovenfor gjelder bare for sjøvann og ved frekvenser under 100 kHz og

opp til avstander på 1000 km. Ved en frekvens på 1500 kHz og vanlig jordsmonn gjelder for­ melen bare ut til 1 km. Ved større avstander må vi ta hensyn til jordtapene. Det finnes kurver som gir feltstyrken som funksjon ikke bare av P og d, men også av jords­ monnets elektriske egenskaper og av frekvensen. Alle disse kniver viser klart at den rene jord­ bolgeforplantning egner seg best for kortere distanser og lave frekvenser. Kringkastingen f. eks. nytter jordbolgeforplantningen i langbolge- og mellombolge-båndet. Nær senderen, i

62

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

det primære dekningsområde, er feltet stabilt til alle døgnets og årets tider. Det var den store tyske fysiker Sommerfeld som i 1909 løste det kompliserte matematiske problem med radiobølgens forplantning over

jorden. Hans arbeid er senere blitt utvidet og supplert av engelskmannen T. L. Eckersley, og av nederlenderne Bremmer og van der Pobl med flere.

lonosfæreforskning Tidlig i radioteknikkens pionertid ble man klar over at de korte bølger med bølgelengde mellom 10 og 100 m kunne nå meget langt — ja, rundt jorden, til tross for at de energimengder man nyttet, var små. Årsaken til dette er at det i den øvre atmosfære fra 80 km og oppover er elektrisk ledende lag, og at disse virker som reflektorer for bølgene. Bølgene trenger derfor ikke å følge jordens overflate med de store tap og den store skyggedempning man har der. Den øvre del av jordens atmosfære fra 70 km og oppover kalles ionosfæren. Gassene der er ioniserte, dvs. de atomer og molekvler gassene består av, er positivt ladet, da de hver ha) mistet et elektron som kan bevege seg fritt mellom de tunge atomkjernene. Ionosfæren består av en rekke hovedområder, D-, E- og F-områdene. I hvert område er det ofte flere ioniserte lag.

De ioniserte lag skyldes kortbølget stråling fra solen. Det kan være ultrafiolett stråling, eller enda mer kortbølget stråling, f. eks. røntgen­ stråling. I atmosfæren er det mange forskjellige

gasser. Hver enkelt gass lar seg ionisere — dvs. splitte opp elektroner og positive rester — av et bestemt bolgelengdeområde. Høyt oppe er det lite av vedkommende gass, derfor blir det få frie elektroner. Langt nede er all ioniserende stråling brukt opp, derfor blir elektrontettheten lav. Men i en viss høyde danner ionisasjonen og elektron­ tettheten et maksimum. Dette er mekanismen bak dannelsen av et ionisert lag. Flere lag får vi fordi det er flere forskjellige gasser i atmo­ sfæren, som lar seg ionisere av andre bølgelengdeområder. Vi ser at elektrontettheten i ionosfæren vil variere med solhøyden, dvs. med året og over døgnet, og med solstrålingens intensitet. Intensi­ teten måles best ved hjelp av det såkalte solflekktall, som er et mål for strålingen fra solen. Solflekktallet har en elleveårig periode. 1957 var et solflekkmaksimum-år av uvanlig intensitet. Hvis en radiobølge sendes opp mot ionosfæren, vil den kunne reflekteres. Betingelsen for reflek­ sjon er at den nyttede frekvens er lavere enn en bestemt kritisk frekvens som er gitt ved lagets maksimale elektrontetthet. Den høyeste frekvens som kan reflekteres ved loddrett innfall fra et lag med maksimal elektrontetthet N per/cm3, er f = 9 ]/N kHz. Hvis derfor N er 104 elektroner/cm3, så er den høyeste frekvens som kan reflekteres f = 900 kHz. Siden de laveste lag av ionosfæren er minst intense, vil dette si at lave frekvenser (lange bølger) blir reflektert langt nede i ionosfæren, mens høye frekvenser blir reflektert høyt oppe, i siste omgang fra F2-laget, som er det viktigste fra et praktisk synspunkt. Vi nevnte ovenfor at de forskjellige ionosfærelag bare reflekterer bølger ved loddrett innfall opp til en viss kritisk frekvens, som direkte er gitt ved lagenes maksimale elektrontetthet. Ved skrått innfall kan vi populært si at den retningsforandring som trengs for refleksjon er mindre, og at det derfor trengs lavere elektrontetthet for å oppnå refleksjoner enn ved loddrett innfall. Ved refleksjon fra et bestemt lag kan vi derfor si

63

10. Bolgeforplantning

at man ved skrått innfall kan nytte høyere frekvenser, dvs. kortere bølger. Mens det nor­ male E-lag i 110 km høyde midt på dagen og om sommeren kan reflektere ca. 4 MHz ved loddrett innfall, kan vi ved skrått innfall, f. eks. i for­ bindelse med et radiosamband Oslo—Vardø, få reflektert bølger opp til 12 til 15 MHz. Ved radioekkoundersøkelser kan ionosfæren holdes under stadig observasjon. Ved slike under­ søkelser sendes impulser opp mot ionosfæren, og vi mottar ekko fra de forskjellige lag, avhengig av den frekvens vi nytter. I fig. 10.2 er vist et såkalt h’f-snitt eller et ionogram, der refleksjonshøyden for de forskjellige lag er gitt som funksjon av frekvensen.

ionosfæren forutsi hvordan dens egenskaper vil være framover i tiden, f. eks. 6 måneder. Videre kan vi regne om fra loddrett innfall til skrått, og endelig vet vi at svekkingen er mindre ved høyere enn ved lave frekvenser. Ved et visst samband, la oss si Oslo—London, er det derfor en øvre frekvensgrense som man kan forutsi. Videre er det en nedre grense, som er gitt ved at lavere frekvenser blir så sterkt svekket at de ikke kom­ mer fram. Begge grenser er avhengige av klokke­ slett, måned og år. I fig. 10.3 er vist en frekvensforutsigelse med den øvre MB F (Maksimalt brukbare frekvens) og den nedre LBHF (Lavest brukbare hoy-frekvens). Vi må velge våre arbeidsfrekvenser mellom de to grensene.

Fig. 10.3 Frekvensforutsigelse.

Nederst ser vi den utsendte jordbolgen. Opp til ca. 3 MHz har vi refleksjon fra E-laget, mens vi i området 3 til ca. 7 MHz har refleksjon fra F-laget. Den høyeste frekvens som kan nyttes ved loddrett innfall, er i dette tilfelle 6,8 MHz. Legg merke til at h’f-bildet tilsynelatende er dobbelt. Det er et svakere bilde ca. 0,7 MHz forskjøvet til høyre. Dette skyldes at ionosfæren på grunn av jordens magnetiske felt er dobbeltbrytende. Av ionogrammet ovenfor ser vi ikke noen refleksjon fra det lave D-lag i ca. 80 km høyde. Dette skyldes dels at D-lagets elektrontetthet er så liten at dets kritiske frekvens er lavere enn 0,6 MHz, som er ekkoapparaturens nedre frekvensgrense. Dels skyldes det at svekkingen av radio­ bølgene ved de laveste frekvensene er for stor til at ekko kan registreres. Den svekking en radio­ bølge utsettes for i ionosfæren, er nemlig omtrent omvendt proporsjonal med frekvensen i kvadrat, dvs. Sv ~ i

Ved radioekkoapparatur kan vi studere ionosfærens reflekterende egenskaper ved loddrett innfall, videre kan vi ut fra vårt kjennskap til

Kortbølgebåndet som ligger mellom LBHF og MBF, er således av stor praktisk betydning, og det er lett å forstå at alle er interessert i flest mulig eksklusive frekvenser i dette bånd. Videre er det lett å forstå at hver tjeneste ikke får nytte et bredere bånd enn høyst nødvendig. Kortbølgekringkasting f.eks. er tildelt 9 kHz totalt. Dette vil si, siden begge sidebånd over­ føres, at den høyeste modulasjonsfrekvens er 4,5 kHz. Den frekvensforutsigelse som er gitt i fig. 10.3, kan sies å representere en forutsigelse av de normale forhold. Men ofte har vi i ionosfæren forstyrrelser av forskjellig slag. Mest kjent er den såkalte Dellinger-fade, som skyldes utbrudd på solen. Det ledsages av kraftig kortbølget ut­ stråling, som igjen ioniserer D-laget opptil 10 ganger så intenst som normalt. Dette øker svek­ kingen av radiobølgene, og ved sterkere utbrudd er all radiokommunikasjon via ionosfæren på den solbelyste del av jorden umulig. En annen type forstyrrelser er de såkalte magnetiske stormer, som er intimt knyttet til ionosfæriske forstyrrelser. De normale lag brytes opp og blir dårlige reflektorer.

64

Finn Lied og H. Schitøz: Radio, radar, asdic, automasjon

Spredningsforplantning Vi har hittil sett på refleksjon av radiobølger fra ionosfæren. På tilsvarende måte kan mikro­ bølger og kortere bølger også reflekteres fra lagformede inhomogeniteter i den lavere tropo­ sfære, og dette kan gi ekstraordinære rekkevidder. Men i tillegg til ved refleksjon, kan radiobøl­ gene også nå bak horisonten ved spredning fra irregulariteter. Vi kjenner i virkeligheten alle spredningsmekanismer. Hvis vi sitter i et mørkt rom og sollyset faller inn gjennom et hull, kan vi fra siden se lysstrålen, spesielt hvis det ei støv eller røyk i rommet. Det som foregår, er at Ivset treffer støvet eller røykpartiklene, og disse igjen sender lyset ut i alle retninger, også ut av lys­ strålen. På tilsvarende måte vil en radiostråle når den treffer irregulariteter i tropo- og iono­ sfæren, bli spredt i alle retninger, også mot en mottaker på jorden. Tropospredningen er mest aktuell opp til ca. 400 km, mens ionospredningen kan nyttes opp til 2000 km. De signaleffekter man kan få fram ved spredningstransmisjonen,

Fig. 10.4. Spredningsforplantning.

er rimeligvis små, siden hovedenergien går rett fram og ut i verdensrommet. Vi må nytte kraftige sendere og store antenner (konferer figur 9.6). Ved tropospredning nyttes bølgelengder fra 5 cm til 1 m, ved ionospredning nyttes bølge­ lengder fra ca. 5 til 10 m.

Oppsummering La oss prøve å summere opp bølgeforplantningsforholdene i de typiske bølgebånd. Langhelgene forplantes over kortere avstander som jordbølger, men over avstander ut over 1000 km spiller refleksjon fra D-laget stadig større rolle. Signalet er da underkastet variasjo­ ner i styrke, som er knyttet til ionosfærens variasj oner. Mellombølgene reflekteres over kortere avstan­ der som jordbølger. Om dagen er det for øvrig den helt dominerende forplantningsmekanisme, siden mellombølgene om dagen blir absorbert i o o D-laget. Om natten er D-laget sterkt redusert, og bølgene blir reflektert fra E-laget. Dette gir årsak til god mottaking om natten av fjerne stasjoner på mellombølge. Men ved midlere av­ stander, ca. 100 til 400 km, kan det registreres en sjenerende interferens mellom jordbølge og rombølge (pumpesonen). Kortbølgene har liten jordbølgerekkevidde. Men

bølgene er spesielt viktige for transmisjon over lange avstander på grunn av de gode refleksjonsforhold i ionosfæren. Det brukbare frekvensom­ rådet er underkastet variasjoner i samsvar med distanse, tidspunkt, årstid etc. Meterbølger blir normalt ikke reflektert fra ionosfæren, men kan spredes fra irregulariteter i elektrontettheten. Da har vi muligheter for spredningstransmisjon. Men ved meterbølger prøver man normalt å etablere «fritt sikt» mel­ lom sender og mottaker — det gjelder spesielt ved såkalte radiolinjer. Centimeterbølgene er nesten optiske i sine egen­ skaper, og man bør ha optisk sikt mellom sender og mottaker. Bølgene har liten evne til å trenge ned bak forhindringer eller til å bøyes langs jor­ dens krumning, men spredningseffekter kan fore­ komme. Når vi kommer under 3 cm, vil svekkingen i luften få betydning, spesielt er svekkingen ikke ubetydelig i regn og under snøfall.

Fading A i har nevnt at hvis en mottaker blir nådd både av et jordbølgesignal og et rombølgesignal,

vil de to signalene ikke alltid samvirke konstruktivt. Det kan likså godt hende at signalene er i

65

11. Komponenter

motfase, og det resulterende signal kan bli lite eller null hvis de to interfererende signaler er like sterke. Et signal når ofte en mottakerantenne langs flere veier, og vi kan få en addisjon av flere komponenter. Dette leder til at det resulterende signal vil variere i styrke med tiden — det vil fade. Videre kan nærliggende frekvenser bli overført på forskjellig måte — selektiv fading. Det kan således lett hende ved et AM-signal at det ene sidebånd er svakt, mens det andre kan være sterkt. Videre kan faseforholdene bli gale. Dette leder til forvrengning.

Det finnes måter å bekjempe fadingen på. Blant annet kan vi nytte flere antenner samtidig med flere mottakere. Hvis antennene er mange bølgelengder fra hverandre, vil signalene ikke fade i takt i alle antennene, og vi kan oppnå stor forbedring ved alltid f. eks. å velge det sterkeste signal. Dette kalles «diversity»-mottaking. Jordbølgesignalet fader ikke, og er derfor lett å skille fra et ionosfære-reflektert signal, som nesten alltid fader.

KOMPONENTER Vi har i de foregående kapitler sett at elek­ troniske apparater i hovedsaken er bygd opp av følgende komponenter:

Motstander Kondensatorer Spoler Transformatorer Rør Transistorer Dioder Integrerte kretser

En del av disse komponentene har vi i prinsipp hatt siden elektronikkens barndom, men det er en veldig utvikling fra den gang man nyttet en blyantstrek på et papirstykke — i beste fall med et overtrekk av skjellakk — som gitterlekk, til de høykvalitets motstander som nå nyttes. I dag stilles det meget strenge krav til kom­ ponentene, men kravene er forskjellige, alt etter hva komponentene skal nyttes til. I tabell 1 er antydet forskjellige anvendelser og de gene­ relle krav som stilles. Disse generelle krav må konkretiseres, og dette skjer gjennom vedtatte spesifikasjoner. I Norge har vi ikke vedtatte spesifikasjoner, men i alle større land, spesielt i England og USA, er spesi­ fikasjoner utarbeidet for alle typer komponenter. Det kan nevnes at Norge er representert i IEC (International Electrotechnical Commission) med hovedsete i Genéve. Organisasjonen ut­ arbeider bl. a. forslag til internasjonal standard­ isering av komponenter, og metoder for prøving av komponenter og krav til komponentene. Generelt kan man si at de fleste spesifikasjons5 — Teknikk II

typer som finnes, forteller i hvert fall hva kom­ ponentene skal tåle av temperatur og fuktighet. Klasse

Anvendelse

Krav

। Kommersiell

Radio, fjernsyn

Lave priser, lang leve­ tid. Miniatyrisering og innstøpning kreves ikke

। Profesjonell

Televerket, kringkasting, prøveutstyr, in­ strumenter, indu­ striell elektro­ nikk

Priser kan være høy­ ere, funksjonssikkerhet vitalt. Stabile egenska­ per kreves

Militær (a)

Radio og radar for bakke og fly, skipsmateriell

Høy funksjonssikker­ het, må tåle alt slags klima og dekke vide temp eraturomr åder. Lette og små kompo- • nenter

Militær (b)

Fjernstyrte våpen

Høy funksjonssikkerhet, kort operasjonstid, lang lagringstid. Subminiatyrisering nødvendig, komponentene må kunne innstøpes. Ekstremt temperaturområde

।

1

j 1

Tab. 1. Generelle krav til komponenter.

Når det gjelder temperatur, finner man for de mest krevende anvendelser at komponenten (f. eks. en integrert krets) skal operere korrekt over temperaturområdet —55° til -!-125°C.

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

66

Motstandsdyktighet mot fuktighet prøves gjerne ved at man underkaster komponenten en bestemt temperatursyklus mens den relative fuktighet blir holdt over 90%. Når det gjelder mekaniske påkjenninger, er det oftest sjokk, akselerasjon og vibrasjon som er spesifisert. Sjokk er en kortvarig akselerasjon (fall mot hardt underlag), mens akselerasjonsspesifikasjonen angir en kontinuerlig påkjenning. Vibrasjonspåkjenning uttrykkes ved vibrasjone­ nes amplitude og frekvens. Den sistnevnte prøve vil kunne avsløre mekaniske resonanser, noe som er en alvorlig trusel mot komponentenes pålite­ lighet. Det finnes i dag en rekke avanserte laborato­ rier som er spesielt utstyrt for å kunne gjennom­

føre prøveprogrammer for å fastslå påliteligheten av elektroniske komponenter. Det utstyr som man her først og fremst benytter seg av, er klimaskap, der temperatur, fuktighet og trykk kan kontrolleres. Videre finnes det apparatur for mekaniske prøver, slik som vibrasjonsmaskiner, sentrifuger osv. De firmaer som leverer komponenter etter anerkjente spesifikasjoner, leverer normalt meget gode komponenter. Men hvis vi husker at det i en elektronisk regnemaskin kan være 100 000 kom­ ponenter, og at det er nok at én er defekt for å stoppe maskinen, forstår vi at kvalitetskomponenter har vært en betingelse for elektronikkens frammarsj.

Motstander Motstander måles elektrisk sett i ohm, og den effekt de kan tåle, måles i watt. Følgende av­ ledede enheter nyttes: ohm fl kiloohm k Q Megaohm MQ Motstandsverdiene for faste motstander indi­ keres enten ved påstemplet verdi eller ved fargekode. Ved bruk av fargekode indikeres motstandsverdi og toleranse ved hjelp av farge-ringer eller -flekker. Den mest brukte er fire-bånds fargemerking, se tab. 2. Dette systemet brukes nå i de fleste land, og er av IEC anbefalt som inter­ nasjonal standard. Farge Sølv Gull Svart Brun Rød Oransje Gul Grønn Blå Fiolett Grå Hvit Ingen

1. bånd

2. bånd

3. bånd

4. bånd

1. tall

2. tall

Faktor

Toleranse

— — — 1 2 3 4 5 6 7 8 9 —

— 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 —

io-2 10'1 1 10 102 10s 104 10‘ 106 10’ 108 10’ -

± io % ± 5% ± 1 % ± 2%

I enkelte tilfelle kan vi finne flere enn fire fargeringer på en motstand som er merket etter det system vi har nevnt. Disse ekstra fargemerkene kan f. eks. fortelle om motstandens typenr., fabrikasjonsår etc. De skal være plasert slik at de ikke kan forveksles med verdi og toleransemerkingen. En motstand med første ring brun, annen grønn, tredje oransje og fjerde gull er en 5 % motstand på 15 kQ.

Fig. 11.1. Eksempel på fargemerking.

Motstander leveres ikke i alle mulige verdier. Visse verdier er standardisert. De standardiserte verdier er valt etter et bestemt system, slik at første linje i tabell 3 svarer til 20% tole­ ranse, verdiene i første og annen linje svarer tilsammen til en toleranse på 10%, mens alle verdiene tilsammen svarer til en toleranse på 5%. 10

22

15

± 20 %

11

13

16

47

33

18

12

20

24

30

36

100

68

39

27

56 43

51

82 62

75

91

Tab. 3. Foretrukne motstandsverdier. Tab. 2. Internasjonal fargekode.

Det første bånd skal alltid finnes nærmest en av motstandens ender.

Ønskes større verdier enn de som finnes i tabellen, multipliseres med 10, 100 etc. En mot­ stand på 47 kQ er således en foretrukken verdi.

11. Komponenter

Vi har en rekke typer av motstander. For generelle formål er kullkomposisjonsmotstandene og komposisjonsmotstander av filmtypen mest nyttet. I fig. 11.2 er vist tre praktiske utform­ inger, kvaliteten er stigende nedover i figuren. Komposisjonsma teria le

Inn stop t trådende

Termoplast

Fig. 11.2. Motstandstyper.

Den øverste motstand i fig. 11.2 er en komposisjonsmotstand av den åpne, uisolerte type. Komposisjonsmaterialet består av kull og et harpiksbindemiddel. Den midterste motstand er av den isolerte type. Den nederste motstand er av film-typen. Disse lages på den måten at den keramiske kjernen trekkes gjennom en flytende kullblanding, slik at det dannes et jevnt lag av motstandsmateriale på utsiden av røret. Motstandsflaten kan snittes opp spiralformet foi å gi større motstand. Trådviklede motstander for høye effekter vikles med motstandstråd på keramiske staver eller rør. Vi skjelner mellom glaserte, lakkerte, sementerte og åpenviklede. Trådviklede mot­ stander belastes vanligvis sterkt, og de avgir

67

mye varme som må ledes bort. Man må forhindre at flere motstander monteres for nær hverandre. For spesielle anvendelser trengs motstander med høy stabilitet. Den mest nyttede type for dette formål er metallfilm-motstanden. Den kan fås med toleranse ned til iO,l% eller mindre og med en temperaturkoeffisient under 0,003%/°C. Variable motstander nyttes også i elektronik ­ ken i utstrakt grad, f. eks. til volumkontroller etc. De mest alminnelige typer består av kullkomposisjon på et basismateriale med en kontakt som kopler til en større eller mindre del av motstan­ den. Slike motstander har en toleranse på ca. i 20% og tåler ca. 20 000 vridninger av kontrollknappen. De trådviklede motstander kan leveres med trangere toleranser. Spesielle tråd­ viklede variable motstander til regnemaskiner etc. kan leveres med meget høy stabilitet og med en nøyaktighet bedre enn 0,25%. Variable mot­ stander (potensiometrene) er vanligvis ikke så driftssikre som faste motstander. De forårsaker ofte støy på grunn av dårlige kontakter.

Fig. 11.3. Trådviklet og kullkomposisjons-potensiometer av kommersiell kvalitet.

Kondensatorer En kondensators kapasitet måles i farad, men denne enheten er meget stor, slik at de beteg­ nelser man vanligvis støter på, er mikrofarad (pF), nanofarad (nF) og picofarad (pF) 1 pF = 10~6 F 1 nF = 10~9 F 1 pF = 10~12 F Kondensatorene leveres hovedsakelig i de samme foretrukne verdiet som motstander, bort­ sett fra kondensatorer over 1 pF, som også

leveres dels etter rekken 5, 10, 25, 50, 100 pF osv., og dels i oktavrekke 2, 4, 8, 16 pF osv. Oktavrekken synes å gå ut av bruk etter hvert. Av kondensatortyper har vi et stort antall. Vi skal nevne de viktigste. a) Papirkondensatorer Faste kondensatorer med impregnert papir lages på den måten at man ruller sammen to metallfolier med en papirisolasjon imellom. Metallelektrodene er oftest av aluminium, men

68

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fig, 11.4. Rulleblokk-kondensator.

kan også utføres av tinn eller kopper. Papiret er av spesialutførelse og tørkes og impregneres i voks eller olje. Papirtykkelsen er ca. 1/100 milli­ meter. Kondensatoren blir etter rulling tørket og impregnert i vakuum. b) Metallisert papirkondensator (MP) Denne kondensatoren framstilles ved sprøyting eller fordampning av metall på papir. Papiret rulles så sammen til en sylindrisk blokk. Denne metoden har den fordel at metallfoliet blir så tynt som mulig, og kapasiteten pr. volumenhet stor. Metalliserte papirkondensatorer kan repa­ rere seg selv etter gjennomslag, fordi metallbelegget er så tynt at det fordamper der gjennom­ slaget finner sted.

e) Glimmerkondensatorer Glimmer forekommer i naturen og er et stoff med lave elektriske tap og bøy gjennomslagsfasthet. Mellom glimmerskivene plaseres metallfolier av messing, tinn eller kopper, og det hele klemmes sammen ved hjelp av klemmer. Kon­ densatorene støpes ofte inn i plast eller bare i voks. Glimmerkondensatorene nyttes særlig som koplingskondensatorer i høyfrekvenskretser, spe­ sielt i sendere, da kondensatorene tåler betydelig høyfrekvensstrøm. Ved å sprøyte et belegg av sølvoksyd på glimmerplatene og så oppvarme det hele fra 400 til 500° C, vil vi få et rent sølvlag på glimmeret. d) Keramiske kondensatorer De keramiske materialer som nyttes som dielektrikum — isolermateriale — i kondensato­

rer, er naturlige mineraler som renses og presses eller støpes til de former som ønskes, rør, skiver eller hatter. Den rørformede kjernen blir metallisert ut­ vendig og innvendig, og dermed er kondensatoren ferdig. Keramiske kondensatorer med høy e har et dielektrikum som består av bariumtitanat. Den dielektrisitetskonstant vi kan regne med, er fra 100 til 1000. Kondensatorene blir derfor meget små, men kapasitetsverdiene er sterkt avhengige av temperatur, spesielt hvis dielektrisitetskon­ stanten er høy. I de senere år har de keramiske kondensato­ rene gjennomgått en markant utvikling i retning av miniatyrisering og høy stabilitet. For anven­ delser i høykvalitetsutstyr finnes i dag keramiske kondensatorer (sylindriske) med diameter 2,5 mm og lengde 5 mm for kapasitetsverdier opp til 22 nF. Kapasitetsverdien varierer mindre enn d: 1% over temperaturområdet —55 °C til d_125°C.

e) Plastkondensatorer Som dielektrikum blir ofte nyttet polystyren. Polystyrenen blir sprøytet ut i oppvarmet til­ stand som et flatt bånd som blir strukket ut i to retninger, vinkelrett på hverandre, og avkjølt i denne tilstand. Etter denne prosess vil molekylkjedene i polystyrenen ligge i filmens plan. Orienteringen holder seg uforandret hvis ikke materialet blir varmet opp til over 90° C. Da vil også tykkelsen av filmen øke. Dette forhold benytter man seg av under framstillingen. Kon­ densatoren med plastisolasjonen blir etter sammenrullingen varmet opp slik at dielektrikum

69

11. Komponenter

utvider seg og danner en blærefri kontakt med metallflatene. Resultatet er en stabil konden­ sator. For å oppnå høyere prøvespenning på kondensatorene nyttes ofte flere lag plastfilm mellom foliene, som vanligvis er av aluminium. Plastkondensatorene har meget lave tap og kan holde ladningen lenge. Dette nyttes i regne­ maskiner, og i annet utstyr der det kan være aktuelt å holde lenge på ladningen. f) Elektrolyttkondensatorer Enkelte metaller som aluminium, tantal, vanadium, magnesium og andre kan lett forsynes med et dielektrisk oksydbelegg ved hjelp av en elektrolytisk formering. Tykkelsen av den iso­ lerende film som dannes, er bare ca. 10'4 mm. Dette er årsaken til at kapasiteten av en kon­ densator som er dannet på denne måte, er så høy. Det lages våte og tørre elektrolyttkondensatorer. Den store fordelen med elektrolyttkondensatorene er at de har høy kapasitet, opp til ca. 10000 [iF, og lite volum i forhold til kapasiteten. Manglene ved dem er flere, spesielt har de store tap og kapasiteten kan variere sterkt. De må alltid ha en polariserende likespenning under drift.

I kondensatorer med etset folie er anodefolien etset før formeringen for å oppnå okt anodeoverflate og dermed sterkt okt kapasitet, opptil 8 ganger i forhold til glatt folie. g) Tantalkondensatorer Tantalkondensatorer av pilleform framstilles ved sintring av presset tantalpulver i vakuum, og montering i en sølvkapsel som inneholder en elektrolytt som består av svovelsyre. Tantalpillen er anode, og sølvkapselen er katode. Forseglingen utføres ved hjelp av en plastring. Tantalfoliekondensatorene lages som aluminiumfolietypen, bortsett fra at elektrodene består av tantal. Disse kondensatorene har spesielt høy kapasitet og små tap. Karakteristisk for tantalkondensatorene er at de har meget små dimensjoner i forhold til ka­ pasiteten. Stabilitet og temperaturbestandighet er langt bedre enn for aluminium elektrolytt­ kondensatorer. Til gjengjeld er prisen en god del høyere. Vanlig kapasitetsområde er fra 0,1 p,F til ca. 100 p,F. Tantalkondensatorene har vunnet sterkt innpass i konstruksjoner hvor det stilles strenge krav til lite volum og høy pålitelighet.

Spoler Kravet til de svingekretser vi har studert, er som regel høy Q-verdi, god mekanisk og elektrisk stabilitet og lav temperaturkoeffisient, dvs. små endringer med varierende temperatur. Q-verdien bestemmes vesentlig av spolens tapsmotstand, som består av: a) likestrømsmotstanden i vindingene, b) tilleggsmotstand på grunn av stromfortrengningen (skinneffekt), c) tilleggsmotstand på grunn av naboeffekt (hvirvelstrømmer indusert i en vinding på grunn av andre vindingers felt), d) tilleggsmotstand på grunn av hvirvelstrøm­ mer som induseres i andre metalldelcr, f. eks. i chassis eller i skjermbokser. En praktisk måling viser at tapsmotstanden øker omtrent proporsjonalt med co. Innen rime­ lige verdier for co er derfor Q-verdien konstant, siden Q-verdien er definert som

Q =

.

Små spoler vikles med isolert tråd som enkle sylinderspoler. Spesielt gode spoler vikles på

profilror av keramikk, eller det brukes vindinger av sølv som er direkte påbrent keramikken. Ved å tilpasse utvidelseskoeffisientene kan man oppnå at selvinduksjonen varierer lite med temperatuien. Større spoler vikles i flere lag og utføres ofte som kryssviklede spoler. Jernkjerner nyttes ofte. Av hensyn til hvirvelstromtapene må jernet fordeles som fint pulver i en isolasjonsmasse. Den effektive permeabilitet er ca. 10. De såkalte Ferroxcube materialer er jernoksyder som er utviklet spesielt som kjernematerialer ved hoye frekvenser. Kjernene leveres i potteform eller med vanlige E- og L-profiler. Med disse materialer kan spoler konstrueres med høy Q, selv ved meget betydelige selvinduksjoner. Her er en tilnærmet formel for en enlags sylinderspole. fl 2 y» 2

L =2

10'3 iJ"

1 = lengde i mm

70

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

d = diameter i mm n = tørntall • Eksempel: Beregn selvinduksjonen av en spole med diameter 20 mm og antall tørn lik 100. Spolens lengde er 40 mm. Vi finner L = 2 -2°10-3 = 80 pli Fig. 11.5. Sylinderspole.

ZU -f- OU

Transformatorer En transformator er et apparat som kan for­ andre en elektrisk effekt av en bestemt spenning til effekt med en høyere eller lavere spenning. Transformatoren er stasjonær, uten bevegelige eller roterende deler, og kan bare brukes for vekselstrøm. Transformatoren nyttes f. eks. i kraftforsyningsnettet for å oppnå en økonomisk overføring av energi, eller for forandring av nettspenningen til den ønskede verdi for tilkopling av elektriske apparater til nettet. I svakstrømsteknikken nyttes transformatoren f. eks. til over­ føring av energi mellom kretser på en ønsket måte. Fig. 11.6 viser prinsippet for en transfor­ mator. Kjernen K, som danner en lukket, mag­ netisk krets, er omviklet av en primærvikling P og en sekundærvikling S. Skal vi forklare virke­ måten på en enkel måte, forutsettes det at vi ser bort fra tapene i kjernen og i viklingene, og at sekundærviklingen til å begynne med er brutt. Hvis en vekselspenning tilføres primærviklingen, vil det i denne flyte en meget liten magnetiseringsstrøm. Strømmen vil produsere et magnetisk vekselfelt i kjernen, som er tilstrekkelig til å indusere en motspenning i primærviklingen som opphever den påtrykte spenning. Denne spen­ ningen er gitt av formelen Uj = 4,44 f Ni BA • IO'8 volt,

tilleggsstrøm i primærviklingen, som er til­ strekkelig til å opprettholde fluksen BA i kjernen. I en virkelig transformator (med tap) settes den primære tilsynelatende effekt Px = Ux

1,15 U2 I2 voltampére.

For en enfasetransformator, som vist i figur 11.6, finnes det effektive jerntverr snitt fra formelen

A = 700 1 P1 ‘ ^i/Gk cm2 r i ■ B •i der Gj/Gk er forholdet mellom jern- og koppervekt og i er strømtettheten i viklingene i A/mm2. f er frekvensen og B er induksjonen i Gauss.

der f er frekvensen i Hz, Nx er antall vindinger, A er det effektive kjernetverrsnitt i cm2, og B den maksimale flukstetthet i Gauss. Vekselfeltet i kjernen vil indusere en vekselspenning i sekundærutviklingen U2 = 4,44 f N2 B A • IO'8 volt.

• Eksempel: Gitt Uj = 220 V I2 = 1 A Gj/Gk = 3.0 f = 50 Hz B = 12 000 Gauss U2 = 8 V i = 2.8 A/mm2 Fra formlene ovenfor finnes A =2.84 cm2 N2 = 106 vind. N\ = 2910 vind. li = 41.4 mA.

Formlene viser at forholdet mellom spenning­ ene er direkte lik forholdet mellom vindings­ tallene. Når impedansen Z koples inn i sekundærvik­ lingen, vil belastningsstrømmen I2 forårsake en

En transformators kapasitet blir oppgitt i kVA eller VA. Kjernene utføres normalt av lamilert materiale for å holde hvirvelstromtapet lavt. De bygges opp av jernblikk med noen få prosent siliciuminnhold.

1 i . Komponenter

Fig. 11.7. C-kjernetransformator.

I mer moderne transformatorer, såkalte Ckjerne transformatorer, nyttes siliciumstål som er slik behandlet at de magnetiske domenene i materialet er orientert i en bestemt retning. Dette muliggjør bygging av mindre, lettere og mer effektive transformatorer, på grunn av økt permeabilitet og redusert jerntap og magnetiseringsstrøm. Fluksen kan velges opptil 30 % høyere enn ved stanset blikk. Ved samme flukstetthet er tapet redusert til bortimot halvparten. Størrelsen av transformatorene er redusert med ca. 10 til 30%. Det nyttes 0.35 mm blikktykkelse for 50 Hz og 0.10 mm tykkelse for frekvenser høyere enn 200 Hz og 0,05 mm for pulstransformatorer. Radar og mer komplisert elektronisk utstyr har stilt krav om transformatorer med mindre dimensjoner for samme elektriske karakteristik­ ker og samme funksjonssikkerhet. Dette er opp­

nådd ved å øke den øvre temperaturgrense fra de vanlige 70°C til 100°C gjennom bruk av isolasjonsmaterialer med lang levetid ved høye temperaturer. Spesielle transformatorer kan i dag ha arbeidstemperatur opptil 200°C, i enkelte tilfelle opptil 250° C. Ved framstilling av C-kjerner vikles en strim­ mel av det «orienterte» blikk på en oval spoleform til den tykkelse man ønsker. Den ovale kjernen skjæres langs sin korte akse i to like C-former. To eller fire av disse stikkes inn i den ferdig viklede spole og klemmes sammen med strammebånd. De meget høve arbeidstemperaturer forutsetter bruk av de nye høytemperatur isolasjonsstoffene, f. eks. fiberglass trådisolasjon, siliciumimpregnert fiberglasstoff mellom viklingslagene, foruten silicium impregneringsmidler. For å oppnå lang levetid er det nødvendig å

72

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

fjerne all fuktighet fra viklingen og å hindre fuktigheten i å trenge inn igjen. De viklede kjernene blir derfor tørket og impregnert under vakuum, og ofte forsynt med en eller annen ytre

beskyttelse for at fuktigheten ikke skal trenge inn. Vanlige utførelser er enten hel hermetisk for­ segling eller åpen utførelse, støpt i voks, asfaltkompound, eller støpt i harpiksmasse.

Rør Elektronror kan klassifiseres på mange måter. Vi kan f. eks. dele dem inn etter katodens natur og skille mellom termisk-katode, kald-katode, foto-katode. Vi kan også dele dem inn i to hovedgrupper, nemlig høyvakuumrør og gassfylte ror:

Høyvakuumrør

Gassfylte rør

Dioder (2 elektroder) Trioder (3 elektroder) Tetroder (4 elektroder) Pentoder (5 elektroder) Hexoder (6 elektroder) Heptoder (7 elektroder)

Thyratroner Spenningsstabilisatorrør Referanserør Industrielle likeretterrør Kaldkatode trioder

Høyvakuumrør

Gassfylte rør

Oktoder (8 elektroder) Fotoceller Forskjellige kombinasjoner Flash-rør av de som er nevnt Ignitroner (triode-hexode, Tellerør diode-triode osv.) Katodestrålerør Ikonoskoprør (TV-kamerarør) Fotoceller Magnetroner Klystroner Elektrometerrør

RØRTYPER a) Vanlige rør Vi finner her to forskjellige grupper av rørtyper: amerikanske og europeiske rør. De amerikanske rørtypene merkes med tall og bokstaver etter det såkalte RETMA-merkesystem. Dette systemet er bygd opp slik (første tallgruppe angir rørets glødespenning):

0 1 2 3

— kald katode - mellom 0,1 og 2,9 V » 2,1 og 2,9 V » 3,1 og 3,9 V osv.

Når det gjelder katodestrålerør, refererer første tallgruppe til rørskjermens diameter i tommer. Annen gruppe består av bokstaver som er til­ delt i den rekkefølge rørene er utviklet. Bokstavene U, V, W, X, Y, Z blir vanligvis brukt til å betegne likeretterrør.

Bokstavkombinasjoner som AB, AC, AD osv. ble tatt i bruk da alle enkeltbokstaver var brukt opp. Bokstaven S som første eller annen bokstav betegner i de fleste tilfelle et rør uten kontaktuttak gjennom kolben («single ended»). P som annen bokstav er reservert for merking av katodestrålerør (f. eks. 3KP1). Tredje gruppe er en tallgruppe (med tilleggsbokstaver) som betegner antall nyttige elementer i røret. Det europeiske merkesystem avviker funda­ mentalt fra det amerikanske og er bygd opp slik (første bokstav gir opplysning om rørets glødning):

D - 1,4 V, serie eller parallell E — 6,3 V, serie eller parallell G - forskjellige typer, parallell L - 450 mA, serie P - 300 mA, serie U — 100 mA, serie Annen og følgende bokstaver betegner rørsystemet:

A — enkel diode (ikke likeretter) B - dobbel diode med felles katode (ikke like­ retter) C - triode (ikke utgang) D — utgangstriode E - tetrode (ikke utgang) F — pentrode (ikke utgang) H - hexode eller heptode K — oktode eller heptode L - utgangstetrode eller pentrode M - indikatorrør Y — halvbølge likeretter Z - helbølge likeretter Vi bør merke oss at to eller tre av disse bok­ stavene kan kombineres for å identifisere rør med flere funksjoner. Til slutt i typebetegnelsen kommer et to- eller tresifret nummer, hvor første siffer angir sokkeltypen:

11. Komponenter

1 2 3 5 9

-

73

er 6,3 V, dessuten er serieglødning med 100 eller 300 mA mye nyttet.

forskjellige sokkeltyper miniatyr 10-pin sokkel oktalsokkel novalsokkel miniatyr 7-pin sokkel

Av disse sokkeltypene er det bare 5 som har noen større betydning i dag, hovedsakelig i for­ bindelse med fjernsynsmottakere. Denne rørtypen lages både i Amerika og Europa. For de amerikanske rørene nyttes RETMA-merking, men sokkelen er den samme, og det finnes mange ekvivalente typer. Den vanligste glødespenning

b) Senderrør Prinsipielt skiller ikke senderrør seg fra andre rør. De klassifiseres etter den energi de kan avgi, og den høyeste frekvens de kan arbeide på. De finnes i størrelser fra subminiatyr- til store sluttrør for kringkastingsstasjoner. Senderrør for store effekter må kjøles. Til dette brukes ute­ lukkende luftkjøling (kjølevifte) for rør for effekter opp til ca. 1 kW. For større rør, f.eks. utgangsrør i store kringkastingssendere, brukes også vannkjøling.

Dioder og transistorer Dioder og transistorer klassifiseres gjerne etter effektnivå og arbeidsfrekvens. Vi har f.eks. for dioder:

Dioder for generelt bruk ved liten effekt Hurtige «switching» dioder for siffer-regnemaskiner etc. Likeretterdioder for kraftforsyning Zenerdioder, lav effekt Zenerdioder, høy effekt Variabel kapasitet-dioder Tunneldioder Fotodioder

Styrte likerettere, enveis og toveis (Triacs) For transistorer kan vi gjøre følgende gruppering: Småsignal-transistorer for midlere frekvenser Småsignal-transistorer for høye frekvenser Effekt-transistorer for lave frekvenser Effekt-transistorer for høye frekvenser Felteffekt transistorer Unijunction transistorer Når det gjelder typebetegnelser på dioder og transistorer, finnes det i dag to hovedsystemer, det amerikanske EIA-system og det europeiske system; det sistnevnte minner i sin oppbvgning om det tilsvarende system for elektronrør. Det amerikanske EIA-system er meget enkelt, men gir svært liten informasjon om komponen­ tene. Et EIA-typenummer begvnner alltid med IN, 2N eller 3N, og betydningen av disse er IN - diode (også zenerdiode) 2N — transistor (også de fleste felteffekt-transistorer og styrte likerettere) 3N — spesielle felteffekt-transistorer etc.

Etter gruppebetegnelsen kommer et serienum­ mer med opptil 4 sifre. Nummereringen skjer fortløpende etter hvert som registrering av typene skjer. Serienummeret gir derfor ingen informasjon om vedkommende komponents egen­ skaper. En A etter serienummeret angir en type som har gjennomgått mindre forandringer i for­ hold til den opprinnelige type. Det virker ofte forvirrende at én og samme transistor i to forskjellige kapsler har vidt for­ skjellige typebetegnelser, f.eks. er 2N956 og 2N1711 like bortsett fra kapselen. Foruten de EIA-registrerte typebetegnelser nytter amerikanske halvlederfabrikanter i stor utstrekning sine egne betegnelser, noe som bidrar til å gjøre oversikten enda vanskeligere. For å kunne finne frem til en passende type blant de mange tusen forskjellige amerikanske transistorer og dioder må man derfor ha gode oversiktstabeller og -kataloger. Antall typer av amerikanske halvlederkomponenter er utvilsomt altfor stort, og det er en tydelig tendens til å konsentrere utvalget om bestemte typer (preferred semiconductors). Det europeiske system for identifikasjon av halvledere er langt mer systematisk. En typebetegnelse består i alminnelighet av to bokstaver etterfulgt av et serienummer. Første bokstav angir hvilket halvledermateriale komponenten er basert på: A — germanium B — silisium Man kan også finne bokstavene C, D og R; disse angir mer spesielle materialer.

74

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Annet bokstav angir komponentens hovedanvendelse, eventuelt også konstruksjon: A B C D E F L R

— — — -

S T U X Y Z

— — —

Detektordiode, diode for høye frekvenser Diode med variabel kapasitet (varicap) Småsignal lavfrekvenstransistor Effekttransistor for lavfrekvens Tunneldiode Småsignal høyfrekvenstransistor Effekttransistor for høyfrekvens Styrt likeretter el.lign, for mindre effekter Transistor for «switching»-anvendelser Styrt likeretter el.lign, for større effekter Effekttransistor for «switching» Multiplikatordiode (varactor) Likeretterdiode Spenningsreferanse eller spenningsregulator diode (zenerdiode).

Serienummeret består av: 3 sifre for komponenter hovedsakelig beregnet på kommersiell elektronikk fradm- og fjernsynsmottakere osv.).

En bokstav og to sifre for komponenter be­ regnet på profesjonell (industriell) elektronikk.

Eksempler: Germanium høyfrekvenstransistor for kommersiell elektronikk BYX 27 Silisium likeretteriode for industri­ ell anvendelse Typebetegnelse for referansedioder, likeretterdioder og styrte likerettere har ofte et suffiks som spesifiserer komponenten nærmere.

AF 139

Eksempler: BZY 88 - C9V1 Hovedbetegnelsen (BZ) angir at dette er en silisium referansediode. I suffikset angir toleranse på referansespenningen, mens 9V1 angir den nominelle referansespenning er 9,1 V («V» indikerer komma). BYX 13 - 1200 Dette er en silisium likeretterdiode (BY). Suf­ fikset 1200 angir her 1200 V maksimal sperrespenning.

Fig. 11.8. Vanlige kapseltyper for dioder og transistorer.

11. Kom onenter

Det veldige utvalg av kapseltyper for transi­ storer og dioder illustrerer godt det store spek­ trum av anvendelser disse komponentene har. I en kortfattet fremstilling er det ikke mulig å komme inn på alle de forskjellige typene, så vi skal nøye oss med de viktigste. Det som først og fremst bestemmer utformin­ gen av kapselen, er den effekt som komponenten skal kunne avgi. Det er også en rekke andre hensyn som spiller inn: lite volum og lav vekt, enkel montering på trykte kort eller kjøleplater, gode høyfrekvensegenskaper, mekanisk soliditet, motstandsdyktighet mot inntrengning av fuk­ tighet osv. De fleste transistorer og dioder, både ameri­ kanske og europeiske, leveres i kapsler som er

75

registrert med et nummer i henhold til det så­ kalte JEDEC-system, og har som prefiks enten DO (Diode Outline) eller TO (Transistor Out­ line) for henholdsvis dioder og transistorer. De alminneligste diodekapslene er vist i fig. 11.8. De største typene er utformet med henblikk på å kunne skrues fast til en kjøleplate. Fig. 11.8 viser også noen alminnelige kapsel­ typer for transistorer. TO-66, TO-3 og TO-36 er typiske effekttransistor-kapsler. Plastkapslene er blitt alminnelige i løpet av de siste årene. De kombinerer mekanisk robusthet med lav pris, og er nå praktisk talt enerådende i utstyr hvor det ikke stilles spesielt høye krav til pålitelighet. Plast-effekttransistoren har gjennomgående hull for montering på kjøleplate.

Integrerte kretser

2 4 pin

14 pin

3 2pm

FLAT - PACK

TO-99

14 pin

h------ ---- ----------- 1O cm---------- ------------ 4

16pin

36 pin

24pjn

DUAL Fig. 11.9.

IN - LINE Kapseltyper for integrerte kretser.

40 pin

76

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

En integrert krets kan defineres som en fast sammenkopling av et antall kretskomponenter som spesifiseres, prøves og selges som én kom­ ponent. Vi kan dele de integrerte kretsene i to hoved­ grupper: digitale og lineære kretser. Digitalkretsene har i dag en dominerende po­ sisjon innen sifferteknikken (elektroniske data­ maskiner). Praktisk talt alle nykonstruksjoner innen dette felt baseres på integrerte kretser. De lineære kretsene omfatter først og fremst forsterkere av en rekke forskjellige typer. Disse kan igjen deles inn i

Teknologi og utforming Det er ikke nok å ha prinsipp- og detaljskjema, foruten gode komponenter, for å få et vellykt apparat eller elektronisk instrument. Den konstruktive utforming og den nyttede teknologi spiller en like stor rolle. Når det gjelder konstruktiv utforming, er det en rekke hoved-

Operasjonsforsterkere (for analog regneteknikk) Bredbåndsforsterkere, bl.a. mellomfrekvensforsterkere for fjernsyn Lavfrekvens effektforsterkere, dessuten en rekke mer spesielle forsterkere, slik som FM stereo demodulatorer, FM avstemmingsindikatorer, TV lydkretser osv. Typenummerereringen av integrerte kretser er hittil ikke blitt standardisert i nevneverdig grad, bortsett fra at det innen digitalkretsene finnes en del grupper av kretser hvor tvpenumrene er de samme hos flere fabrikanter. Når det gjelder lineære kretser, er det bare et fåtall typer som produseres i identiske utgaver hos forskjellige fabrikanter. Man finner i et slikt tilfelle typebetegnelser som ligner hverandre, f.eks. p,A 709, LM709, RM 709, SN52709, MC 1709. Alle disse typene er identiske hva spesifikasjoner og meka­ nisk utførelse angår. Også for de integrerte kret­ sene finnes det mange typer av kapsler. For de fleste anvendelser er det ikke mulig å nytte fullt ut de muligheter for volumreduksjon som en integrert krets i seg selv gir, idet den da ville bli så liten at den ble vanskelig å håndtere. De fleste integrerte kretser trenger på grunn av sin kompleksitet mange tilledninger, noe som også vanskeliggjør miniatyrisering av kapselen. Fig. 11.9 viser en del kapseltyper for integrerte kretser. De fleste fabrikanter av integrerte kretser kon­ sentrerer seg nå om «Dual in-line»-kapselen for kretser til generelt bruk. Denne kapselen ut­ merker seg ved kombinasjonen lett håndtering— lav pris. Den brukes oftest med 14 eller 16 ben, men også større varianter forekommer. Tidligere var TO-99-kapselen meget populær, og den brukes en god del ennå. For anvendelser hvor volumet må holdes på et minimum, er «flatpack»-kapselen alminnelig.

Fig. 11.10. Stort sluttrør på Kløfta kringkaster.

11. Komponenter

prinsipper man prøver å følge. De viktigste momenter er kanskje: a) Alle komponenter må være lett tilgjengelige.

b) Konstruksjonen må være klar og logisk også i sin mekaniske oppbygning, slik at feil­ søking og feilretting blir gjort enklest mulig. Når det gjelder selve utformingen, nyttet man tidligere i utstrakt grad chassis-konstruksjonen. Man monterte delene på metallplater, slik at rør, større faste kondensatorer, variable kondensato­ rer etc. sto på oversiden, mens mindre kompo­ nenter enten ble festet på undersiden eller sim­ pelthen bare ble hengt opp i selve tilkoplingstrådene. Denne konstruksjonsmåte nyttes nå svært lite, unntatt for systemer med store og

77

tunge komponenter (flg. 11.11). Ellers er det bruken av trykte kretskort som dominerer. Disse kretskortene lages ved at man etser ut lednings­ føringen i en tynn kopperfolie som ligger på en baseplate av bakelitt eller glassfiber. For de an­ vendelser hvor høy komponenttetthet er nød­ vendig, nytter man ledningsføring på begge sider av basisplaten. I visse spesielle tilfelle brukes også ledningsføring i opptil 10 lag, men slike kretskort er meget kostbare. Ledningsmonsteret for et trykt kretskort over­ føres fra en tegning til selve kortet ved foto­ grafiske metoder. De deler av kortet som ikke dekkes av ledningsmonsteret, etses bort. Foto- og etseteknikken gjennomgår en stadig utvikling, og i mange tilfelle nyttes lederbredder og -avstander ned til 0,5 mm. Fig. 11.12 viser

78

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fig. 11.12. Forside og bakside av moderne kretskort med integrerte kretser i «dual in-line» kapsel.

11. Komponenter

Fig. 11.13. Montering av kretskort i hylle.

79

80

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasj on

•Og. 11.14. Innstøpt kretskort.

Fig. 11.15. Montering av efTekt-transistorer på spesialprofil for god kjøling.

81

12. Radiosendere

et moderne kretskort med integrerte kretser i «dual in-line» kapsel. Et system som består av mange kretskort, er ofte bygd opp slik som vist i fig. 11.13. Kortene settes inn i en hylle hvor kontaktfingrene i kortenes bakkant glir inn i tilsvarende faste kontakter. For elektroniske enheter som skal utsettes for store påkjenninger, nyttes ofte innstopning i

epoxymasse. Slike støpemasser finnes i mange varianter, med forskjellige mekaniske og elek­ triske egenskaper. Fig. 11.14 viser et innstøpt kort beregnet på bruk i en rakett. Formen er tilpasset det disponible volum. Effektiv kjøling av effekttransistorer må vies spesiell omtanke. Fig. 11.15 viser to effekttransistorer (TO-3 og plastkapsel) montert på et spesialprofil for god varmeavledning.

RADIOSENDERE Vi har tidligere sett på den prinsipielle opp­ bygging av en radiosender med oscillator, for­ sterker, moduleringsutstyr og kraftforsyning. Avhengig av formålet kan senderne være mer eller mindre komplette og kompliserte. Vi kan her ikke gå inn på beskrivelsen av større sendere. En 200 kW kringkaster, f.eks. Kløfta kring­ kaster på Østlandet, er en relativt omfattende historie, der selve kraftforsyningen med like­ rettere, beskyttelsesinnretninger og kontrollarrangementer nesten dominerer bildet. Vi får begrense oss til beskrivelsen av mindre anlegg opp til ca. 50 watt og bare si at større anlegg prinsipielt er helt tilsvarende, bortsett fra at elektronrørene stadig brukes ved store effekter.

En 50 W CW-sender for 50 MHz I fig. 12.1 er vist skjema for en 50 W sender for kontinuerlige bølger (CW-Continuous Waves). Senderen består av 3 trinn: oscillator, drivforsterker og utgangstrinn. Oscillatoren er av Colpitt-type, med krystallstyring av frekvensen. Positiv tilbakekopling fra kollektor til emitter oppnås med den kapasitive spenningsdeleren

Annet og tredje trinn er i prinsippet nokså like. Begge transistorene opererer i klasse C, dvs. de forer ingen strøm uten at de blir matet med signal. Dette fremgår av skjemaet ved at transistorene ikke har noen likestrøm-tilførsel på basene. Spesielt for utgangstrinnet er klasse-C operasjon en forutsetning for å få tilfredsstillende virkningsgrad, dessuten forenkles beregnings­ grunnlaget slik at alle komponentverdier kan bestemmes eksakt ut fra gode modeller. Utgangstrinnet tilpasses til antennen via et T-ledd som er avstemt til arbeidsfrekvensen. Denne avstemningen er viktig, både for å oppnå liten dempning og dessuten gi god undertryk­ kelse av overharmoniske svingninger. Senderen er beregnet på å drives fra 28 V, og strømforbruket ved 50 W avgitt effekt er ca. 2,9 A. Effektforbruket fra likespenningskilden er således

P = U • J = 28 • 2,9 = 81 W Virkningsgraden blir da

cx, c2.

P avgitt 7] = >>----------

P tilført

-Okcc °28V

antenne 50/1

Fig. 12.1. 50 W, 50 MHz sender. 6 — Teknikk II

82

Finn Lied: og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

*0 VCC -1SV

Fig. 12.2. 160 MHz FM-sender.

Dette tallet representerer en typisk verdi for en alminnelig god senderkonstruksjon av denne størrelse. Ønsker vi amplitudemodulasjon av senderen, kan dette gjøres ved kollektormodulasjon slik som beskrevet i avsnittet om modulasjon.

160 MHz FM-sender Fig. 12.2 viser en komplett FM-sender som kan levere 1,5 W ved 160 MHz. Senderen har tre trinn i likhet med CW-senderen som er om­ talt foran, men i motsetning til denne leverer oscillatoren en lavere frekvens enn den som nyt­ tes på utgangen. I praksis er det nemlig uhen­ siktsmessig å frekvensmodulere direkte ved 160 MHz, og det er derfor nyttet en 20 MHz oscil­

lator. I oscillatorkretsen er det innsatt en diode hvis kapasitet varierer med den påtrykte spen­ ning (variacap-diode). Denne kapasitetsvariasjon forårsaker en forskyvning av oscillatorfrekvensen i takt med lavfrekvenssignalet. og vi har således oppnådd frekvensmodulasjon. Kollektor-kretsen for oscillatortransistoren er avstemt til 80 MHz (4. harmoniske), slik at det blir denne frekvensen som avgis til neste trinn. Annet trinn er en klasse C-forsterker med kollektorkretsen avstemt til 160 MHz, slik at det her utføres en frekvensdobling, og den øn­ skede utgangsfrekvens er oppnådd. Siste trinn er igjen en klasse C-forsterker som mater antennen via et tilpasningsledd. Denne senderen vil gi en total virkningsgrad rundt 50% ved en drivspenning mellom 8 og 15 V.

Storsenderen på Kløfta På Kløfta nær Oslo har Norsk Rikskring­ kasting hovedsenderen for Østlandet. Den arbei­ der på 218 kHz og leverer 200 kW til antennen. Senderen er levert av det engelske firma Marconi. Senderen er bygd opp på den måten at to sendere på hver 100 kW er koplet i parallell. På den måten oppnår man bedre driftssikkerhet. En slik storsender får meget betydelige dimen­ sjoner, selv om prinsippskjemaet er enkelt nok.

Kløftasenderen er anodemodulert. Senderrorene har vi sett på tidligere, i fig. 11.10. Fig. 12.3 viser selve senderen. Spoler, kondensatorer etc. får noe uvante dimensjoner. I fig. 12.4 er vist et bilde av selve avstemmingsspolene og de tilhørende kon­ densatorer. Ved en flatspole som kan skyves inn og ut, kan koplingsgraden til fødelinjen for an­ tennen reguleres.

13. Radiosendere

Fig. 12.3. NRKs sender på Kløfta.

Fig. 12.4. Sluttrinnet.

83

84

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

RADIOMOTTAKERE I dette avsnitt skal vi rent praktisk prøve å forklare en moderne radiomottaker. Vi tar ut­ gangspunkt i en krystallmottaker, og supplerer den med en lavfrekvensforsterker og en nettdel, og gjennomgår så rettmottakeren og den vanlige superheterodynmottaker. I fig 13.1 er vist et enkelt skjema for en krystallmottaker. \Antenne

modulerte signal blir likerettet, og det likerettede signal blir utglattet av kondensatoren tvers over høretelefonen. Med et slikt apparat og en god antenne er det forbausende hvilke rekkevidder vi kan oppnå. Under gode forhold kan man høre mange uten­ landske stasjoner. La oss beregne en sylinderspole som egner seg for mottaking av hovedstasjonen på Østlandet — Kløfta kringkaster. Kløftas frekvens er f = 218 kHz, og vi ønsker å nytte en variabel kon­ densator på maksimalt 450 pF. Vi ønsker at denne er ca. halvt innskrudd når kretsen er i resonans for Kløfta, dvs. vi velger kondensatoren lik 250 pF. Dette gir en nødvendig selvinduksjon På L = (27tf)2C

Fig. 13.1. Krystallmottaker.

Det modulerte signal fanges inn av antennen og koples til svingekretsen ved hjelp av en vari­ abel autotransformator. Over svingekretsen får vi derfor et modulert signal, ielativt fritt for andre enn den stasjonen vi ønsker. Jo svakere antennen koples til, dvs. jo lavere antennckoplingen settes, jo mindre vil antennen dempe kretsen, og desto høyere vil kretsens Q og dermed dens selektivitet bli. Videre vil antennens reaktans spille mindre rolle for avstemmingen. Det

2,1°

Vi vikler spolen på et rør med diameter 25 mm. La oss prøve med en spolelengde på 120 mm og 500 tørn. Satt inn i formelen i avsnittet om spoler gir dette L = 1,2 mH, og vi finner etter litt jenking at 650 tørn gir den foreskrevne selvinduksjon, 2,15 rnH. Vi velger tappingen ved 128, 213 og 325 tørn fra bunnen av spolen. Det komplette apparat vil bestå av følgende komponenter: Spole 2,15 mH Variabel kondensator, 450 pF maksimum

Fig. 13.2. Lavfrekvensforsterker.

85

13. Radio mottakere

Likeretter, f.eks. AA 119 Utjevningskondensator, 1000 pF Vender for antennetapping Chassis for bøssinger for jord, antenne og høre­ telefon Høretelefon (høy-ohmig).

Hvis vi ikke er tilfredse med høretelefonen, kan vi relativt enkelt bygge på en lavfrekvensforsterker, slik at vi kan nytte en høyttaler. Fig. 13.2 viser et skjema for en slik forsterker som kan drives fra krystallapparatet. Lavfrekvensforsterkeren i fig. 13.2 er kon­ struert ut fra de samme prinsipper som er gjen­ nomgått tidligere. Transistorene Tx og T2 går som spenningsforsterkere med avkoplet emitter. Rx virker som volumkontroll. R2CX gir effektiv

filtrering av driftsspenningen til Tr Utgangs­ trinnet T3 og T4 består av emitterfølgere i pushpull som driver høyttaleren via en koplingskondensator. Denne kondensatoren er satt inn for å hindre at det flyter en stor likestrøm gjen­ nom høyttaleren. Lavfrekvensforsterkeren kan drives fra et batteri, eller vi kan lage en likeretter for drift fra lysnettet, slik som vist i fig. 13.3. Nett-transformatoren leverer vekselspenning til en likeretter som sørger for dobbel likeretting. Da forsterkeren har et relativt lite strømforbruk, ca. 100 mA, er det tilstrekkelig med et enkelt RC-filter for glatting av den likerettede vekselspenningen. Den vekselspenningsrest som er igjen på 12 V-uttaket, vil ikke gi merkbar lyd i høyt­ taleren.

Superheterodynmottaker Dette er den mottakertype som dominerer i dag. Den baseres på det såkalte superheterodynprinsipp, dvs. blanding av frekvenser i en ulineær forsterker. Vi skal forklare dette for vi ser på en praktisk kopling. Hvis vi fører to spenninger av frekvens fx og f2 inn på basen i en transistor, vil det i kollektorkretsen p.g.a. ulineær forsterkning opptre strøm­ mer med differensfrekvensen fr—f2 og sumfrekvensen f2-j-fi. Dette ser man enkelt matematisk på følgende måte: Vi går ut fra at sammenhengen mellom inngangsspenning og utgangsstrom er

Blant annet ser vi at differensfrekvensen framkommer. Ved hjelp av denne teknikk kan altså en frekvens flyttes fra ett leie til et annet. Blandingen (mixing) kan også utføres ved å lede de to frekvenser inn på hver sitt gitter i et rør (blanderør). Virkningen i anodekretsen vil bli den samme. Vi kan nå stille opp blokkdiagrammet av en superheterodynmottaker og diskutere dens for­ deler. Det ønskede signal av frekvens fx, som varierer i styrke, og den lokalt genererte konstante spen-

x1u = uinn " •

Vi setter uinn = a sin 2 rc fx t —f- b sin 2 k f, t. Dette gir Q®

F> 2

q2

1,2

L = y + T "F y cos 4k fx t 4- — cos 4tt f2t

+ ab sin 2tc (fx4-f2)t — ab sin 2n(f2 -j- fx)t.

Fig. 13.4. Superheterodynmottaker.

85

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fig. 13.5. Super med høyfrekvenstrinn.

ning av frekvens f2 ledes til et blandetrinn * I kollektorkretsen blir mellomfrekvensen (f24~fi) tatt ut ved hjelp av en resonanskrets, og ledes til en selektiv forsterker som er avstemt på (fg-^-fJ. Denne forsterkeren har den ønskede båndbredde, ved kringkasting ca. 9 kHz. Mellomfrekvensforsterkeren følges av detektoren og lavfrekvensforsterkeren. Vi så at amplituden av differenssignalet var proporsjonal med amplituden av det ønskede signal a i ligningen ovenfor. Modulasjo­ nen forblir derfor uforandret gjennom blandeprosessen, og detektoren gjenvinner derfor det ønskede signal. Avstemningen skjer ved å endre den lokalt genererte frekvens f2 og ved avstemning av første resonanskrets etter antennen foran blanderen. For kringkastingsmottakere velges mel­ lomfrekvensen normalt nær 450 kHz, og for­ sterkeren har en båndbredde på 9 kHz. Hovedforsterkningen ligger i mellomfrekvensforsterkeren, som er fast avstemt. Dette er en stor fordel. Superen kan også lages med høyfrekvensforsterking, men denne arbeider da direkte på signalfrekvensen og må avstemmes. Høyfrekvenstrinnet bedrer undertrykkelsen av speilfrekvensen. Hvis lokaloscillatoren f. eks. er avstemt til 1450 kHz og mellomfrekvensen er 450 kHz, vil en frekvens på 1000 kHz komme igjennom. Det er dette vi ønsker. Men et signal

av frekvens 1900 kHz vil også komme igjennom, fordi differensen mellom 1900 og 1450 også er 450 kHz. 1900 kHz kalles speilfrekvensen, og en selektiv inngangskrets eller en høyfrekvensforsterker kan undertrykke denne. I superheterodyner er det vanlig med auto­ matisk volumkontroll. Det prinsipp som nyttes, er at det likerettede signal glattes ut, slik at man får tak i gjennomsnittsverdien. Denne ledes til­ bake som forspenning på mellomfrekvensforsterkeren og høyfrekvensforsterkerne og på en slik måte at et sterkt signal leder til redusert forsterking. I fig. 13.6 er vist et prinsippskjema. Når signalet øker, vil den likerettede strøm gjennom R tilta, og punktet A går negativt i forhold til jord. Fra A blir lavfrekvenssignalet tatt ut. Gjennomsnittsnivået får man ved å glatte spenningen ved hjelp av en motstand på 1 Mohm og en kondensator på 0,1 pF. Den utglattede spenningen ledes til mellomfrekvensforsterkeren. Når A går negativt, blir forsterkin­ gen redusert, og signalet som når detektoren, blir svakere. Automatisk volumkontroll er oppnådd. Fig. 13.7 viser et komplett skjema for en super (lang- og mellombølge). Første trinn mates fra en ferrittstav-antenne

Fig- 13.7. Skjema for super med lang- og mellombølgebånd.

87

14. Ly dgj engivelse

(innebygd i mottakeren). Antennekretsen av­ stemmes med den variable kondensatoren C2. Denne er mekanisk sammenkoplet med C10, som kontrollerer lokaloscillatorens frekvens. Ven­ derne S1? S2 og S3 er også koplet sammen me­ kanisk og muliggjør omkopling fra lang- til mellombølge. Kondensatorene C3, C8 og C9 er trimmekondensatorer for nøyaktig justering av atenne- og lokal-oscillatorkretser. Mellomfrekvensen tas ut ved en avstemt krets (1. MF-transformator). T, og T3 er mellomfrekvensforsterkere og er temmelig like i utførelse. Kondensatorene C16 og C22 hindrer oscillasjon i MF-trinnene (nøytralisering). Dioden D4 virker som detektor eller demodulator. Det Lkerettede signal blir filtrert (C27, C28) og går videre til første lavfrekvenstrinn (T4) via

volumkontrollen R17. Spenningen for den auto­ matiske volumkontroll tas også fra likeretterdioden. AVC-spenningen blir filtrert med kon­ densatoren C15. Denne er en forholdsvis stor elektrolyttkondensator som sammen med de til­ hørende motstander gir en såvidt lang tidskonstant at bare middelverdien av det demodulerte signal blir brukt til å styre forsterkningen. Dette skjer ved at AVC-spenningen regulerer basepotensialet på første MF-trinn, T2. t t5, Tg og T7 utgjør lavfrekvensforsterkeren, og er konstruert overensstemmende med hva som er sagt om denne type forsterkere tidligere. T6 og T7 danner et push-pull utgangstrinn som kan levere ca. 1 W til høyttaleren. R24 er en enkel tonekontroll. Med denne kan man variere demp­ ningen av de høyere frekvensene i audio-området.

3,

LYDGJENGIVELSE Felles for alle lydsystemer er en signalkilde; denne leverer et signal som er en mer eller mindre god elektrisk representasjon av det ønskede lyd­ bilde. I alminnelighet har signalet fra kilden en meget lav amplitude slik at det er nødvendig med stor forsterkning mellom denne og høyttaleren. For alminnelige lydsystemer har vi følgende signalkilder:

a) b) c) d)

Mikrofon Grammofon (pick-up) Magnetisk bånd Radio

Fig. 14.1 viser skjematisk de hoveddeler et vanlig lydsystem består av. Signalkilden leverer

Til pasning til

høyttaler

signalkilde

Bass - og

diskant kontroll

Fig. 14.1. Hoveddeler i et lydystem.

spenning til en for-forsterker. Siden — som nevnt — signalspenningen fra kilden ofte er svært lav, er det viktig at for-forsterkeren har meget liten egenstøy; derved unngås at signalet «drukner» i forsterkerstøy. I enkelte tilfelle er det nødvendig at for-forsterkeren plasseres så nær signalkilden som mulig, slik at man unngår kapasitiv eller

Fig. 14.2. Frekvenskarakteristikk for forsterker beregnet på dynamisk pick-up i forbindelse med mikrorille-plater.

88

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

induktiv kopling til nærliggende støykilder, f.eks. motoren i en båndopptaker. For å kunne konstruere et godt lydanlegg er det viktig å kjenne signalkildens frekvenskarakteristikk, dvs. signalamplituden som funk­ sjon av frekvensen ved konstant opprinnelig signal. Ved bruk av en bestemt type pick-up (dynamisk) i forbindelse med vanlige mikro-riller må forsterkeren ha en frekvenskarakteristikk som vist i fig. 14.2. Denne er internasjonalt standardisert, db-skalaen vil bli forklart senere. Denne spesielle frekvenskurve kan f.eks. reali­ seres gjennom RC-ledd med forskjellige tidskonstanter, og derved tilfredsstilles en av for­ utsetningene for et godt lydystem: alle frekven­ ser innenfor det hørbare område (20 Hz—20 kHz) forsterkes totalt sett like mye. Imidlertid må ethvert godt lydanlegg ha mu­ ligheter for manuell innstilling av den totale frekvenskurve. Til dette formål har man gjerne individuelle bass- og diskantkontroller. Disse på­ virker forsterkningen i henholdsvis nedre og øvre del av frekvensområdet. Fig. 14.3 viser en vanlig utførelse av bass- og diskantkontrollnettverk. Her er det lagt inn i forbindelse med en av transistorene (som tilbakekoplingsnettverk), og gir mulighet for å variere frekvenskur ven slik som vist i fig. 14.4. I dette diagrammet er begge akser logaritmisk inndelt, dvs. at et gitt forhold mellom to frekvenser eller amplituder gir en fast forskyvning langs henholdsvis horisontal og ver­ tikal akse. db(desibel)-inndelingen langs amplitudeaksen er vanlig på alle diagrammer av denne type. Vi skal her ikke gå så meget inn på en definisjon av denne måle-enheten, men nøye oss med å nevne at den uttrykker amplitudeforhold på en slik måte at 6 db i positiv retning svarer

Fig. 14.3. Tonekontroll-nettverk i forforslerker (Baxandall-nettverk).

til en fordobling av amplituden, mens 20 db betyr en tidobling. I fig. 14.4 er forsterkningen ved 1 kHz valgt som referanse (0 db). Etter for-forsterkeren kommer så er effekt­ forsterker som sørger for et tilstrekkelig kraftig signal til å drive høyttaleren. I alminnelighet er denne forsterkeren ikke utstyrt med kontroller for justering av frekvenskurven, men blir oftest konstruert for konstant forsterkning over hele det aktuelle frekvensområdet. Vi har tidligere sett på konstruksjonen av denne type effekt forsterkere. Høyttaleren omdanner det elektriske signal fra effektforsterkeren til lydsvingninger, og det sier seg selv at det må stilles bestemte krav til denne for at forsterkersystemets egenskaper skal bli tatt vare på. Dette betyr bl.a. at høyttaleren må gjengi alle frekvenser innen det hørbare om­ råde med samme lyd-amplitude. Det gjenstår å nevne et meget vesentlig krav til alle deler av et lydanlegg, nemlig at det signal

Fig. 14.4. Frekvenskarakteristikker for tonekontroll-nett verket i fig. 14.3.

14. Lydgjengivelse

som tilføres blir gjengitt på utgangen med mest mulig uforandret kurveform. Slagordet er «HighFidelity», som fritt kan oversettes med «natur­ tro gjengivelse». Et mål for denne egenskap har man i den såkalte harmoniske forvrengning, noe som igjen kan fastslås ved at vi påtrykker systemet en ren sinus-spenning. I et ideelt system vil også utgangssignalet da være en ren sinus-spenning, mens vi ved ethvert praktisk system vil observere en viss forvrengning av ut­ gangssignalet. Denne forvrengning består i at det genereres signalkomponenter med frekven­ sene 2fn 3fx osv., der fx er frekvensen av det signal som påtrykkes. Forvrengningen uttrykkes ofte som

89

Her er Vx amplituden av grunnfrekvensen, mens V2, V3 osv. representerer amplitudene av de høyere (og uønskede) frekvensene, d betegnes gjerne som systemets klirrfaktor, som for et godt system bør være under 1% ved alle grunnfre­ kvenser og amplituder.

Stereofoniske lydsystemer Interessen for stereofonisk lyd har øket sterkt i løpet av det siste tiår. Man oppnår nemlig med et godt stereosystem en langt mer naturtro lydgjengivelse enn hva som er mulig med et kon­ vensjonelt system. Hovedprinsippet for stereolyd går ut på å nytte to uavhengige kanaler for overføring og lagring av lydinformasjonen. Ved utsending eller innspilling av et stereoprogram anvendes prin­ sipielt to mikrofoner som plasseres slik at de opp­ fanger (forenklet sett) hver sin halvdel av det romlige lydbilde som skal overføres. Man beteg­ ner derfor de to stereokanalene som henholdsvs venstre og høyre kanal. I et stereosystem må vi altså ha to høyttalere som drives fra hver sin forsterker. Forsterkerne mates fra en signalkilde som kan være a) grammofon b) magnetisk bånd c) radio

Signalkilden må i dette tilfelle levere to uav­ hengige signaler. I forbindelse med grammofon gjøres dette ved at platerillene skjæres i V-form og modulasjonen for de to kanalene legges vinkel­ rett på hverandre. Modulasjon av bare én kanal vil da ideelt sett ikke påvirke den andre kanalen, og vi har oppnådd fullstendig kanalseparasjon. I praksis er dette ikke mulig, men man får fullt tilfredsstillende resultater så lenge et signal på én kanal ikke overfører mer enn 1/10 av sin ampli­ tude til den andre kanalen. En stereo pick-up har to elektriske signalgivere som hver for seg bare er påvirkelige for bevegelse i den ene av de to retninger som stiften kan bevege seg i. Ved magnetisk bånd som signalgiver bruker man to spor på båndet, ett for henholdsvis venstre og høyre kanal. (Disse kan være spilt inn fra to mikrofoner, stereo-grammofon eller -radio.) Stereo-kringkasting er ikke så alminnelig ut­ bredt, men systemet er teknisk sett fullt etablert

38 kHz underbærebølge

Fig. 14.5. Prinsippskjema for stereo kringkasting.

90

Tinn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

ampli tude

referanse frekvens (pi lot-tone)

under bære bølge

Fig. 14.6 Frekvensspektrum av stereosignal.

og har gode egenskaper. Et vesentlig krav til dette systemet har vært at det må være kom­ patibelt med vanlig én-kanals kringkasting; det betyr at man a) kan nytte en vanlig mottaker på stereo­ signal og da få fullverdig «mono» lydgjengivelse b) kan motta «mono» programmer med stereo mottaker. Fig. 14.5 viser et enkelt prinsippskjema for stereo kringkasting. Det er utelukkende FM som benyttes for selve radio-overføringen. De to lydspenningene (her representert med hver sin mikrofon) betegnes med henholdsvis V(enstre) og H(øyre). I studio adderes V og H til et signal V-f- H. Dessuten danner man dif­

feransen V — H og amplitudemodulerer denne inn på en underbærebølge med frekvensen 38 kHz. Bærebølgen undertrykkes i modulatoren slik at denne frekvensen ikke overføres. Det til­ settes dessuten en referansefrekvens (pilot-tone) på 19 kHz. Denne referansen er dannet ved en ned-deling av 38 kHz-signalet og holder således nøyaktig halve frekvensen. Fig. 14.6 viser frekvensspekteret av det utsendte signal før modu­ lering på FM-bærebølgen. Mottakeren demodulerer FM-signalet slik at frekvens-spekteret i fig. 14.6 igjen er tilgjengelig. (En vanlig mottaker vil bare reagere på (V-f- H)signalet og presentere dette på høyttaleren.) Ved hjelp av en selektiv krets trekkes det konstante 19 kHz signalet ut, og dette styrer en faselåst oscillator på den dobbelte frekvens, slik at vi får en tro kopi av den opprinnelige 38 kHz underbærebølge. Når denne tilsettes det kom­ plekse signal (V— H) + (V— H), fås et signal hvis øvre omhyllingskurve tilsvarer V-signalet og den nedre omhyllingskurve tilsvarer H-signalet. Med en spesiell detektor gjenvinnes der­ etter de to lavfrekvente signaler som føres videre til lavfekvensforsterkere og høyttalere.

MOBILE KOMMUNIKASJONSANLEGG Bortsett fra militære anvendelser var det politiet som i Europa først tok radioen i bruk for å etablere samband mellom et hovedkontor og en mobil styrke til lands. Man begynte med frekvenser nær 2 MHz, men alt i 1935 ble det eksperimentert med bånd fra 80 til 95 MHz. Spørsmålet om frekven stil deling var likevel ikke klart før i 1938, da det i Kairo ble tildelt tre bånd nær 80, 95 og 128 MHz for mobile tjenester til lands. Ender krigen ble teknikken hurtig utviklet, og i England var det vel utbygde systemer i bruk innen politi, sivilforsvar og brannvesen. Ved slutten av krigen meldte behovet seg for mobilt utstyr også for andre formål. Drosjesystemene var de som først ble utbygd. I 1947 ble således det første drosje-system installert i Cambridge i England. Samme år ble et system tatt i bruk for slepebåter. I dag er det i alle større land tusenvis av faste og titusener av mobile stasjoner som arbeider i meterbølgebåndet. De institusjoner som nytter mobil radio, er i det vesentlige:

Politi Drosjesammenslutninger Slepebåter Kraftforsyning Større varetransportfirmaer Større industrifirmaer Lufthavner. I Norge er det Televerket som tildeler frekven­ ser til de forskjellige anlegg, men denne tildeling må skje innen rammen av de internasjonale av­ taler som også Norge har ratifisert. For mobil tjeneste til lands er det en rekke bånd som nyttes, spesielt mellom ca. 70 og 100 MHz og høyere mellom ca. 150 og 170 MHz. Man kan enten tildele bare én frekvens til hvert samband (som i USA), eller man kan tildele to frekvenser til hvert samband, én for hver retning (som i England). Det siste er teknisk sett det enkleste, men plassen i eteren er knapp, og en slik to-frekvens tildeling er ikke mulig i dag hvis bredbåndede FM-systemer nyttes. Det er strid om hvilket modulasjonssystem

15. Mobile kommunikasjonsanlegg

91

Fig. 15.1. VHF radiostasjon for bruk i bil.

som er best. I USA nyttes FM, mens man i England bruker AM. Begge systemer har sine fordeler. FM reduserer støy best, mens AM trenger mindre plass i frekvensbåndet og tillater derfor flere uavhengige systemer. Når det gjelder marinesystemer, melder spørs­ målet om internasjonale normer seg, og for skip er nå bestemt at man for kortdistanse VHFkommunikasjon skal nytte FM, med en avstand på 50 kHz mellom hver kanal. De fleste mobile VHF-systemer nytter sendere som stråler ut ca. 25 watt ved hovedstasjonen, mens de mobile stasjoner, ofte montert i bil, kan ha 5 watt sendeeffekt. Mottakerne er konstruert etter de vanlige linjer, men ofte er mottakerens lavfrekvensdel ved simpleksanlegg nyttet som modulator i senderen. Fig. 15.1 viser en moderne mobil VHF-radiostasjon for montering f.eks. i bil. Den drives direkte fra bilens akkumulatorbatteri. Enheten i midten inneholder alle operatørknapper samt høyttaler. Selve senderen og mottakeren er bygd inn i en noe større kasse som ikke behøver å være tilgjengelig under bruk. Det har i de senere årene skjedd en interessant utvikling i retning av å frambringe bærbare og robuste radiostasjoner. Slike har lenge vært kjent under betegnelsen «walkie-talkie», men det er først etter at transistorteknikken overtok, at vi har fått virkelig kompakte konstruksjoner som kjennetegnes ved god ytelse og lavt strømfor­ bruk. Fig. 15.2 viser en moderne bærbar VHF

sender—mottaker. Den er ikke større enn at den kan holdes i én hånd, og den drives fra innebygde batterier som kan lades opp fra lysnettet. Man får vanligvis utmerket forbindelse over avstan­ der på opptil ca. 5 km. Vi kan finne alle systemvarianter i bruk, fra de enkleste til de mest raffinerte. Det enkleste er at alle mottakere står på og arbeider på samme frekvens. Når en sender går på, hører alle hva som blir sagt, men bare én kan sende om gangen. Dette er et simpleks-nettsystem.

Fig. 15.2. Miniatyr VHF sender-mottaker (walkie-talkie).

92

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

og fra skip til skip. Normalt er senderne i vår frekvensiegion krystallstyrt med følgende krystallfrekvenser: 2182 kHz — den internasjonale anrops- og nødfrekvens. 1 frekvens i 2,1 Mp/s-båndet for samband skip til kyststasjon. 1 frekvens i 2,4 MHz-båndet for samband skip til kyststasjon. 1 frekvens i 2,3 MHz-båndet for samband skip til skip. Mottakerne er vanlige superheterodynmottakere som blir drevet fra samme energikilde som senderen — oftest et batteri — og vanligvis med følgende bølgebånd: Langbolge Mellombølge Fiskeribolge

150—370 kHz 550—1500 kHz 1500—4400 kHz

Med disse anlegg kan man (hvis man viser radiodisiplin) på en enkel måte etablere samband

Fig. 15.3. Antenneanlegg for fast stasjon i et mobilt VHF system.

Et raffinert system ville f. eks. ha mulighet for å kalle opp hver enkelt stasjon (selektiv ringing), slik at ingen flere enn de impliserte blir brydd med samtalen. En kunne også tenke seg sending og mottaking samtidig — som ved et vanlig telefonapparat (dupleks). Da slipper man under en samtale å kople over fra sending til mottaking hver gang samtalen skifter retning. Det er selvfølgelig viktig at slike mobile VHFsystemer konstrueres mest mulig robuste, slik at feil ikke blir for plagsomme. Den påkjenning en stasjon blir utsatt for i en bil, er meget betydelig, og materiellet bør gjennomgå meget strenge teknologiske prøver (spesielt rysteprøver) før det slippes ut på markedet. Et viktig mobilt kommunikasjonssystem i vårt land er radiotelefonen i vår fiskerflåte. Visse bølge­ lengder i fiskeribåndet fra 1605 til 3800 kHz er avsatt for kommunikasjon fra skip til kyststasjon

Fig. 15.4. Radiotelefoni-anlegg.

16. Fjernsyn

innen en fiskerflåte og mellom skipene og kyststasjonene. Fra disse kan forbindelsen direkte føres videre fram over telefon slik at full to-veis forbindelse kan etableres mellom fisker og f. eks. rederi eller familie. Radiotelefonen kan også nyttes som peilemottaker. I fig. 15.4 er vist et typisk radiotelefonianlegg. Den eldste og viktigste type mobil kommunika­ sjonstjeneste i vårt land er den mobile maritime tjeneste med skip i utenriksfart. All trafikk med skipene går over Rogaland radio. Man disponerer frekvenser i 4, 6, 8, 12, 16 og

93

22 MHz-båndene, og man må velge frekvens ut fra det grunnsyn som gjennomgått i kapitlet om bolgeforplantning. Korrespondansen går stort sett på telegrafii. Rogaland radio bar sterke stasjoner på opptil 100 kW, mens båtene må klare seg med stasjoner opptil 1 kW. Spesielstørre passasjerbåter har meget omfattende ut­ styr både for telegrafi og telefoni. Radioen spiller en stor rolle ved forlis. Fre­ kvensen 500 kHz er reservert som en internasjo­ nal nød- og kallefrekvens. Når et SOS sendes ut på 500 kHz, forstummer all annen trafikk.

FJERNSYN Vi har tidligere studert den prinsipielle opp­ bygning av et fjernsynssystem. Vi så at en scene ble overført punktvis ved at styrken av et radiosignal varierte i takt med lysstyrken i scenen når denne ble avsøkt systematisk 25 gan­ ger pr. sekund. I tillegg til intensitetsinformasjonen måtte synkroniseringsinformasjonen over­ føres slik at de billedpunkter som ble mottatt, bygde seg opp på riktig måte.

I dette kapitel skal vi prøve å gi en enkel inn­ føring i de mer tekniske sider av en fjernsynsmottaker. Vi vil ikke behandle senderen, men bare gå ut fra at det er mulig å frambringe et modulert høyfrekvenssignal som inneholder både intensitets- og synkroniseringsinformasjon.

Ansøking av bildet Det vanlige televisjonsbilde er noe bredere enn det er høyt. Vi har tidligere nevnt at avsøkingen skjer 25 ganger pr. sek. I virkeligheten er dette ikke helt riktig. Bildet avsokes som vist i fig. 16.1. Avsøkingen begynner i det øvre venstre hjørne og fortsetter langs de heltrukne linjer til punk­ tet som er merket f. Da hopper avsøkingen til g og fortsetter til x, for derfra å hoppe til a. Bildet avsøkes derfor to Fig. 16.1. Avsøking av ganger før komplett avbilde. søking er gjennomført, Dette system kalles linjesprangmetoden. Den komplette avsøking skjer 25 ganger pr. sekimd, mens delbildene produseres 50 ganger pr. sekund. Under de horisontale og det vertikale tilbake-

løp er lysstrålen slukket, slik at tilbakeløpet ikke sjenerer. Slokkepulsen settes inn på senderen. Fig. 16.2 viser omhyllingskurven av et typisk televisjonssignal. Øverst er vist signalformen ved like delbilder, nederst ved ulike. Til venstre og til høyre er vist intensitetsinformasjonen med linjesynkroniseringsimpulsen på toppen. Ved slutten av et bilde kommer et antall utligningspulser før synkroniseringsimpulsene for det vertikale sprang kommer. Ved like delbilder skjer spranget fra x til a, ved ulike fra f til g. Betydningen av utligningspulsene skal vi se på senere. Det svarte nivå ligger på 75% av maksimum. Synkroniseringsimpulsene er derfor «svartere enn svart», og man kan ikke se dem. Det lyseste nivå ligger ved 10% av maksimum. Produksjonen på senderen av et fjernsynssig­ nal med omhyllingskurve som vist i fig. 16.2, er relativt komplisert. Fjernsynskameraet fram-

94

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Linjesynkronsering

Fig. 16.2. Fjernsynssignalet.

bringer intensitetsinformasjonen. Synkroniseriags- og utjevnings-pulsene genereres i den såkalte synkroniseringsgenerator, og signalene kombineres på riktig måte før de bringes til å

modalere senderen. Vi vil her godta at det likerettede fjernsynssignalet har den form som er vist i fig. 16.2.

Fjernsynsmottakere Et blokkdiagram for en representativ fjern­ synsmottaker er vist i fig. 16.4. Fram til ut­ gangen av likeretteren er denne lik det vi er for­ trolig med fra kapitlet om mottakere for ampli­ tudemodulerte signaler, bortsett fra det forhold at båndbredden av mellomfrekvensforsterkeren er mye større, ca. 7 MHz etter den européiske standard. Høyfrekvensdelen kan bestå av 3 transistortrinn: HF-forsterker, blander og lokaloscillator. Avstemningen på de forskjellige kanaler gjøres ved hjelp av kapasitetsdioder (varicap). Som tid­ ligere nevnt vil disse diodenes kapasitet variere med en påtrykt likespenning, og man kan derved få en rent elektronisk avstemning av mottakeren. Mellomfrekvensforsterkeren for det sammen­ satte bilde- og lydsignal består gjerne av 4 eller 5 forsterkertrinn. Det nytter felles emitter kop­ ling og avstemt kollektorkrets. Fig. 16.5 viser et FM-trinn i en moderne fjernsynsmottaker. I vanlige radiomottakere er det bånd som mellomfrekvenstrinnene forsterker svmmetrisk rundt bærebølgen. Dette ville ved fjernsvn kreve en meget stor båndbredde, mer enn 10 MHz, og forsterkningen av mellomfrekvensene relativt til bærebølgen for billedinformasjonen velges derfor usymmetrisk, se fig. 16.6. Vi oppnår den ønskede form ved å avstemme de ulike trinn til litt forskjellig frekvens. Det nyttes også enkelte kunstgrep, som sugekretser etc.

I den mottakeren som er vist i fig. 16.4, vil det i likeretteren — som er ulineær — skje en blan­ ding av billedsignalet og det frekvensmodulerte lydsignal. Differensfrekvensen er 5,5 MHz, og det vil derfor dannes en slik frekvens som er frekvensmodulert med lydinformasjonen. Denne frekvens blir valgt ut og forsterket i en selektiv forsterker avstemt til 5,5 MHz, videre blir frekvensmodulasjonen overfort til det opprinnelige signal i en FM-diskriminator, og dette signal blir forsterket igjen og driver høyttaleren. Dette arrangement kalles «intercarrier»-lyd (mellombærebolgelvd). For at «intercarrier»-lyd skal kunne nyttes, må billedsignalet aldri bli helt null. I fig. 16.2 vil dette si at ved «hvitt» må det fremdeles stråles ut ca. 10% av bærebølgen for bildet. Utgangen fra likeretteren forsterkes og ledes til katodestrålerørets gitter, slik at lysstyrken blir bestemt av intensitetsinformasjonen i det mot­ tatte fjernsynssignal. Forsterkeren må kunne forsterke hele båndet fra null til ca. 5 MHz. Slike forsterkere kalles videofor sterkere (bredbåndsforsterkere). Siden det er nyttet negativ modulasjon, se fig. 16.2, må en minking i det mottatte signal påvirke katoderøret, slik at det resulterer i en øking av rørets strøm og dermed av lysstyrken. Et eksempel på hvordan dette er oppnådd, er vist i fig. 16.7. Signalet som ledes til katodestrålerørets gitter, må være definert likespenningsmessig, bl.a. fordi

16. Fjernsyn

Fig. 16.3. Fjernsynskamera.

Fig. 16.4. Blokkdiagram av fjernsynsmottaker.

96

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fig. 16.5. MF-trinn for billed- og lydsignal.

likespenningskomponenten i video-signalet re­ presenterer den langsomt varierende middelbelysningen i bildet, og denne ønsker vi å få med i det gjengitte bilde. I en moderne fjernsyns­ mottaker er dette gjort ved å likespenningskople video-forsterkeren, slik at også de aller langsom­ ste variasjoner vil modulere billedrøret. Det gjennomsnittlige lysnivå på skjermen kan

varieres ved at forspenningen på billedrørets styregitter reguleres. Dette skjer med et potensiometer merket «Lysstyrke». Det finnes dess­ uten en knapp merket «Kontrast». Med denne kan forsterkningen i videokjeden reguleres slik at intensitetsforskjellen mellom «svart» og «hvitt» på skjermen varieres.

Synkronisering For å oppnå synkronisering må man fremskaffe synkroniseringssignalene renset for billedinformasjonen, se fig. 16.7. Dette gjøres ved at det demodulerte videosignal blir ført inn på en transistor (T3 i fig. 16.7), som er forspent slik at den bare blir utstyrt av synkroniseringsnivået («svartere enn svart»). Linje- og bildesynkroni-

seringspulsene blir skilt i den såkalte synkroniseringsseparatoren, som i prinsippet består av differensierende og integrerende nettverk. Disse er også vist i fig. 16.7. Det differensierende nettverk består av en liten kondensator og en liten motstand i serie. Hvis tidskonstanten — RiCx — er liten sammen-

integrert signal (vertikal synkronisering)

Fig. 16.7. Forenklet skjema for videoforsterker og synkroniseringskretser.

16. Fjernsyn

lignet med de aktuelle pulslengder, vil spenningen over motstanden Rx bli som vist på fig. 16.8, dvs. en spiss ved begynnelsen og en spiss av motsatt polaritet ved slutten av pulsen. De positive pulser f. eks. kan nyttes til å trigge (synkronisere) den sagtakkgenerator som driver katodestrålen tvers over bildet — linjegeneratoren. Det integrerende nettverk består av en kjede av motstander (R2) og kondensatorer (C2), der

97

tidskonstanten — R2C2 — er stor sammenlignet med de aktuelle pulslengder. Spenningen ut fra det integrerende nettverk får en gjennomsnitts­ verdi av de innfallende pulser, et gjennomsnitt som vil øke når de vertikale synkroniseringspulser kommer, se fig. 16.8. Ved et bestemt nivå av de integrerte pulser trigger sagtakkgeneratoren for bildet. Utligningspulsene sørger for at situasjonen i integratoren ved ankomsten av de vertikale synkroniseringsimpulsene er like, uansett hvilket delbilde vi har. Dermed sikres avsoking ved linjesprangmetoden, dvs. den andre avsøking faller midt mellom linjene i den første. I de fleste televisjonsmottakere nyttes magnet­ isk avbøying i forbindelse med billedrøret. Dette vil si at en sagtakkformet strøm må ledes gjen­ nom avbøyingsspolene. Den sagtakkformede strøm leveres ofte av en frittløpende oscillator, som i upåvirket tilstand går litt langsommere enn linjefrekvensen. Ved at synkroniseringspulsene ledes til oscillatoren, vil denne trigges og løper da nøyaktig med riktig frekvens. Vi skal ikke her gi et komplett skjema av en fjernsynsmottaker. Det kan inneholde forskjellige detaljer som kan variere fra fabrikat til fabrikat, selv om hovedsynspunktene er de samme

Fargefjernsyn Fargefjernsynet har hatt en meget rask ut­ vikling i Europa gjennom siste halvdel av 1960årene, og i dag har man regelmessige sendinger i de fleste vest-europeiske land. Når man unntar Frankrike, har man i Vest-Europa gått inn for det såkalte PAL-system, som representerer en videreutvikling av det amerikanske NTSC (Na­ tional Television System Committee)-system. De viktigste krav som stilles til et fargefjernsynssystem, er følgende: 1. Systemet må være kompatibelt med svart/ hvitt TV, dvs. at en svart/hvitt mottaker må kunne gjengi et fargeprogram uten merkbar reduksjon i kvalitet. Videre må man kunne motta svart/hvitt sendinger med en fargemot­ taker, og da få et fullverdig svart/hvitt bilde. 2. Fargebilder må kunne overføres på en kanal med samme båndbredde som for svart/hvitt TV. 3. For sending av fargeprogrammer må vanlige sendere for svart/hvitt kunne brukes uten vesentlige modifikasjoner. 7 — Teknikk II

NTSC/PAL er ett av de systemer som tilfreds­ stiller alle de krav som er nevnt ovenfor. Vi skal i det følgende se litt nærmere på dette systemet. For å forstå prinsippene for fargefjernsynet er det nødvendig med en kort innføring i den fysikalske bakgrunn for øyets fargesans. Det viser seg at alle aktuelle farger kan realiseres ved kombinasjoner av tre primærfarger, rødt, blått og grønt. En gitt kombinasjon definerer hva vi kaller en bestemt fargeverdi, som igjen er bestemt av to størrelser, nemlig fargetonen (som vi i dagligtale kaller «fargen») og metningen (jo mer mettet en farge er, desto mindre er dens innhold av hvitt). Som eksempel kan nevnes at rosa er en umettet farge med fargetonen rød. Den tredje egenskapen som sammen med fargetonen og metningen bestemmer det totale fargeinntrykk, er den såkalte luminans, en stør­ relse som kan sies å representere lysstyrken i et gitt punkt i et fargebilde. Eksempel: En rød biljardball ligger på et grått underlag. Ballens fargetone og metning er den

98

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fig. 16.9. Prinsippskjema for fargefjernsynsoverføring. Bare de deler av systemet som er spesielle for fargefjernsyn, er tatt med.

samme over det hele, men luminansen varierer og er lavest på ballens skyggeside. Det blir altså tre størrelser som må overføres i et farge-TV system: luminans, fargetone og metning. I NTSC/PAL-systemet overføres primærfargene rødt, grønt og blått. Da det menneskelige øye ikke har samme følsomhet over hele fargeskalaen, sendes fargesignalet ut med forskjellig vekt på primærfargene, slik at det totale signal, som samtidig utgjør luminansen (Y) i et gitt billedpunkt, er uttrykt ved Y = 0.30Re + 0.59Ge + 0.11Be, hvor Re, Ge og Be er intensiteten av henholdsvis rød, grønn og blå primærfarge i det aktuelle bil­ ledpunkt. Fig. 16.9 viser prinsippet for et farge-overføringssystem. Kameraet nytter tre separate opptaker-rør (vidicon eller orthikon) med hvert sitt fargefilter for å få fram signalene Ur, Ug og Up, som altså representerer primærkomponentene. Deretter går signalene til en såkalt matrisekopling, hvor man først danner luminanssignalet Uy = 0.30U + 0.59Ug4~O.llUp og dernest de to differens-signalene (Up — Uy) og (Ur — Uy). Da luminanssignalet Uy er ekvivalent med det ordi­ nære videosignal ved svart/hvitt TV, må dette av kompatibilitetshensyn overføres i denne form. Det er tilstrekkelig å overføre de to differenssignalene (Up — Uy) og (Ur—Uy) i tillegg, idet Ug da kan beregnes i mottakeren.

(Up —Uy) og Ur—Uy amplitudemoduleres inn på en fargebærebølge som ligger på 4.43 MHz. Valget av denne frekvens er gjort med henblikk på minimale forstyrrelser i svart/hvitt bildet p.g.a. fargeinformasjonen. Man oppnår nemlig med denne bærefrekvens at fargeinformasjonen blir liggende i «luker» i frekvensspekteret for svart/hvitt informasjonen. De to differenssignalene føres til hver sin modulator drevet fra fargebærebølge-oscillatoren. Bærebølgesignalet for (Up — Uy)-signalet er hele tiden det samme, mens den andre bærebølgen skifter fase for hver linje som avsøkes i bildet. Hvis fasen for en gitt linje er forskutt 90° i for­ hold til oscillatoren for (Ur — Uy), vil den for neste linje ha en faseforskjell = 270°. I begynnelsen av hver linje sendes det ut en kort svingning (10-12 perioder) med fargebærebølgens frekvens. Dette er nødvendig fordi fargebærebølgen blir undertrykket ved modulasjonen og derfor må tilsettes i mottakeren; den korte svingningen i starten av hver linje (utenfor bildet) tjener således til synkronisering av mottakerens oscillator, som igjen nyttes til demodulering av de to fargesignalene. Det samme synkroniseringssignal sørger for å «informere» mottakeren om (Ur — Uy)-modulatorens fase er 90° eller 270° for en gitt linje. Dette faseskift fra linje til linje er PAL-systemets idé (Phase Alternate Line) og representerer forbedringen fra det opprinnelige NTSC-system. Det vil føre for langt å gå inn på effekten av dette

17. Ekkolodd

tlektronkanoner Fig. 16.10. Elektronstråle-system i fargebilledrør av skyggemasketype.

faseskiftet her, så vi får nøye oss med å slå tast at det har en effektiv, nøytraliserende virkning på fasefeil som oppstår mellom kamera og mot­ taker. Særlig aktuelt er dette på steder der de topo­ grafiske forhold lett forer til refleksjoner av ut­ sendt signal, noe som jo er et alminnelig problem her i landet. Etter demoduleringen har man fått tilbake signalene (Ur—Uy) og (Ut, — Uy) i tillegg til Uy. Ved hjelp av en matrisekopling frambringes signalet (Ug—Uy). De tre differenssignalene føres til hvert sitt gitter i billedrøret, som har tre elektronkanoner, én for hver av de tre fargekomponentene. De egentlige fargesignaler Ur, Up og Ug fremkommer ved at man lar Uy modulere katoden i røret, og den opprinnelige informasjon er gjenvunnet ved at elektronstrømmen i hver av de tre strålene er tilnærmet proporsjonal med spenningsdifferensen mellom gitter og katode. (Når fargemottakeren nyttes for svart/hvitt pro­ gram, vil de tre differenssignalene være 0, mens Uy er det vanlige videosignalet som modulerer katoden.)

99

Fargebilledrøret er temmelig komplisert og representerer en vesentlig del av prisen på en fargemottaker. Det har som nevnt tre elektron­ kanoner som leverer hver sin elektronstråle; disse danner innbyrdes en liten vinkel med hver­ andre slik som vist på fig. 16.10. På innsiden av selve billedflaten har røret et fint sammensatt monster av fosforpunkter, ordnet i grupper på tre og tre. Hver gruppe har ett fosforpunkt for henholdsvis blå, gronn og rod farge. Skyggemasken innenfor billedflaten har et lite hull for hver fosforgruppe, slik at de tre strålene trefler sine respektive fosforpunkter. Hvert av fosforpunktene er ca. 0,4 mm i diameter og det er omkring 1200000 av dem. Skyggemasken har således ca. 400000 hull. Det sier seg selv at avboyningssystemet for et slikt ror må oppvise boy presisjon. Fargegjengivelsen i roret er basert på såkalt additiv blanding av primærfargene, dvs. at øyet oppfatter fargene i et gitt punkt som summen av de tre fargekomponentene. Fosforpunktene er nemlig så små og sitter så tett at øyet ikke kan skjelne dem fra hverandre ved vanlig betraktningsavstand. Det bor nevnes at den fargeinformasjon som overføres, gir mulighet for bedre fargerikdom enn f.eks. flerfargetrvkk eller fargefotografi. Vi har her bare sett på de deler av fargefjernsynssystemet som skiller seg fra et vanlig svart/hvitt system. De øvrige deler er nokså like, f.eks. er mottakerens kanalvelger, mellomfrekvensdel, lyddel og svnkroniseringsdel den samme som for svart/hvitt.

EKKOLODD Et ekkolodds oppgave er som nevnt tidligere å registrere dybden og fiskeforekomster under fartøyet. Registreringen foregår på en slik måte at bunnkonturene og fiskeforekomstene blir tegnet opp på en papirstrimmel. Alle ekkolodd arbeider med ultrahøye lydfrekvenser, normalt fra 20 kHz og oppover. Svingeren, som omformeren fra elektiiske sving­ ninger til lydsvingninger i vannet kalles, mon­ teres under bunnen på fartøyet og sender ut lydpulser med korte mellomrom, opptil 60 pr. minutt. Lyden forplanter seg gjennom vannet ned til bunnen, der en del av lydenergien blir reflek­ tert og vender tilbake som et ekko. Ekkoet blir

normalt oppfanget av den samme svinger (ensvinger prinsippet). Tidsforskjellen mellom den utsendte lydpuls og ekkoet er et mål for dybden. Selve hendelsesforløpet er vanligvis slik: En mekanisk drevet penn går over registrerpapiiet. Når pennen så vidt er kommet inn på papiret, blir det utløst en lydpuls. Samtidig av­ settes et merke på papiret — nullinjen. Etter en tid, som bestemmes av dybden, kommer ekkoet tilbake. Det oppfanges av svingeren og forsterkes og føres til pennen, som nå har beveget seg et stykke over papiret. Et ekkomerke kommer fram på papiret. Avstanden mellom sendemerket og ekkomerket er da et uttrykk for dybden. Skalaen

100

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

mcttalnr

224 KHz

Fig. 17.1. Forenklet skjema for mindre ekkolodd.

er gradert slik at dybden kan leses av direkte i meter eller favner. Et ekkolodd består derfor teknisk sett av føl­ gende hoveddeler:

a) Svingeren med innretninger for bunnmontasje, b) Senderen, c) Mottakeren, d) Skriveren.

Svingeren kan enten være en magnetostriktiv eller en piezoelektrisk omformer. De magnetostriktive omformere er laget av nikkel og bronse. Ved at vekselstrøm sendes gjennom spoler som omgir nikkelstavene, vil disse variere i tykkelse i takt med vekselspenningen. Dermed er om­ formingen til trykkbølger realisert. Det beste sted for montering av svingeren er som regel litt foran midtspantet, slik at man unngår propell8tøy. Svingeren plascres videre vanligvis ca. 1 meter ut fra kjølen. Ved plaseringen må man finne en plass som er fri for hvirveldannelser — noe som ville forårsake støy.

Fig. 17.1 viser et forenklet skjema for et mindre ekkolodd. Oscillatoren vil levere en svingning med frekvens 160 kHz i en tid gitt av styrepulsens varighet (ca. 0,5 ms). Drivforsterkeren, som er av push-pull type, leverer signalet til svingeren over transformatoren Tr2. Svingeren, som er felles for sender og mottaker, vil omforme den reflekterte trykkbølgen til en elektrisk svingning på 160 kHz. Denne overføres via Tr2 til en for-forsterker. Diodene på inn­ gangen beskytter forsterkeren mot det kraftige utgående sendersignalet. Ax og A2 er avstemte forsterkere som opererer som henholdsvis blander og utgangsforsterker. Mottakeren er således basert på superheterodyn-prinsippet. Til slutt kommer en effektforsterker som driver skrivestiften. I tillegg til de kretsene som er beskrevet oven­ for, finnes en effektforsterker som styrer motoren for papirframdriften, regulatorkretser for spenningsforsyning etc. Hele systemet drives med 12 V likespenning (f.eks. fra akkumulatorbatteri).

101

18. Radar

Skriveren er en rent mekanisk innretning, som vi tidligere har sett på. Den inneholder en motor for drift av papiret, og dessuten en penn-foring som leder pennen tvers over papiret. Vanlige ekkolodd inneholder papir for fra 20 til 60 timers registrering. Nesten alle ekkolodd nytter elektro­ kjemisk skriveteknikk, dvs. pennen tilføres en spenning i forhold til papiret, og dette svertes. Fig. 17.2 viser et miniatyrisert ekkolodd, som kan monteres i alle båttyper helt ned til lettbåter. Svingeren kan ellers i dette anlegg rettes i alle retninger ved hjelp av en mekanisk inn­ retning. Dermed har man i realiteten et enkelt asdicanlegg.

Fig. 1.72. Ekkolodd.

RADAR I de første kapitler har vi sett på den prin­ sipielle oppbygning av et radarsett. Siden fjelllandskap, lavland, byer, havområder, elver, jernbanespor etc. reflekterer radiobølgene med forskjellig styrke, kan radar nyttes i fly for navigasjonsformål i mørke og når det er over­ skyet. Tilsvarende kan radarutstyr på skip gi informasjon om kystlinjen, andre skip, bøyer etc. I forsvaret nyttes radio for lokalisering av fly og skip, innsikting av kanoner, innsikting av bom­ ber, lokalisering av undervannsbåter i overvannsstilling, dirigering av styrte prosjektiler etc. En viktig sivil og militær anvendelse av radar er som landingshjelpemiddel for fly. Vi ser lett at de forskjellige formål som er an­ tydet, krever sine spesielle radarsett, og at vi her bare kan gå inn på de prinsipielle linjer. Men et radaranlegg er basert på de samme elementer og den samme teknikk som vi har gjennomgått. Bølgelengden som nyttes, er likevel så kort at høyfrekvensdelen blir nokså forskjellig sammen­ lignet med det vi er fortrolig med. Videre er radarpulsene meget korte, ofte under 1 p.s, og for at disse korte pulsene skal kunne forsterkes samtidig som de beholder formen, må båndbredden i forster­ kerne være stor, ofte 20 MHz. Fig. 18.1 viser et blokkdiagram for et radar­ anlegg.

Mottakersystem

Fig. 18.1. Blokkdiagram for et radarsystem.

Sendersystemet består av en høyfrekvensoscillator som kontrolleres av en modulator (pulser) på en slik måte at det genereres period­ iske høyfrekvenspulser av kort varighet, men med høy effekt. Antennen er meget direktiv og kan roteres, slik at strålen kan dirigeres i den retning man ønsker. I de fleste systemer nyttes en felles an­ tenne for sending og mottaking. Dette gjør det nødvendig med et koplingsarrangement, som kalles duplekser, som isolerer den følsomme mot

102

Finn Lied og H. Schitøz: Radio, radar, asdic, automasjon

takeren fra den kraftige utgående sendepuls, som ellers ville ødelegge mottakeren. I intervallet mellom utgående pulser må antennen være koplet til mottakeren med minimale tap. Radarmottakeren er en vanlig mottaker av høy kvalitet og med tilstrekkelig båndbredde for korte pulser. Som indikator nyttes vanligvis et katodestrålerør. Det kan nevnes at den effekt som returneres som ekko inn i en radarmottaker, er proporsjonal , P RA2

Her er P — utsendt spisseffekt, R — refleksjonsevne av målet, A — areal av antenne, Å — bølgelengden, d — avstand til målet. Vi ser at ekkoets styrke er proporsjonalt med den utsendte effekt (P). Videre er styrken av­ hengig av A2. Dette skyldes at når A er stor, er strålen fra antennen trang, og konsentrasjonen av energien stor. Ekkoet er videre proporsjonalt med 1/Å2. Jo mindre bølgelengde, jo trangere stråle fra et gitt speil. Endelig er ekkoet om­ vendt proporsjonalt med d4. Dette skyldes spred­ ningen av energi fra sender til mål og fra mål tilbake til sender igjen. Av formelen (radarligningen) ser vi at hvis vi ønsker stor rekkevidde (stor d) ved et så vidt synlig ekko, må vi enten gjøre utsendt effekt stor (P), antennen stor (A) eller bølgelengden liten (Å). I praksis må vi nytte alle disse midler. Et moderne fjernvarslingsanlegg for fly kan ha en toppeffekt på 3 millioner watt, en pulslengde

på 0,2ps og en bølgelengde mellom 10 og 30 cm. Et slikt anlegg kan oppdage et lite fly i en av­ stand av over 200 km. En viktig størrelse ved et radaranlegg er antall pulser som sendes ut pr. sekund, pulsrepetisjonsfrekvensen. Denne er avhengig av den rekkevidde anlegget er laget for. Hvis vi ønsker å lokalisere ut til 150 km rekkevidde, må pulsen tilbakelegge 300 km fra utsendelse til retur av ekko. Dette tar 1 ms, siden radiobølgene går med 300 000 km/s. Vi kan derfor ikke nytte en repetisjonsfrekvens som er høyere enn 1000 Hz, ellers vil ekkoet ikke komme tilbake før ny puls skal sendes ut og tidsbasen har hoppet tilbake til utgangsposisjonen. De mest nyttede pulsrepetisjonsfrekvenser er fra 200 til 10000 Hz. I radaranlegg nyttes ofte begrepet «arbeids­ forhold» om den del av tiden senderen er aktiv. Sendes det f. eks. ut 1000 pulser pr. sekund og hver puls er 1 ps lang, er arbeidsforholdet (duty cycle) 10-6 X 1000 = 10-3 = 0,001. Den gjennomsnittlige effekt er lik spisseffekten ganger arbeidsforholdet. Tabellen nedenfor viser de bølgelengdebånd som normalt nyttes ved radar, og betegnelsen for de forskjellige bånd. Bånd

P L S X K

Bølgelengde (cm)

133 — 77 77 —19 19 — 5,8 5,8— 2,7 2,7— 0,83

Senter av området i MHz 300 1000 3000 9000 25000

Frekvensbånd for radar.

Sendersystemet Som antydet i fig. 18.1, består en radarsender — når den reduseres til sine grunnelementer —• av en høyfrekvensoscillator, en modulator tilkop­ let en synkroniseringsgenerator, en antenne og en duplekser. Ved frekvenser under ca. 1000 MHz nyttes trioder med resonanslinjer som høyfrekvenskilde i stedet for de vanlige resonanskretser. For høyere frekvenser nyttes spesielle mikrobølgerør, som delvis er basert på andre prinsipper enn vanlige trioder. Det mest nyttede rør for radarsendere er den såkalte magnetron. Denne tilføres likespenningen i form av en impuls fra modula­ toren og avgir høyfrekvenseffekter over en

koaksialkabel. Magnetronen må plaseres i et konstant magnetfelt, da elektronene i magnetro­ nen utsettes for påvirkning både av et elektrisk og magnetisk felt. En nyere rørtype, kraftklystronen, som ikke trenger magnetfelt, har delvis fortrengt mag­ netronen.

103

18. Radar

Modulatoren må generere pulser av riktig am­ plitude, lengde og repetisjonsfrekvens. Modulasjonspulsen blir å tilføre høyfrekvenskilden som oscillerer under pulsen. I fig. 18.2 er vist en typisk modulatorkrets. " Mellom pulsene er Dx stengt, og batteriet Ut lader kondensatoren C opp til full spenning (Ub). Når en puls av riktig form kommer inn fra synkroniseringsenheten, vil DT lede, og siden mot­

standen i Dx fra anode til katode er liten, betyr dette at kondensatorens venstre plate kommer nær jordpotensial. Den høyre platen som er koplet til magnetronen, blir da negativ i forhold til jord med det fulle beløp Ub, og magnetronen svinger. Når spenningen over thyristoren kom­ mer nær null, vil denne sperre, og kondensatoren lades opp igjen. Ladestrommen går gjennom dioden D2.

Antennesystemet Formen av den strålebunten man ønsker fra en radarantenne, avhenger meget av formålet med radaren. Et radaranlegg på en luftvern­ kanon som skal følge et flys bevegelse, vil således ha en strålebunt med sirkulært tverrsnitt. En radar som bare skal finne om det er et fly i luften og flyets retning, men ikke høyden, vil ha en strålebunt som er trangest mulig horisontalt, men som er bred vertikalt (en stående panne­ kake!). En slik strålebunt oppnår man ved å gjøre antennens horisontale utstrekning stor, mens den vertikale gjøres liten. Åpningsvinkelen er jo tilnærmet 50

antennen gjennom en skjøt som tillater rotasjon. Det er utviklet egne roterende skjøter som løser dette problem.

grader,

der d er utstrekningen av antennen i den retning vi måler strålebunten. Antennetypen avhenger av frekvens og anven­ delse. Lavfrekvensradar (P- og L-båndene) nyt­ ter madrassantenner med reflektorer. Ved høyere frekvenser nyttes parabelformede reflektorer. Figur 18.3 viser en antenne som hører til et flyplassanlegg. De fleste radarantenner roterer rundt en verti­ kal akse, men det finnes også andre systematiske bevegelser av antennen som nyttes. Denne systematiske bevegelse av antennen kalles med et engelsk uttrvkk «scanning». Selv om det mest alminnelige er den horisontale scan om en verti­ kal akse, kan vi f. eks. ved høydefinnere ha vertikal scan, f. eks. fra 0 til 80 elevasjon. Hvis ikke senderen er montert på selve an­ tennen, vil energien fra senderen måtte tilføres

Fig. 18.3. Radarantenne.

1^4_____________________ Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Dupleksereu Duplekseren tillater antennen å bli brukt både for sending og mottaking. Den er i prinsipp en hurtigvirkende hoyfrekvensbryter, og kalles ofte en TR-bryter (Transmit-Receive Switch). I fig. 18.4 er vist et enkelt TR-system. Når senderen går på, vil det dannes en kort, slutning over gnistgapet inne i TR-bryteren

Denne er nemlig fylt med gass av lavt trykk, og det dannes en ledende forbindelse over gapet, selv ved moderate spenninger. Ved kortslutningen beskyttes mottakeren. A idere vil sendereffekten gå uhindret til antennen, siden kortslutnings-

punktet ligger y fra linjen. Kortslutningen blir derfor, sett fra punktet A, en uendelig stor mot­ stand og bar derfor ingen skadelig virkning. Når ekkoet kommer tilbake, vil det fordeles på senderens utgangskrets og mottakeren. TRbryteren er da åpen. Vi kan oppnå enda bedre separasjon ved i tillegg å nytte en såkalt Anti TR-bryter. Denne vil forhindre at halvparten av ekkoenergien går tapt i senderens utgangskrets. Det viktige — og vanskelige — med TRbrytere er at de må operere hurtig nok. Hvis ikke, kan mottakeren ødelegges.

Fig. 18.4. Enkel TR-bryter.

Radar-mottakeren Radar-mottakeren er en superheterodynmot­ taker som ofte har HF-forsterkning. Det nyttes da en såkalt parametrisk forsterker med spesielt gode støyegenskaper. Lokaloscillatoren er vanligvis ved kortere bølgelengder en klystron, mens blanderen nytter en halvlederkrystall som ulineært element. Den båndbredde man velger, er et kompromiss mellom ønsket om å bevare pulsformen på den ene side, og på den annen ønsket om å ha så lite

støy i mottakeren som mulig. Det er vanlig å velge båndbredden omtrent slik:

Båndbredde = ~

Pulslengde

•

Hvis pulslengden er 0,2 ps, vil båndbredden måtte velges ca. 5 MHz. Det er klart at vi bare kan oppnå slike båndbredder hvis vi velger en relativt høy mellomfrekvens. Normalt ligger denne mellom 30 og 100 MHz.

Presentasjon Man nytter alltid katodestrålerør til presenta­ sjonen. Vi kan enten ha en defleksjonspresentasjon, som antydet i fig. 18.5, eller en intensitetspresentasjon, som antydet i fig. 18.6. Den første type presentasjon kalles ofte A-presentasjon, mens den siste typen kalles PPI-presentasjon. Ved A-presentasjonen drives elektronstrålen tvers over røret av en sagtakkspenning som starter samtidig som sendepulsen går ut. Man kan vanskelig unngå ekkoer fra jorden foran antennen og fra faste objekter. En A-presentasjon kan derfor se ut som antydet på fig. 18.5.

Det kreves derfor atskillig erfaring for å kunne følge mål i virvaret av faste ekkoer.

Fig. 18.6 viser en PPI-presentasjon av et område av Oslofjorden, tatt fra fly. Radarsettet som ble nvttet, var et britisk navigasjonssett for fly (h2S). For å skille faste fra bevegelige ekkoer nyttes ofte en såkalt MTI (Moving Target Indicator). Denne er basert på at de faste objekter bestandig gir refleksjon fra samme avstand, mens de ønske­ de mål endrer avstand med tiden.

18. Radar

105

Fig. 18.5. A-presentasjon.

Fig. 18.6. PPI-bilde av Oslofjorden.

Landingssystemer for fly En meget viktig anvendelse av radio og radar har man i landingssystemene for fly. Vi skal her beskrive to mye nyttede systemer, nem­ lig Instrument Landing System (ILS) og Ground Control Approach (GCA).

Instrument Landing System De essensielle elementer i dette system er rullebanesenderen, glidebanesenderen og avstands-

markørene. Den første sender ut to toner fra to forskjellige antenner. Når flygeren hører de to tonene like sterkt, vet han at han har riktig kurs. Avstandsmarkørene forteller ham at det er 4,5 miles, 4800 fot og 200 fot igjen til rullebanen, og glidebanesenderen setter ham i stand til — igjen ved et to-tone system — å fly inn i riktig høyde. Se ellers fig. 18.7.

106

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Ground Control Approach Dette system nytter to radarsett, det første for generell orientering og kontroll av fly i flyplassens nærhet. Det har en rekkevidde på ca. 50 km. Det annet er et kortdistanse-sett med stor oppløsningsevne, som nyttes for selve landingen av ett fly om gangen. Det siste radarsettet har to presentasjoner. Det ene har elevasjon som verti­

kalt ntslag, mens avstand er horisontal, det andre er et vanlig PPI som gir asimut og avstand. Den glidebane som flyet bør følge, kan tegnes inn på de to katodestrålerørene, og et fly kan dirigeres over meterbølgeforbindelsen, slik at det holder riktig kurs. Flyet «snakkes» ned. A i har både ILS- og GCA-anlegg i Norge. På Gardermoen f. eks. er begge typer i bruk.

SERVO- OG KONTROLLTEKNIKK A i har i annet kapitel sett på den prinsipielle oppbygning av servosystemer og deres kaiakteristiske egenskaper. I dette kapitlet skal vi mer detaljert studere hvilke parametre som bestem­ mer systemets oppførsel, og videre se på hvordan et slikt system kan bygges opp. Ved å gå tilbake til det elementære blokk­ diagram i fig. 19.1, der K representerer vårt kommandosignal og R det oppnådde resultat, kan vi sette opp en ligning for systemet i likevekt (K -? R) A = R. I subtraksjonskretsen sammenlignes K og R, og differansen sendes inn i systemet, der den for­ sterkes A ganger. Det er dette ligningen ut­ trykker. Ordnet gir ligningen ovenfor

K

Fig. 19.1. Blokkdiagram for en servosløyfe.

eller i ord at resultatet (R) avviker med faktoren A A+l

fra vårt ønske (K). Da vi alltid vil at mekanismen skal utføre våre ordrer med så små feil som mulig, må vi sørge for at A blir stor. Er A lik 100, svarer det til en feil på 1% i det oppnådde resultat. A omfatter her den totale forsterking gjennom hele systemet. Da de fleste servosyste­ mer inneholder komponenter som omformer signalene fra en energiform til en annen, bruker vi i servoteknikken ordet forsterking i en mer utvidet betydning enn ellers i elektronikken. Mens vi med forsterking vanligvis uttrykker et forhold mellom to ensbenevnte størrelser, brukes begrepet i servoteknikken som et mål for alle årsaks-virkningsforhold og med en benevning som forklarer sammenhengen. Ser vi f.eks. på en elektrisk likestrømsmotor som har permanent felt, vil tomgangsturtallet variere proporsjonalt med spenningen over ankeret, og vi kan da uttrykke forsterkningen slik: For en bestemt spenning, f.eks. 28 V, går motoren med 560 o/min i tomgang. Dette gir motorens forsterkning

19. Servo- og kontrollteknikk

560 o/min

107

.

Amotor = -----28V----- = 20 °/nUn Pr V

Det vil si at for hver V vi legger over ankeret, vil motoren rotere med 20 o/min. På denne måten finner vi A’ene for alle deler i systemet og multipliserer disse sammen til den totale A. I alle virkelige systemer er det en grense for hvor stor vi kan gjøre den totale A og sam­ tidig ha et brukbart system. En metode som ofte er brukt når det gjelder å finne ut hvor stor A kan være, er å se på det vi kaller frekvens- og fase-egenskapene for systemet. Amplitude Vi påtrykker sy­ stemet en periodisk forandring som på figur 19.2 a, som viser et signal av samme type som en vanlig vekselspen­ ning, men mye lang­ sommere. Signalet er karakterisert ved sin maksimalverdi og tiden mellom to 1 Amplitude ensliggende punk­ ter, kalt en periode. På figur 19.2 b ser vi hvordan det sig­ nal som kommer ut av systemet, ser ut. Det kan være forandret på to karak­ teristiske måter, Fig. 19.2. som enten opptrer Frekvens- og fase-egenskaper. hver for seg eller begge samtidig. Disse forandringer er:

a) Forskyvning i tid, kalt fasedreining, fordi vi gjerne måler den i grader. En hel peiiode svarer til 360°. b) Forandring i amplitude, det utkomne signal kan være større eller mindre, svarende til en forsterking som er større eller mindre enn 1. I alle fysiske systemer der vi skal ha utført arbeid, har vi treghetskrefter, elektriske eller mekaniske, som motvirker forandringer i beve­ gelsen, slik at utgangssignalet alltid blir liggende etter i fase. For et og samme system blir faseforsinkelsen alltid større når perioden avtar, dvs. når forandringene skal skje hurtigere. Det kritiske punkt er når utgangssignalet lig­ ger en halv periode etter påtrykket. Vi går til-

Fig. 19.3. 180° faseforskyvning mellom K- og R-signal.

bake til fig. 19.1, og skal kort se hvorfor det er slik. I subtraksjonsmekanismen vil de to signalene komme en halv periode forskutt, se fig. 19.3. Dette vil si at forsterkingen fra å være positiv er blitt negativ. Ved å se på ligningen for det oppnådde resultat

ser vi at når A = 4-1, blir R uendelig stor, og våit system har løpt løs! Hvis derfor amplitudeforholdet ved den periode (frekvens) der fasevridningen er lik 180°, er lik eller større enn 1, vil en vilkårlig liten forstyrrelse forsterkes opp og vokse over alle grenser. Fig. 19.4 viser hvordan disse svingningene vokser opp. De vil ikke gå mot uendelig i amplitude, men stabilisere seg på et eller annet høyt nivå på grunn av at systemet overstyres eller går i metning, som man sier. Et slikt system er selvfølgelig ubrukbart for alle kontrollformål, i prinsippet er det imidlertid de samme effekter som ligger til grunn for alle oscillatorer der vi nettopp ønsker en slik oppsvingning.

Amplitude

Fig. 19.4. Svingninger i et servosystem.

108

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

b) Beregne kompenserende komponenter som modifiserer amplitudeforholdet og fasedreiningen som funksjon av frekvensen på en slik måte at det gir det beste kompro­ miss mellom god nøyaktighet og akseptabelt innsvingningsforhold for det spesifiserte bruk.

Hvor nær vi tør gå et amplitudeforhold på 1, avhenger av systemets art og hva det skal brukes til. Vanligvis ligger grensen på — til y ved den

frekvens som gir fasedreining på 180°. I systemet må vi derfor ha mulighet for å kunne regulere forsterkingen. Fig. 19.5 viser hvordan systemet vil svinge seg inn etter en plutselig forandring i vårt kommandosignal under to forskjellige amplitudeforhold (forsterkinger) ved den frekvens der forskyvningen er en halv peiiode. Som regel ønsker vi at systemet skal komme hurtig til ro. Det vil si at vi må velge den laveste grense for amplitudeforholdet. Det kan se ut som om vi kan få både i pose og sekk, idet vi kan velge en stor A og dermed en stor nøyaktighet, bare vi sørger for at for­ sterkingen er tilstrekkelig liten ved den frekvens der forsinkelsen er en halv periode. Nå er det imidlertid så for ethvert fysikalsk system at det er en bestemt sammenheng mel­ lom fasedreining og forandring i amplitudefor­ hold. Kunsten å lage gode servosystemer kan derfor sammenfattes i følgende to punkter: a) Velge eller utvikle komponenter som har så liten treghet som mulig, for på den måten å redusere faseforsinkelsen.

Vi vil nå se litt nærmere på systemet for styring av bordet på en verktøymaskin, som er omtalt tidligere. Fig. 19.6 viser et oversiktsdiagram, som sammen med figur 2.28 forklarer virkemåten. Kommandosignalet kommer fram ved dreining på et potensiometer, der fullt utslag svarer til hele arbeidslengden, 500 mm. På samme måte måles den oppnådde posisjon med et potensio­ meter som er giret til tannstangen under bordet. Når potensiometrene står i nøyaktig samme posisjon, er det ikke noen spenning mellom de to skyverne, og motoren står stille. En avvikelse fra denne overensstemmende posisjon vil gi en spenning inn på forsterkeren, som så driver motoren til å gå i en slik retning at uoverens­ stemmelsen opphører. Da polariteten på det sig­ nal som kommer inn på forsterkeren, avhenger av til hvilken side avvikelsen er, og motorens dreieretning avhenger av styrestrømmens ret­ ning, er vi alltid sikret at systemet vil vandre inn mot en stabil hvilestilling når det først er koplet riktig sammen. Vi skal i det følgende ta for oss hver enkelt av hovedbestanddelene i systemet, og se hvordan de virker.

19. S e r v o - og kont rolltek nikk

109

Måleelementer Da hele systemets nøyaktighet aldri kan bh bedre enn måleelementets, må det alltid stilles bestemte krav til dette. Hvis vi for denne oppgaven går ut fra en total arbeidslengde på 500 mm, og vi ikke krever bedre nøyaktighet enn 0,2 mm, kan vi klare dette med potensiometer. Bedre nøyaktighet enn dette ville kreve mer raffinert og innviklet måleutstyr. De vanlige potensiometre som brukes i svakstrømsteknikken, passer svært dårlig for stor presisjon, det er derfor utviklet spesielle typer for servoformål. Fig. 19.7 viser et snitt gjen­ nom en type som gjør flere omdreininger for fullt utslag. Prinsippet i konstruksjonen er at motstandstråden er viklet opp på en isolert tråd på 3—4 mm i diameter, som deretter er lagt opp i en skrulinje med 10 viklinger. Skyveren har en sko som griper om trådens viklinger, og kan be­ vege seg fritt i aksiell retning. Ved dreining av akselen vil den derfor klatre oppover skrulinjen. Fordelen ved denne konstruksjonsmetoden er at man får en meget lang motstandsvikling innenfor en liten totaJdiameter av enheten. Velger vi et potensiometer med 40 omdreininger, som man kan få med en nøyaktighet på 0,2 °/oO, gir dette i vårt tilfelle 0,1 mm. Dette er innenfor den oppsatte grense.

Spenningen over potensiometeret kan passende være 10 volt, svarende til 20 mV pr. mm be­ vegelse. Dette gir da straks en indikasjon på inngangsnivået i vår forsterker.

Fig. 19.7. Presisjons-potensiometer.

Servomotor En type likestrømmotor som har fått økende anvendelse for servoformål, en såkalt momentmotor. Motoren har permanent feltmagnet, og drivspenningen påtrykkes ankeret via børster og kommutator. Den leveres gjerne i løse deler, slik at den kan tilpasses det aktuelle system med minimale krav til plass. Vi skal se litt på denne motorens egenskaper. I fig. 19.8 er vist motorens dreiemoment som funksjon av omdreiningstall ved konstant spen­ ning. Motoren avgir sitt maksimale dreiemoment når omdreiningstallet er 0, dvs. når den holdes fast i stillstand. Etter hvert som den «slippes løs», vil omdreiningstallet øke og dreiemomentet avta. Når dreiemomentet er null, har motoren nådd sitt tomgangsturtall. Den egenskap at momentet avtar med økende omdreiningstall, en «negativ momentkarakteri-

stikk», er viktig for en motor som skal brukes i et reguleringssystem, fordi systemet ellers van­ skelig kan gjøres stabilt. En motor med karak­ teristikk som vist stiplet i fig. 19.8 (gjelder for vanlige asynkronmotorer), vil gi et ustabilt system fordi den har en positiv momentkarakteristikk i en del av hastighetsområdet. For motoren kan vi merke oss ytterligere

Fig. 19.8. Momentkarakteristikk for likestrøm servomotor. (Karakteristikken for en asynkron vekselstrømmotor er vist stiplet).

110

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

PERMANENT FELTMAGNET

MONTERINGS-

BUKK

VIKLING

WNTERINGSFLENS F0R AKSEL

HOLDER FOR BØRSTER

KOMMUTATOR

RING Fig. 19.9. Delene i en likestrøm servomotor (momentmotor).

to karakteristiske egenskaper: avgitt mo­ ment er proporsjonalt med ankerstrømmen, og tomgangsturtallet er proporsjonalt med påtrykt spenning. I det hele er en god servomotor karak­

terisert ved mest mulig lineær sammenheng mel­ lom elektriske og mekaniske størrelser. Ved endelig valg av motor er det en rekke andre hensyn som må tas i betraktning.

Elektronisk forsterker Et overslag over den nødvendige elektroniske forsterkning kan vi få ved å si at et avvik på 0,4 mm mellom ønsket og oppnådd posisjon skal gi full utstyring av motoren. Som vi så under omtalen av måleelementet, var dets følsomhet 20 mV/mm, og dette svarer til 8 mV pr. 0,4 mm. Vi forutsetter videre at vår valgte motor utstyres maksimalt med 28 V, og dette gir den nødven­ dige forsterkning:

28

= wr ^00-sanger

Forsterkeren utstyres med et potensiometer for regulering av forsterkningen. Fig. 19.10 viser en typisk motorforsterker for dette formål. Den drives fra to symmetriske spenninger, 4-28 V og —28 V. Dette er nød­ vendig for at motoren skal kunne gi et like stort moment i begge retninger. Forsterkerens utgangstrinn minner meget om den komplementærsymmetriske forsterker som er beskrevet tidligere. Det som skiller motorforsterkeren fra høyttalerforsterkeren, er først og fremst at vi her må ha likespenningskopling, dvs.

19. Servo- og kontrollteknikk

111

Fig. 19.10. Motorforsterker.

at det ikke kan brukes koplingskondensatorer mellom trinnene. Konstruksjonen av forsterkeren blir derfor noe annerledes og baserer seg på to symmetriske grener med vekselvis npn- og pnptransistorer. Spenningsforsterkeren kan være en integrert krets. De to motstandene Rx og R2 bestemmer for­ sterkningen ved

R, er variabel i henhold til hva som er sagt tidligere. Fig. 19.11 viser forsterkerens karakteristikk. Vi ser at utgangsspenningen skifter polaritet når

Fig. 19.11. Motorforsterkerens karakteristikk.

inngangsspenningen går gjennom null, dvs. at motoren skifter dreieretning. Vi har nå kort gjennomgått de enkelte deler av systemet, og skal til slutt se hvordan det svinger seg inn etter en plutselig forandring i kommandosignalet. Fig. 19.12 viser innsvingningsforløpet for et sprang på 5 mm i kommando. Vi ser at for en økning i den totale forsterk­ ning — her regulert med den elektroniske for­ sterker — blir systemet mer oscillatorisk. Dette stemmer med de teoretiske beregninger vi gjorde i begynnelsen av kapitlet.

112

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

ELEKTRONISKE INSTRUMENTER Av elektroniske instrumenter finnes et meget stort antall grupper, og innen liver gruppe igjen mange varianter. I dette kapitel skal vi se på

noen få viktige instrumenter som særlig nyttes når det gjelder konstruksjon og vedlikehold av elektronisk utstyr. J

Signalgeneratorer En signalgenerator er en liten radiosender som over to klemmer leverer en innstillbar høyfrekvensspenning. Den spenning som leveres, er vanligvis regtderbar fra 1 [zV til 1 V, og den indre motstand av signalgeneratoren er lav, ofte ca. 100 ohm. Det er viktig at signalgenera­ toren ikke «stråler», dvs. at ikke høyfrekvensenergi lekker ut og inn i den mottaker eller hva det kan være vi måler på. Signalgene­ ratorer er derfor godt skjermet. I fig. 20.1 er vist blokkskjema for en typisk signalgenerator. Signalet tas fra en oscillator hvis frekvens kan stilles inn manuelt over det aktuelle område. For målinger på mellomfrekvensforsterkere i radio- og fjernsynsmottakere er det verdi­ fullt å ha mulighet for automatisk variasjon av frekvensen innenfor et forholdsvis smalt bånd, og derfor har svært mange signalgeneratorer mu­ lighet for «sweeping» av frekvensen mellom to grenser som settes inn manuelt. En signalgenerator til generelt bruk må kunne levere både amplitudemodulerte og frekvensmodulerte signaler, og den har derfor innebygde modulatorer for AM og FM. Disse kan drives fra en innebygd oscillator (vanlig frekvens er 400 Hz eller 1 kHz) for å gi f.eks. AM med 30% modu-

Fig. 20.2. Moderne signalgenerator.

lasjon og FM med ^75 kHz deviasjon (frekvens­ sving). Den innebygde oscillatoren kan koples fra slik at modulatorene kan drives fra eksterne signalkilder hvis man ønsker et utgangssignal

Etgangssignalets amplitude kan stilles inn på ønsket verdi ved hjelp av en variabel attenuator, ofte utført som en vender med 2 trinn pr. dekade (1 [zV 4- 3 [zV 4- 10 jzV osv.) og en knapp for

frekv. instilling

utv. mod FM

utv. mod AM

Fig. 20.1. Blokkskjema for signalgenerator.

20. Elektroniske instrumenter

kontinuerlig variasjon av amplituden. Denne av­ leses på et viserinstrument som kan være ka­ librert i effektiv verdi og dbm; det siste er et standardisert mål for signalnivå.

113

Fig. 20.2 viser en typisk signalgenerator av moderne, kompakt konstruksjon. Den leverer både AM og FM over frekvensområdet 100 kHz110 MHz.

Lavfrekvensgeneratorer Lavfrekvensgeneratorene anvendes først og fremst for frekvenser innenfor audio-området, dvs. ca. 20 Hz-20 kHz. Disse generatorene har vanligvis høyere utgangsnivå enn signalgeneratorene, f.eks. 1 mV-10 V. Skjerming mot ut­ stråling er ikke så kritisk. De viktigste krav til en lavfrekvensgenerator er at den ved en gitt innstilling har god amplitude- og frekvensstabilitet, og kanskje særlig at forvrengningen er lav (dvs. nøyaktig sinusformet spenning).

Lavfrekvensgeneratorene benyttes først og fremst ved målinger på mikrofon- og høyttalerforsterkere etc. Videre kan de nyttes til modula­ sjon av en høyfrekvens signalgenerator. Den typiske lavfrekvensgenerator ser i økende grad ut til å bli avløst av de såkalte bredbåndsgeneratorer. En slik generator kan f.eks. dekke området 1 Hz-1 MHz og er derfor et meget an­ vendelig instrument.

Aktive voltmetre Av aktive voltmetre har vi mange typer. Vi kan dele dem i to grupper, analoge voltmetre (med viserinstrument) og digital-voltmetre (med sifferpresentasjon). Innen hver av disse to grup­ pene har vi likespennings- og vekselspenningsinstrumenter. Prinsippskjemaet for et aktivt voltmeter med viserinstrument er vist i fig. 20.3. En forsterker er satt inn mellom inngangen og viserinstrumentet. Ved at forsterkningen her kan reguleres i kalibrerte trinn, fås et voltmeter med flere måleområder. De krav som må stilles til forsterkeren, er følgende: Høy inngangsmotstand. Liten inngangskapsitet (ved vekselspenningsvoltmetre). Meget stabil forsterkning. Liten likespenningsdrift (ved likespenningsvoltmetre). Videre er det av vesentlig betydning at for­ sterkeren tåler store overspenninger på inn­ gangen, slik at den ikke ødelegges ved uakt­ somhet.

viitfinstrumTit

Fig. 20.3. Blokkskjema for aktivt voltmeter. 8 — Teknikk II

I vekselspenningsvoltmetre må man dessuten ha en eller annen form for demodulator (like­ retter) mellom forsterkeren og viserinstrumentet. Denne demodulatorens karakteristikk velges med henblikk på hvilken funksjon man ønsker indi­ kert — middelverdi, effektiv-verdi, eller topp­ verdi. Presentasjon med viserinstrumentet gir en enkel og rimelig konstruksjon, men det er to markante ulemper knyttet til denne metoden: a) Det er lett for brukeren å begå avlesningsfeil. b) Voltmeterets nøyaktighet kan aldri bli bedre enn hva viserinstrumentet er godt for. Instru­ menter med nøyaktighet bedre enn 1% av fullt viserutslag blir kostbare og er lite robuste. Disse forhold har fremskyndet utbredelsen av de såkalte digitalvoltmetre, som istedenfor å ha et viserinstrument presenterer måleresultatet direkte på sifferform. Mest brukt som indika­ torer er de såkalte kald-katoderør (Nixie-rør). Disse rørene er gassfylte og består av 10 katoder og en felles anode. Katodene er utformet som tallene 0, 1, 2 osv. Anoden legges på en høy spenning, ca. 180 V, via en seriemotstand. Hvis man nå jorder en katode, mens de øvrige ligger åpne, vil det gå en strøm mellom denne og anoden; katoden lyser da opp og presenterer det aktuelle tall. For å kunne bruke denne formen for presenta­ sjon i et voltmeter, må vi etter forsterkeren og

114

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fig. 20.4. Digitalvoltmeter.

en eventuell demodulator ha en såkalt analog til digital omformer. Det vil føre for langt å komme inn på konstruksjonen av en slik omformer her, idet det dreier seg om forholdsvis kompliserte kretsfunksj oner. Digitalvoltmetrene har derfor til nå vært for­ holdsvis kostbare. Imidlertid har utviklingen av de integrerte kretsene gitt støtet til nye og

enklere konstruksjoner, slik at et digitalvoltvoltmeter med relativt beskjeden nøyaktighet (0.25%) i dag ikke koster vesentlig mer enn et godt analog-voltmeter. Fig. 20.4 viser et typisk digitalvoltmeter. Man kan få utpregede presisjons-digitalvoltmetre med 6 siffer, 0,005% nøyaktighet og 10 MQ inngangsimpedans.

Frek venstel ler e En frekvensteller er et instrument for måling av frekvens med stor nøyaktighet. Presentasjo­ nen skjer på sifferform slik som ved digitalvoltmeteret.

Fig. 20.5. Blokkskjema for frekvensteller.

Prinsippet for frekvenstelleren er meget enkelt. Fig. 20.5 viser et blokkskjema. Den ukjente fre­ kvens ledes fra inngangsforsterkeren via en portkrets inn på en elektronisk teller. Denne telleren går fram ett skritt for hver periode i inngangssignalet. Slike elektroniske tellere kan gjøres meget hurtige; man kan f.eks. oppnå 50 MHz tellefrekvens uten større vanskelighet. Portkretsen er åpen i et tidsintervall som er bestemt med stor nøyaktighet ved hjelp av en krystallstyrt oscillator. Telleren settes alltid til­ bake til 0 før en telleperiode begynner. Hvis port­ kretsen er åpen i 1 s, vil telleren etter et inter­ vall vise frekvensen i Hz. Tidsintervallet er still­ bart i trinn i forholdet 10:1, og på denne måten får man flere måleområder. F.eks. vil et tids­ intervall lik 1 ms gi presentasjon i kHz. Fig. 20.6 viser en 7-sifret frekvensteller.

20. Elektroniske instrumenter

115

Fig 20.6. Frekvensteller.

Oscilloskop Vi har tidligere relativt utførlig gjennomgått katodestrålerøret. Dette kan nyttes som kjernen i et meget nyttig instrument som kalles et oscil­ loskop, og som setter oss i stand til å «se» elek­ triske forløp direkte på katodestrålerørets skjerm. Rent prinsipielt er et vanlig oscilloskop bygd opp som vist i fig. 20.7.

og horisontal posisjon, og disse muliggjør for­ skyvning av den interessante del av bildet over hele skjermen. Knappen volt/cm regulerer vertikalforsterkningen og gjor det mulig å velge den ønskede skalafaktor. I horisontal retning kan skalafaktoren velges ved innstilling av tidsbasen med knappen tid/cm. Triggernivå-knappen nederst til høyre nyttes

Fig. 20.7. Prinsipp for oscilloskop.

Det ukjente spenningsforløp ledes inn i en Y-forsterker, som er en regulær forsterker med innstillbar, kalibrert forsterkning. Utgangen koples til katodestrålerørets Y-plater. Katodestrålen beveges derfor opp og ned i takt med den ukjente spenning. For at vi skal kunne observere forløpet, må vi dra det ut i X-retningen. Dette skjer ved at vi genererer en sagtakkspenning, for­ sterker den og leder den til katodestrålerørets X-plater. Hvis uttrekket i X-retningen er synkro­ nisert med perioden i det ukjente forløp, vil vi observere et stillestående bilde, som antydet i fig. 20.7. De viktigste innstillingene på et enkelt oscillo­ skop er vist i fig. 20.8. Øverst til venstre har vi kontrollene fokus og astigmatisme. Disse innstilles for maksimal skarp­ het på strålen. På høyre side finnes intensitet og skalalys. Nedenfor kommer kontroller for vertikal

Fig. 20.8. Frontpanel på et mindre oscilloskop.

116

Finn Lied og H. Schiøtz: Radio, radar, asdic, automasjon

Fig. 20.9. Oscilloskop.

for valg av «startpunkt»-nivå for det forløp man ønsker å studere. Det finnes et stort antall oscilloskoptyper. De mer kompliserte har bredbåndet Y-forsterker,

hurtig tidsbasis og stor følsomhet. Videre finnes det dobbeltstråleskop, der to uavhengige forløp kan studeres samtidig. I fig. 20.9 er vist bilde av et generelt anvendelig oscilloskop.

Hva er desibel? La oss anta at vi tar utgangspunkt i et effekt nivå Po (1 watt f.eks.). Et annet effektnivå Pt er da

Pi Po

ganger større enn Po. Forholdet mellom effekt nivåer kan bh meget store tall og også av denne grunn nyttes ikke selve forholdet, men logoritmen (med grunntall 10) til forhold:

p 10 log p1 dB r0

over Po. Hvis Px = 100 Po, sier vi derfor at Px er 20 dB over Po. Definisjonen av desibel er knyttet til effektnivåer, selv om dette enkelte ganger glemmes. Hvis vi har spenningen Vo og Vx henholdsvis over samme motstand R, utvikles effektene V 2

V 2 r0

Dette forhold kalles bel (etter telefonens opp­ finner Graham Bell). Hvis ?! f. eks. er 100 Po, sier vi at Px er 2 bel høyere enn Po. Dette er igjen et lite tall, dvs. bel er en stor enhet. Derfor nyttes en enhet som er tiendedelen av bel, kalt desibel som forkortes dB, altså er Px

R

og

R

i motstanden.

Forholdet mellom disse effekter i desibel er da

Vi2 R V 2 V 10 log v^=1° log V^=20 10g V1 Y 0

R

v 0

Y 0

117

20. Elektroniske instrumenter

Dette blir definisjonen av desibel mellom spen-

20 log y

ningsnivåer. Tilsvarende blir definisjonen for forholdet mellom strømnivåer

Vi kan lage en nyttig tabell over efiektforhold spennings- og strømforhold.

Desibel-tabell db + -

Strømforhold eller spenningsforhold

Effektforhold

Vinning

Tap

V inning

Tap

0 0.2 0.4 0.6 0.8

1.000 1.023 1.047 1.072 1.096

1.000 0.977 0.955 0.933 0.912

1.000 1.047 1.096 1.148 1.202

1.000 0.955 0.912 0.871 0.832

1.0 1.5 2.0 3.0 4.0

1.122 1.189 1.259 1.413 1.585

0.891 0.841 0.794 0.708 0.631

1.259 1.413 1.585 1.995 2.512

0.794 0.708 0.631 0.501 0.398

5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

1.778 1.995 2.239 2.512 2.818

0.562 0.501 0.447 0.398 0.355

3.162 3.981 5.012 6.310 7.943

0.316 0.251 0.200 0.159 0.126

10.0 12.0 14.0 16.0 18.0

3.162 3.981 5.012 6.310 7.943

0.316 0.251 0.200 0.159 0.126

10 1.585x10 2.512x10 3.981x10 6.310x10

IO"1 0.631x10* * 0.398x10* 0.251X10* 0.159x10-

20.0 25.0 30.0 35.0 40.0

10"1 10 1.778x10 0.562x10“* 3.162x10 0.316X10-1 * 5.623x10 0.178x1010“2 102

50.0 60.0 70.0 80.0 90.0

3.162xl02 0.316xl0-2 103 10~3 3.162xl03 0.316xl0-3 * 10 10“* * 0.316x10* 3.162x10

100.0

105

Hvis en spenning er 100 mV f. eks., kan vi si at den er 40 dB over 1 mV eller 20 dB under 1 Volt. Desibel er alltid et relativt mål selv om en f. eks. i akustikken har et fast etablert referanse-

io-5

IO"2 102 3.162xl02 0.316xl0-2 10"3 103 3.162xl03 0.316xl0-3 * io* 10

105 106 107 108 109

10-5 10“6 10~7 10-8 10"9

1010

° * 10-

nivå, slik at en sier at støyen f. eks. er 110 dB. Det er da underforstått at det er over det eta­ blerte referansenivå (som er 2 10“5 newton pr. m2).

Frank L. Holm

RADIO- OG TV-SERVICE

1. 1.01. 1.02. 1.03. 1.04.

2. 2.01. 2.02. 2.02.01.

2.02.02. 2.03. 2.03.01.

2.03.02.

VERKSTED, ARBEIDSPLASS, HJELPEMIDLER ...................... 121 Arbeidsbord og instrumenttralle for radioreparasjoner................... 121 Arbeidsbord for mekanisk arbeid 121 Tekniske hjelpemidler...................... 121 Instrumenter og hjelpeapparater for radioservice............................... 125

3.03 3.04. 3.05. 3.06. 3.07. 3.08.

SKJEMATEKNIKK ..................... 129 Blokkskjema for superkoplet radioapparat......................................... 129 Mottaker med rør ............................. 130 Rørenes arbeidsspenninger, målepunkter .............................................. 130 Målepunkter for høy- og lavfrekvensspenninger .... 131 Mottaker med transistorer ............ 134 Transistorens arbeidsspenninger, målepunkter................ 134 Målepunkter for høy- og lavfrekvensspenninger...... 135 7.

4.01. 4 ø2 44)3. 4 04*

FEILSØKING .................................... 137 Stumt apparat .................................... 138 Strømforsyningen............................... 138 Lavfrekvensforsterkeren................. 138 Mellomfrekvensforsterkeren .......... 141 Oscillatoren........................................... 143 Antenne og forkrets.......................... 145 Svakt apparat .................................... 146 Feil i strømforsyningen................... 146 Svak lavfrekvensforsterker............ 146 Svak mellomfrekvensforsterker . . 148 Svakt apparat på grunn av feil i antenne og forkrets. 149 11.01. 3.02.05. Svakt apparat på grunn av feil i oscillator ..................... 149 12.

3. 3.01. 3.01.01. 3.01.02. 3.01.03. 3.01.04. 3.01.05. 3.02. 3.02.01. 3.02.02. 3.02.03. 3.02.04.

4

q

Brum......................................................... Ustabilitet............................................. Forvrengning ...................................... Sprakefeil ............................................. Dårlig selektivitet, skalamisvisning Periodiske feil......................................

149 151 152 156 158 158

TRIMMING AV RADIOMOTTAKERE ......................................... MF-trimming ...................................... Trimming av oscillatorkretsene . . Trimming av forkretser ................. Trimming av MF-bølgefelle ..........

159 159 160 161 162

BEHANDLING AV APPARATER MED FEIL.................................. 162 RENGJØRING OG MEKANISK SERVICE .................................... 162 UTBEDRING AV FEIL................. 163

8.

SLUTTKONTROLL........................ 164

9. 9.01. 9.02.

TV-SERVICE .................................... 164 Innledning............................................. 164 Instrumenter og hjelpeapparater for TV-service............................. 164

10.

11.

TELEVERKETS OG NRK’s TESTBILDER..........................

166

BLOKKSKJEMA AV TV-MOTTAKER.................................................. 167 Funksjonsbeskrivelse........................ 168 SYSTEMATISK FEILSØKING . 169

1. VERKSTED, ARBEIDSPLASS, HJELPEMIDLER Ved innredning av et radioverksted vil man som regel være avhengig av det rom man har til rådighet, men som en rettesnor kan man si at et verksted med én reparatør bør ha en gulvflate på 12—15 m2. Skal det være flere reparatører, bør man regne ca. 7 m2 i tillegg for hver mann. Verkstedet skal være utstyrt med: a) Arbeidsbord for radioreparasjoner (ett for hver reparatør). b) Arbeidsbord for mekanisk arbeid. c) Hyller for apparater som skal repareres, og for apparater som er reparert. d) Hyller for serviceinstrumenter.

Fig. 1.01.01. Arbeidsbord med instrumenttralle.

e) Skap for reservedeler. f) Hyller for skjema- og instruksjonsbøker.

1.01. Arbeidsbord og instrumenttralle for radioreparasjoner Fig. 1.01.01 viser et eksempel på et arbeids­ bord med instrumenttralle for radioservice. Bordet bør ha en arbeidsplate på 70 x 100 cm og være støtt. Instrumenttrallen skal være utstyrt med signalgenerator, tonegenerator, oscil­ loskop, elektronisk voltmeter, skilletrafo 1:1, 700 VA. Outputmeter, stikkontakter og skuff for håndverktøy. Antenne skal være ført fram til bordet. Loddebolt plasseres slik at man ikke risikerer oppbrenning av ledninger eller annet utstyr. Instrumenttrallen må være jordet. Bordet bør stå slik at dagslyset faller inn fra høyre.

1.02. Arbeidsbord for mekanisk arbeid Hvis det er mulig, bør arbeidsbordet være veggfast, da det må stilles store krav til støhet. Det skal gi plass for en skrustikke og en benkeboremaskin. Størrelsen på bordet må avpasses et­ ter plassforholdene. En bredde på 50—60 cm er til­ strekkelig. Bordet må plasseres lengst mulig unna arbeidsplassene for reparasjoner av radio­ apparater. Nærmere omtale av verkstedets innredning skal vi ikke innlate oss på. Innredningen er av­ hengig av personlig smak og plassforhold.

1.03. Tekniske hjelpemidler Kvaliteten av det arbeid en radioreparatør kan utføre, er i høy grad avhengig av de tekniske hjelpemidler han har til rådighet. Vi skal derfor gi en oversikt over det utstyr som er strengt nød­ vendig for å kunne drive effektiv service.

1.03.01. Verktøy Hver reparatør skal ha: 1. Nebbtang. 2. Sideavbiter. 3. Telefont ang.

122

Frank L. Holm: Radioservice

4. Skrutrekker. 3 - 4 og 6 mm og «knappetrekker». 5. Loddebolt. 6. Loddeboltstativ. 7. Kniv. 8. Tannlegespeil. 9. Pinsett. 10. Saks. 11. Gummikølle for bankeprøve. 12. Pirkepinne. 13. Trimmeverktøy. 14. Skiftenøkkel. 15. Støvpensel 2” bred. 16. Rund pensel nr. 4 for rensing av kontakter. 17. Fjærretter. 18. Krokodilleklyper og bananstikker. 19. Måleledninger. 20. Liten flaske med rensevæske. 21. Syrefri vaselin.

Verkstedet skal ellers være utstyrt med: 1. Kule- og pennhammer. 2. Baufil. 3. Hånddrill. 4. Håndsag. 5. Benkeboremaskin. 6. Skrustikke. 7. Spiralbor, 1 - 1,5 - 2 - 2,6 - 3 - 3,2 - 3,5 - 4 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 og 12 mm. 8. Gjengeverktøy, gjengetapper og bakker i 2 - 3 - 3,5 - 5 og 6 mm 1/8” - 5/32” - 3/16” og 1/4”. 9. Filer, 1 stk. 8” flat forfil og 1 stk. 8” flat slettfil. 1 « 8” balvrund forfil og 1 stk. 8” halvrund slettfil. 1 « 3/8” rund forfil. 1 « 5/32” rund slettfil. 10. Filbørste. 11. Vinkel. 12. Tre- eller pla-tklubbe. 13. Hoggjern 1”. 14. Målebånd. 15. Passer. 16. Oljekanne med tynn olje. 17. Kjørner. 18. Meisel. 19. Rissenål. 20. Sprit. 21. Lim, spritlim og celluloselim. 22. Skyvelær. 23. Støvsuger. Når man skal skaffe seg verktøy, lønner det seg alltid å holde seg til beste kvalitet. Det kan

falle dyrere i innkjøp, men er billigere i bruk. For det første er det som regel bedre å bruke, og så varer det så mye lenger. En del verktøy er så spesielt for radioarbeid at vi skal beskrive det nærmere. Nebbtang Nebbtangen, fig. 1.03.01, er det verktøy som radioreparatøren oftest bruker. Den skal ha et langt, kraftig nebb og falle godt i hånden. En tang med totallengde 20 cm og nebblengde 6 cm er passe stor. Sideavbiter Sideavbiteren,fig. 1.03.02,skal ha et tynt oglite hode for at man skal kunne komme til på trange og vanskelige steder. Passe størrelse er 12 cm. Når man holder tangen opp mot lyset, skal man se en tynn lysstripe mellom eggene som skal møte hverandre. Prøv den på tynt papir. Den skal klippe i hele eggens lengde. Unngå å bruke denne tangen på herdet stål.

Telefontang Telefontangen, fig. 1.03.03, er en meget kraftig tang som brukes til å holde og bøye med. Den har også en kraftig avbiter, som kan brukes på herdet stål.

Fig. 1.03.01. Nebbtang.

Fig. 1.03.02. Sideavbiter.

Fig. 1.03.03. Telefontang.

1. Verksted, arbeidsplass, hjelpemidler

Skrutrekkere Skrutrekkerne må ha skaft av slagfast plast, Man trenger en liten knappetrekker med 2 mm klinge, en lang, totallengde 25—30 cm, med 3 mm klinge, og en med 5 mm klinge. Det er viktig at skrutrekkeren pas­ ser til skruen. Den skal fylle minst 3/4 av skruesporets lengde, og nå ned til bunnen av det. Fig. 1.03.04 viser riktig Fig. 1.03.04. Hvordan skru­ og galt slipt skru­ trekkeren skal og ikke skal trekker. slipes.

Loddebolt Det er mest vanlig å bruke loddebolt på 30— 40 Watt, se fig. 1.03.05. Disse boltene kan stå på hele dagen. Brukes vanlig kobberspiss, danner det seg glødeskall som setter ned varmeeffekten. Spissen må derfor tas ut og rengjøres regelmessig. Det finnes i handelen spisser som er behandlet så det ikke danner seg glødeskall på dem.

123

Fig. 1.03.06. Riktig oppsatt loddeboltspiss.

vanlig brukes. Fortinnes begge sider, har tinnet lett for å flyte vekk fra loddepunktet og samle seg på undersiden av spissen, med den følge at man mater på med mer tinn, som drypper av og faller ned i apparatet. Blir en ufortinnet bolt gjennomvarm, oksyderer den, og den må da files og fortinnes før det oppstår nytt oksydbelegg. Slagg som samler seg i tinnet på spissen, fjernes ved hjelp av en liten stålbørste. Ved lodding i radioapparater må man ikke bruke syreholdig loddemiddel av noe slag. Bruk bare harpiksfylt trådtinn. Trådtinnet har en diameter på 1,5 eller 2 mm, og har en kjerne av harpiks. Det er lurt å kveile opp tinnet, som vist i fig. 1.03.07. Bruk en blyant eller en kulepenn å kveile på.

Fig. 1.03.07. Loddetinn.

Da loddepunktene i et radioapparat for det meste er små og sitter tett, er det viktig at spis­ sen har riktig form. Fig. 1.03.06 viser en riktig oppsatt bolt. Spissen files til med en gammel fil. Bolten må stadig holdes ren og fortinnet. Fortinningen gjøres lettest ved å gni bolten med harpiksholdig tinn under oppvarmingsperioden. Det er viktig at man bare fortinner den siden som

Tannlegespeil I et radioapparat er det alltid deler som er montert slik at merkingen er vendt mot chassiset. Da det ikke er heldig å vri eller dytte for mye på delene, må man ha et tannlegespeil for å få avlest verdien. Det kan også nyttes når man skal kontrollere koplinger som er vanskelige å komme til. (Fig. 1,03.08).

124

Frank L. Holm: Radioservice

Fig. 1.03.11a. Trimmekondensator (Philips).

Fig. 1.03.11c. Vanlig trimmekonden­ sator, glimmer.

6 mm

8 mm

Fig. 1.03.09. Gummikølle.

Fig. 1.03.11b. Trimmenokkel (Philips).

Gummikølle for bankeprøve Gummikøllen er et uunnværlig verktøy i jakten på sprakefeil og vakkelfeil, enten de skyldes tørrloddinger, feil i rør, løse skruer eller andre ting. Man kan lett lage seg køllen selv av en 5 mm tykk og 20 cm lang bakelittstav eller tre­ pinne. En gummiskive med en diameter på 25 mm og tykkelse 5—10 mm tres inn på den ene enden, se fig. 1.03.09.

Pirkepinne Pirkepinnen supplerer gummikøllen. Den kan man også lage av en 5 mm tykk bakelittstav. Strikkepinne av plast er også utmerket. Passe lengde er 20 cm. Den ene enden skal være spiss, den andre slipt som en skrutrekker, se fig. 1.03.10.

bruk i lengre tid, trenger også ofte til justering av de avstemte kretsene. Til dette arbeid trengs en del spesialverktøy. Forholdet er at de forskjellige fabrikkene nytter trimmekondensatorer og trimmekjerner med ulike muligheter for justering. Når det gjelder trimmekondensatorer, er det hovedsakelig to typer i bruk. Den ene typen er den såkalte Philipstrimmeren, fig. 1.03.11.a. Her bruker man en 6 mm sekskantet pipenokkel, fig. 1.03.11.b, av isolerstoff til justering. Den andre typen, fig. 1.03.11.C, har skruespor og kan justeres med en vanlig skrutrekker. Trimmekjerner til justering av spoler har oftest skruespor,fig. 1.03.12.a, men det finnes også en rekke andre typer på markedet. Mest vanlig

Fig. 1.03.10. Pirkepinne.

Trimmeverktøy Når det bar vært feil i forbindelse med de av­ stemte kretsene i et apparat, må man kontrollere justeringen etterpå. Apparater som bar vært i

Fig. 1.03.12. Trimmekjerne, (a) vanlig, (b) med sekskantet topp, (c) med messingskrue.

1. Verksted, arbeidsplass, hjelpemidler

125

Fig. 1.03.13. Trimmeverktoy.

Fig. 1.03.14. Fjærretter.

er en sekskantet tapp, fig. 1.03.12.b. Tappen kan ha forskjellig størrelse. I spoler av miniatyrutførelse er trimmekjernen, som er svært liten, men effektiv, festet til en tynn messingskrue med skruespor, fig. 1.03.12.C. For all justering av spoler der man kommer inn i spolens magnetfelt med trimmeverktøyet, må man bruke verktøy av isolerstoff. Trimmeverktøy i hele sett og i løse deler får man kjøpt

hos radiogrossistene. Fig. 1.03.13 viser et utvalg av det verktøy man bør ha. Trimmeverktoy er relativt dyrt, og må derfor behandles forsiktig. Trimmeorganer som sitter fast, løsner man først med verktøy av metall. Fjærretter Fjærretteren brukes til justering og stramming av kontaktfjærer på bølgevendere o. 1. Fig. 1.03.14

1.04. Instrumenter og hjelpeapparater for radioservice Det er ikke noe menneske gitt direkte å kunne oppfatte det som foregår i de forskjellige deler i et radioapparat, men ved hjelp av passende in­ strumenter og hjelpeapparater kan vi likevel med stor sikkerhet si om alt er i orden eller ikke. Instrumentene kan direkte påvise en feil for oss

når vi bare forstår å ta de riktige målingene og tyde dem. Som absolutt nødvendig for å kunne drive effektiv service må man regne: 1. Universalinstrument, elektronisk. 2. Signalgenerator.

126

Frank L. Holm: Radioservice

3. Outputmeter. Men det vil lette arbeidet betydelig hvis man i tillegg til dette har: 4. RLC meter. 5. Katodestråleoscilloskop. 6. Tonegenerator. 7. Batterieliminator. 8. Prøvehøyttaler. 1. Elektronisk universalinstrument Ved reparasjon av radioapparater trenger man til stadighet å foreta måling av spenninger, strømmer, motstander og kondensatorer. Er­ faring har vist at det er mest hensiktsmessig å ha mulighet for å kunne foreta alle disse målin­ gene med ett instrument. Et hovedkrav til dette instrumentet er at det må ha lite egetforbruk slik at det ikke belaster de kretsene som måles for mye. Målingene blir da unøyaktige. Den instrumenttypen som best tilfredsstiller dette kravet er et elektronisk universalinstru­ ment. Denne instrumenttypen har i likhet med rørvoltmetere konstant inngangsresistans, uavhen­ gig av måleområde.

400—1000 Hz. Man må kunne slå av modulasjo­ nen. Styrken av Hf-spenningen må kunne regu­ leres fra ca. 1 pV til 0,1 V. Det er meget viktig at skjermingen er så god at man ikke får noe direkte utstråling. Dette kan være vanskelig nok å få til for de høyeste frekvensene. For arbeid med vanlige AM-mottagere må man ha en signalgenerator som dekker frekvens­ området fra 150 kHz til 30 MHz. For mottagere med meterbølge (FM-mottagere) trenger man også et frekvensområde fra 88 til 110 MHz.

Fig. 1.04.02. Signalgenerator.

Fig. 1.04.01. Elektronisk universalinstrument.

Fig. 1.04.01 viser et slikt instrument med inngangsresistans 30 MQ. For måling i transistorkretser er det viktig at instrumentet med god nøyaktighet kan måle spenninger av størrelses­ orden 500 mV. 2. Signalgenerator Signalgeneratoren er et hjelpeapparat for trimming av og feilsøking i radioapparater. Den er i virkeligheten en liten sender der man kan stille inn frekvensen etter behov, og ta ut akkurat den spenningen man trenger. Hf-spenningen er normalt modulert til 30 %, med en tone på

Fig. 1.04.02 viser en AM/FM-generator som dekker frekvensområdet fra 110 kHz til 115 MHz fordelt på 12 områder. For trimming av mellomfrekvens har den eget område fra 400—500 kHz i AM- og 10.2—11.3 MHz i FM-båndet. For trimming av mellomfrekvens med oscillo­ skop har den egen woblerstilling for 10.7 MHz. Intern modulasjon er 30 % for 1 kHz og 30 %> og 60 % for 4 kHz på AM. På FM er det frekvensmodulasjon med deviasjon ±25 kHz for 1 kHz og 4 kHz. Utgangsimpedansen er 60Q.

3. Outputmeter Et radioapparats evne til å ta inn fjerne stasjo­ ner er avhengig av hvor stor forsterkning det har. For å få et mål for forsterkningen måler man hvor stor antennespenning man må ha for å få en lyd­ effekt på 50 mW i høyttaleren. Denne antennespenningen kalles da apparatets følsomhet. Den kan være omkring 10 p.V. Ved reparasjon av radioapparater må man kontrollere om følsom­ heten er tilstrekkelig. Til dette trengs et output­ meter. Til radioservice er det best å ha et out-

1. Verksted, arbeidsplass, hjelpemidler

putmeter som har samme egenmotstand som høyttaleren. Ved følsomhetsmålinger kopler man ut høyttaleren og setter outputmeteret isteden. Ved trimming av radiomottagere er det alltid en fordel å bruke outputmeter, fordi det viser direkte når man har maksimum. Man behøver ikke å anskaffe et spesielt out­ putmeter, da de fleste universalinstrumenter har et område for outputmåling. Det er som regel gradert i db (desibel), med 0 db ved 50 mW og egenmotstand 5 ohm eller 0 db ved 1 mW og 500 eller 600 ohm egenmotstand. De siste er beregnet for linjemålinger og kan ikke direkte brukes til målinger i radioapparater. Et volt­ meter kan også brukes til outputmåling. Det koples da over høyttaleren. Er høyttalermotstanden 4 ohm, får man 50 mW med en spenning på 0,447 V. Spenningen kan regnes ut etter formelen: U — ]/ P • R der U = spenning, P = utgangseffekt (0,05 W), R = høyttalerens motstand. 4. RLC-meter Ofte har man behov for å kunne måle motstand, spoler og kondensatorer noenlunde nøyaktig. Ved måling av enkelte kondensatorer i radioapparater trenger man å kunne måle med en nøyaktighet på £ 2 prosent. Måleinstrumenter til dette lages i mange utførelser. Noen er konstruert som brooppstillinger, andre etter resonansmetoden.

127

5. Katodestråleoscilloskop Til daglig brukes kortformen oscilloskop. Oscilloskopet er et meget nyttig instrument for radioservice. For TV-service er det uunnværlig. Med dette instrumentet kan man måle likeog vekselspenning. Vekselspenningen gjøres syn­ lig på skjermen og man kan lese av spenningens størrelse, frekvens og kurveform. I søking etter forvrengningsfeil er det særdeles viktig å kunne lese av signalspenningens kurve­ form fordi denne forteller om feilens art. Dobbeltstråleoscilloskopet kan vise to for­ skjellige spenninger samtidig på samme skjer­ men. Dette kan være til stor nytte for kontroll av signalene på forskjellige steder i apparatet. Skal man også nytte oscilloskopet til TV-service, må det ha en båndbredde på min. 0—5 MHz. Følsomheten bør være min. 10 mV/cm. Fig. 1.04.04 viser et oscilloskop med båndbredde 0— 10 MHz. Den største følsomhet er 2 mV/cm. Dette oscilloskopet egner seg godt både til radio- og TV-service.

Fig. 1.04.04. Katodestråleoscilloskop.

Fig. 1.04.03. RLC-meter.

Fig. 1.04.03 viser et direktevisende instrument som kan måle resistans fra 3Q—1 M Q, induk­ tans fra 3 pH—100 H og kapasitans fra 3 pF— 5 000 pF. Nøyaktigheten er bedre enn 2 % på alle områder.

6. Tonegenerator Som navnet antyder, er dette en generator som frambringer svingninger i det hørbare fre­ kvensområde, d.v.s. fra 20—20 000 Hz. Den nyt­ tes til kontroll av frekvensgangen i LF-forsterkere, og til lokalisering av feil i LF-forsterkere. For å kunne nyttes til målinger i transistorforsterkere er det påkrevet at utgangsimpedansen er lav, dvs. i området 500Q.

128

Frank L. Holm: Radioservice

Fig. 1.04.05. Tonegenerator.

Det er også en fordel om den kan levere både sinus og firkantspenning. Fig. 1.04.05 viser en generator med frekvensområde 10 Hz—1 MHz fordelt over 5 områder. Utgangsimpedansen er 600Q. Maksimal utgangsspenning er 10 V sinus og firkant.

7. Batterieliminator For service på batteridrevne transistorapparater er det best å ta ut batteriene og bruke spen­ ning fra en stabilisert likespenningskilde. Appa­ ratets egne batterier kan være så utladet at spenningsmålinger ikke kan sammenlignes med opp­ gitte spenninger i skjema. Likespenningen fra batterieliminator må ha et minimum av rippel og lav indre resistans. Det er mest hensiktsmessig med kontinuerlig regulering av spenningen og strømbegrensning. Fig. 1.04.06 viser en spenningskilde for likespenning fra 0—15 V og maksimal strøm 2 A. Rippel ved maksimal spenning og strømbelast­ ning er 300 pV. Kontrollinstrumentet kan vise klemmespenning eller belastningsstrøm. 8. Prøvehøyttaler Prøvehøyttaleren kan monteres fast på ar­ beidsbordet, eller i en ikke for liten høyttaler-

Fig. 1.04.06. Batterieliminator.

kasse. Høyttaleren må kunne tåle en effekt på 5 watt. En vanlig 8” permadynamisk høyttaler med 4 ohms talespole egner seg godt. I mange tilfelle trenger man å prøve et apparat med full utgangseffekt, men da det kan være plagsomt med så høyt lydnivå i høyttaleren, er det en fordel om den er utstyrt med egen styrkekontroll. Man kan ikke bruke en vanlig styrkekontroll av den typen som nyttes på ekstrahøyttalere, fordi denne forandrer tilpasningen, dvs. motstanden til utgangstransformatoren. Det må brukes en type som holder motstanden konstant, uavhengig av styrkekontrollens stil­ ling.

129

1. Verksted, arbeidsplass, hjelpemidler

2. SKJEMATEKNIKK Underlaget for feilsøking er koplingsskjema og posisjonstegninger. Koplingsskjemaet viser de elektriske forbindelser mellom komponen­ tene, mens posisjonstegningene viser hvordan de enkelte komponentene er plassert på krets­ kort og sjassienheter. Fig. 2.00.01 viser utsnitt av et skjema med tilhørende posisjonstegning. Kombinasjonen koplingsskjema og posisjons­ tegning forenkler feilsøkingen, men for å kunne lese et skjema, er det ikke tilstrekkelig å skjønne hva de enkelte symboler betyr eller kunne lokalisere en komponent. Effektiv feilsøking kan bare utføres når man forstår hensikten med de forskjellige kretskoplingene og er i stand til å vurdere feilsymptomer ut fra kjennskap til apparatets virkemåte. For

feilsøking er det først og fremst nødvendig å skaffe seg en så god oversikt over apparatets forskjellige funksjoner som mulig. 1

i

2

i

3

Fig. 2.00.01.

2.01. Blokkskjema for superkoplet radioapparat Et superkoplet radioapparat består av følgende enheter: 1. Antenne og forkrets 2. Oscillator 3. Blandetrinn 4. Mellomfrekvensforsterker 5. Signallikeretter 6. Lavfrekvensforsterker 7. Strømforsyning 8. Automatisk volumkontroll Tegner vi nå hver enhet som en åpen firkant, får vi et blokkskjema av apparatet, fig. 2.01.01. 9 — Teknikk II

»— Høyfrekvenssignal —>— Lavfrekvenssignal —►— Likespenning

Fig. 2.01.01. Blokkskjema av radiomottaker. (Enlinjeskj.)

130

Frank L. Holm : Radioservice

Blokkskjemaet gir på en enkel og oversiktelig måte et bilde av apparatet og hvordan de for­ skjellige enhetene arbeider sammen. Vi skal gi en forenklet framstilling av hvordan en stasjon pas­ serer gjennom apparatet fra antenne til høyt­ taler. Fra antennen fores alle mulige stasjonssignaler inn i forkretsen, som foretar en utvelging (seleksjon) av den ønskede stasjon og fører den fram til blandetrinnet. I blandetrinnet moter det­ te signalet et annet signal fra apparatets egen os­ cillator (radioapparatets hjerte). Ved blanding oppstår det nå to nye signalfrekvenser. Den ene er lik summen av signal- og oscillatorfrekvens, og det andre er lik differansen. Nå er oscillatorfrekvensen alltid avpasset slik at differansfrekvensen blir den samme som mellomfrekvensforsterkeren er avstemt til. Differansfrekvensen forsterkes derfor videre i mellomfrekvensforsterkeren, mens sumfrekvensen ingen forsterk­ ning får og derfor ikke kommer videre. De lavfrekvensspenninger (tale og musikk) som var modulert inn på bærebølgen til den

stasjon som er valgt (signalfrekvens), vil også moduleres inn på mellomfrekvensen. Vi kan godt si at vi bytter bærebølge. Alle stasjoner uansett frekvens vil når de velges ut, få byttet sin opp­ rinnelige bærebølge med apparatets egen, som kalles mellomfrekvensen, forkortet MF. Etter å ha passert MF-forsterkeren, som for­ uten å forsterke signalet til en passende verdi, også stenger ute nærliggende stasjoner, føres signalet inn på signallikeretteren, som skiller de hørbare lavfrekvensspenningene, forkortet LFspenningene, fra mellomfrekvensen. Fra detek­ toren går LF-spenningene til LF-forsterkeren, der de forsterkes og føres ut i høyttaleren. Høyt­ taleren omsetter de elektriske svingningene til lydsvingninger. V i skal merke oss at strømforsyningsenheten leverer strøm til alle enhetene med unntagelse av antenne, forkrets, signallikeretter og automatisk volumkontroll. Det er da lett å forstå at appara­ tet ikke kan virke i det hele tatt hvis ikke stromforsyningsenheten leverer de spenninger den skal.

2.02. Mottaker med rør 2.02.01. Rørenes arbeidsspenninger, målepunkter. For at et radiorør skal virke, må det ha be­ stemte arbeidsspenninger. Med arbeidsspenninger forstår vi de spenninger som må tilføres rørets forskjellige elektroder for at det skal bli i stand til å utføre sin oppgave som forsterker eller oscillatorrør. Uten arbeidsspenninger er røret en død gjenstand, og like nytteløst som en sykkel uten hjul. Da det er meget viktig å være klar over forskjellen på arbeidsspenninger, som med bare én unntagelse, nemlig glødespenningen, er likespenninger, og signal­ spenninger, som alltid er vekselspenninger, skal vi f. eks. se hvilke arbeids-spenninger en pentode har. Fig. 2.02. 01.01 er skjema av en pentode med arbeids­ Fig. 2.02.01.01. Pentode med ar­ spenninger. Frarørteobeidsspenninger. rien, i avsnitt 4 hos Finn Lied, vet vi at katoden må ha en meget høy tempe­ ratur for å kunne avgi frie elektroner til strømmen gjennom røret. Katoden varmes opp ved at det sendes strøm gjennom en varmetråd (filament), som ligger inne i katoden. Av praktiske grunner

har man laget to hovedtyper av glødning. I den ene har alle rør i samme serie lik glødespenning, men glødestrømmen kan være forskjellig. Mest vanlig er nå D- og E-rør. Et sluttrør har f. eks. 4 ganger så stor glødestrøm som en HF-pentode. Disse rørene er beregnet for parallellkopling til spenningskilden. I den andre hovedtypen har alle rørene i samme serien lik glødestrøm, men glødespenningen kan være forskjellig. Mest vanlig er nå U- og P-rør. Disse rørene er beregnet for seriekopling til spenningskilden. I skjemaer for radioapparater er det ikke vanlig at glødestrømlopet er tegnet inn. Først når katoden er oppvarmet, er røret driftsklart. De andre elektrodene skal da ha disse spenningene målt mot katoden: Gitter 1, eller styregitteret, skal ha en beskje­ den negativ spenning. (2—8 V.) Gitter 2, eller skjermgitteret, skal ha en posi­ tiv spenning som for HF-pentoder er lavere enn anodespenningen, som også er positiv. Gitter 3, eller fanggitteret, er som regel koplet direkte til katoden og har altså ingen spenning. Anoden har i HF-pentoder den høyeste positive spenningen.

2. Skjemateknikk

131

Fig. 2.02.01.02. Forenklet prinsippskjema med målepunkter spenninger.

I fig. 2.02.01.02 er prinsippskjemaet forenklet slik at bare de kretsene som fører fram arbeidsspenninger til rørene, er tatt med. Det er også satt på tall med ring rundt som viser målepunkter for likespenninger. I tabellen nedenfor er ført opp størrelsesorden for de spenningene man skal måle i de forskjellige målepunktene.

1 2 3 4 3 6 7 8

+ + + + + + + +

80—120 V 250 V 100—150 V 80—120 V 250 V 30—80 V 25—50 V 2 V

9 10 11 12 13 14 15

+ + + + +

200 240 6 V 250 270 280 280

V V V V V vekselstrøm V vekselstrøm

Ved alle spenningsmålinger er chassiset felles minuspol. Ved måling av disse spenningene skal man være oppmerksom på at måleinstrumentet har innflytelse på måleresultatene. Mange fa­ brikker oppgir på sine skjemaer hvilke spenninger som skal måles, hva slags instrument (ohm/volt) og hvilke måleområder man skal bruke. Hvorfor dette er nødvendig, skal vi komme tilbake til i et senere kapitel.

2.02.02 Målepunkter for høy- og lavfrekvensspenninger Så lenge et radioapparat ikke tar inn noen stasjon, skal det ha høyfrekvensspenninger bare i oscillatoren. Lavfrekvensspenninger skal da

heller ikke forekomme. Man ser da bort fra glødespenning og spenninger i likeretteren. HF-spenningen i oscillatoren måles indirekte ved at man måler likestrømmen i gitterlekken for oscillatoren. R5 i prinsippskjemaet. Denne strømmen oppstår ved at triodens gitter og katode virker som likeretter (gitterlikeretter) for høyfrekvensen i røret. Triodegitteret får på denne måten sin negative forspenning. For at denne skal bli riktig, må det gå en bestemt strøm gjennom motstanden. Rørfabrikkene oppgir som regel både størrelsen av gitterlekken og strøm­ men gjennom den. For blanderøret ECH81 er f. eks. oppgitt følgende verdier for motstand og strøm: R = 47000Q eller 47 kQ Ig = 0,0002 A eller 200 [zA Dette gir en negativ spenning på: Ug = 47000 . 0,0002 = 9,4 V.

Denne spenningen er normal for triodegitteret i de fleste blanderør for vekselstrømsmottagere. Det er også vanlig at gitterlekken er47000 Q. Ved kontroll av HF-spenningen i oscillatoren skal

132

Frank L. Holm: Radioservice

man altså måle en strøm gjennom gitterlekken på 200 p.A. Strømmen er noe avhengig av skalainnstillingen. Den er vanligvis størst midt på ska­ laen og minker noe mot begge ender. Radiofabrikkene bruker ikke alltid den gitter­ lekken som er oppgitt i rørtabellene. I slike tilfelle må en regne ut hvor stor strøm man må ha gjen­ nom gitterlekken for å få riktig gitterforspenning. Er det f.eks. brukt en gitterlekk på20kQ, skal strømmen være: = Rg = 20000 =

eller 470 [zA. Målingen utføres ved at man lodder løs gitterlekken i den «kalde enden», og kopler inn uA meteret mellom motstanden og chassis, fig. 2.02.02.01. Uttrykket «kalde ende»brukes om den enden av en motstand, spole eller konden­ sator som ikke har noen HF- eller LF-spenning i forhold til chassis. For de komponentene som er koplet direkte til chassis, er det lett nok å finne den «kalde enden». Den ledningen som fører likespenning fra likeretteren til rørelektrodene, vil også være «kald» fordi filterkondensatoren C33 kortslutter både høy- og lavfrekvensspenninger til chassis. Alle komponenter som er koplet til denne ledningen (plussledningen), har altså sin «kalde ende» mot denne. Når vi skal måle en strøm i et radioapparat, skal vi alltid måle i den «kalde enden». Når vi bruker uttrykket «kalde ende» om det punktet på en koplingskomponent som ikke har høy- eller lavfrekvensspenninger i forhold til chassis, er det rimelig at den andre enden, som er spenningsførende, kalles for den «varme enden». Når vi skal måle høy- eller lavfrekvensspenninger, skal vi alltid måle i den «varme enden».

Fig. 2.02.02.01. Mål­ ing av oscillasjon.

Når apparatet tar inn en stasjon eller vi fører inn et signal fra en signalgenerator, opptrer det både høy- og lavfrekvensspenninger i en rekke punkter. I fig. 2.02.02.03 er prinsippskjemaet for­ enklet slik at bare de kretsene som fører høyeller lav-frekvensspenninger, er tatt med. Måle­ punkter er markert med en sirkel med bokstav inni. Da de spenningene man får i målepunktene, er avhengige av styrken på signalet, er man nødt til å velge et bestemt utgangspunkt som kan nyttes for alle apparater. Det er da vanlig at det blir oppgitt hvor stor spenning man må ha i de forskjellige punktene for å få en utgangseffekt på 50 mW i høyttaleren. Denne spenningen kalles da for følsomheten i vedkommende målepunkt. Utgangseffekten kan måles med outputmeter eller voltmeter. Brukes outputmeter, skal appa­ ratets høyttaler koples ut under målingene, og outputmeteret koples inn istedenfor høyttaleren. Har man ikke outputmeter, måler man spennin­ gen over høyttaleren med voltmeter. Den spen­ ningen som er nødvendig for å få 50 mW i høyt­ taleren, må da være regnet ut på forhånd. For dette har vi effektformelen: P = ~ herav U = IHUR

Brukes en høyttaler med impedans 4 Q, får vi:

U = ]/0,05-4 = 0,447 V For lavfrekvensmålingene brukes en tone på 400 eller 1 kHz, og for høyfrekvensmålingene skal høyfrekvensspenningene være modulert til 30% med en tone på 400 — eller 1 kHz. Følsomheten måles på den måten at signalet koples inn på målepunktet, og styrken reguleres til man får 50 mW i høyttaleren. Hvis man kopler signalene inn på anodene i rørene, får man ikke riktige målinger. Disse målepunkter kan man derfor ikke finne følsom­ heten for. Følgende tabell viser følsomheten i de for­ skjellige målepunktene. Tallene vil kunne variere noe for forskjellige apparattyper, og i skjemaene finner man som regel følsomheten oppgitt for de viktigste punktene.

Målepunkt A B B C-F I J K—L

Spenning Signaltype 2—50 p.V HF (signalfrekvens) 5—IOOjzV HF « 10—80 jzV HF (mellomfrekv.) 1—5 mV HF « 25—60 mV LF 400 p/s 20—50 mV LF « 0,3—1 V LF «

2. Skjemateknikk

A—B

C—F

Fig. 2.02.02.02. Oscillogrammer for fig. 2.02.02.03 og 2.03.02.04.

133

134

Frank L. Holm: Radioservice

Fig. 2.02.02.03. Forenklet prinsippskjema med målepunkter for HF- og LF-spenninger.

M 18—19 V LF « N 0,447 LF « Det er ikke vanlig at radioverkstedene har instrumenter som kan måle så små høy- og lavfrekvensspenninger som man har i de fleste målepunktene. Det er forsåvidt heller ikke nød­ vendig, fordi det er vanlig at styrkeregulatoren på signal- og tonegenerator er gradert i p,V og mV. Nøyaktigheten er som regel bare 10 %,

men det er tilstrekkelig. Det kan være en fordel å ha katodestråleoscilloskop, fordi man med den kan danne seg et godt bilde både av forsterkning og signalform i hvert trinn. Oscillogrammene (bil­ dene på skjermen) viser direkte hvordan signale­ ne ser ut i de forskjellige målepunktene. De av­ slører da også feil på en overbevisende måte. A i har derfor tatt med oscillogrammene for de måle­ punktene som er satt opp i fig. 2.02.02.02.

2.03. Mottaker med transistorer 2.03.01. Transistorens arbeidsspenninger, målepunkter Transistoren er på samme måte som radio­ røret avhengig av bestemte arbeidsspenninger for å kunne virke. Prinsippskjemaet i fig. 2.03.01.01 viser arbeidsspenningene i felles emitterkopling for en NPN og en PNP-transistor. Merk at kollektor og basis er positive i forhold til emitter i NPN transistoren, mens de er negative i forhold til emitter i PNP-transistoren. I transistorer skal det i motsetning til i rør, gå en hvilestrøm i styrekretsen. Størrelsen av hvilestrømmen bestemmes av UBE. For silisiumtransistorer er UBE 0,55—0,75 V, for germaniumtransistorer er UBE 0,07—0,3 V. Kollektor-emitterkretsen er forspent i sperreretning. Denne kretsen er høyohmig og en større endring i kollektor-emitterspenningen har liten virkning på kollektorstrømmen. Den be­ stemmes vesentlig av basisstrømmen IB.

I praksis er det tungvint med to batterier. Det brukes derfor koplinger hvor begge spen­ ningene tas fra et hovedbatteri. Fig. 2.03.01.02a og b viser to forskjellige meto­ der for kopling av en transistor til et hoved­ batteri. Begge koplingene stabiliserer transis­ toren for temperaturdrift. Kopling b kan ikke brukes når kollektorbelastningen er en transformator, fordi den er avhengig av likespenningsfall over kollektorbelastningen, som den skal stabilisere. I serviceskjemaer er ofte transistorspenningene målt i forhold til felles minus, slik som vist i fig. 2.03.01.03. Kollektor-emitterspenningen og basis-emitterspenningen må da regnes ut. Uke — Uk — URE Ube = UR1 — URE Mangler det opplysninger om spenninger ei­ det sikrest å måle direkte mellom basis-emitter

135

2. Skj emateknikk

Fig. 2.03.01.01. Transistorens arbeidsspenninger. Kopling av transistor til hovedbatteri.

Fig. 2.03.01.02 a og b. a) Temperaturstabilisering med fast basisspenning. (UR1 konstant) b) Temperaturstabilisering med likestrøms motkopling.

og kollektor-emitter, fordi det er disse spen­ ningene som kan gi opplysninger om transistoren kan virke eller ikke. Til disse målingene må det brukes instrument med høy egenresistans også på måleområder for lave spenninger. Det er bare rørvoltmeter eller elektronisk voltmeter som har tilstrekkelig høy egenresistans til dette formålet. Som typisk eksempel for en transistorradio er valgt en Radionette Kurér 1001. For å få best mulig oversikt over likespenningsforholdene, er skjemaet tegnet forenklet i mellombølgestilling, fig. 2.03.01.04. Målepunktene er nummerert. I dette apparatet er basisspenningen for tran­ sistorene T4, T5, T6 og T7 stabilisert. Stabiliseringskretsen er R30—S2. Spenningen over S2 holdes innen området 1.3—1.5 V. Denne meto­ den er mye brukt. I transistorapparater er sjel­ den felles minus koplet til sjassi slik som i rørapparater. Sjassi er i dette apparatet felles plussledning for transistorene T4—T8. (Måle­ punkt 7). Tabell over de spenninger som skal måles fra minuspol til de forskjellige målepunkter: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

+ 1.3 —1.5 V +0.5 —0.7 V + 0.6 — 0.8 V +0.08 —0.12 V + 0.6 — 0.7 V +1.5 —2.5 V +7 V +9 V + 4.3 V + 4.5 V Justeres med P5.

Spenningen målt direkte over S3 0.6 — 0.7 V. S3 stabiliserer batterispenningen til utgangstransistorene Til og T12.

Fig. 2.03.01.03 Transistorspenningene målt i forhold til felles minus. Eks.: URE + 0,7V UR1 + 1,35 V UK + 7 V UBE + URI — URE + 1,35 — 0,7 + 0,65 V UKE + UK — URE +7 — 0,7 + 6,3 V Basis er 0,65 V positiv i forhold til emitter, kollektor er 6,3 V positiv i forhold til emitter.

2.03.02. Målepunkter for høy- og lavfrekvens­ spenninger Det er naturlig at man også i en transistor­ radio først interesserer seg for oscillatoren. Uten en virksom oscillator kan en radiomottaker ikke ta inn noen stasjoner. Fig. 2.03.02.01 viser prinsippskjema for en vanlig brukt transistoroscillator. Tilbakekoplingen skjer fra kollektor til emitter. Transistoren arbeider altså i felles basiskopling. Det er nyt­ tet likespenningsstabilisering som i en vanlig forsterkerkopling. Dette gjøres fordi endringer i arbeidspunkt fører til endringer i oscillatorfrekvens og amplityde. Det er derfor viktig at

136

Frank L. Holm: Radioservice

Fig. 2.03.02.01 Prinsippskjema for en transistoroscillator. Transistoren arbeider i felles basiskopling.

Fig. 2.03.02.02. Måling av oscillatorspenning med oscillo­ skop.

oscillatortransistoren i en radiomottaker arbei­ der med riktige forspenninger. Oscillasjonen kan måles med rørvoltmeter

Fig. 2.03.02.03. Blande-oscillatortrinn i Kurér 1001.

eller oscilloskop. Oscillatorspenningen måles over emittermotstanden RE som vist i fig. 2.03.02.02. For silisiumtransistorer er oscillator­ spenningen ca. 160 mV og for germaniumtransistorer ca. 90 mV. Altså betydelig lavere enn i røroscillatorer. I radiomottakere hvor oscillatoren avstem­ mes over et større frekvensområde, vil oscillator­ spenningen variere noe fra den ene enden av båndet til den andre. I AM-båndene brukes svært ofte selvsvingende blande-oscillatortrinn. Dvs. at oscillatortransis­ toren også virker som blandetransistor. Fig. 2.03.02.03 viser blande-oscillatortrinnet i Kurér 1001 i MBstilling. T5 er blande-oscillatortransistor. Transistoren T4 brukes til å regulere for­ sterkningen i T5 ved at disse to transistorene har felles emittermotstand. Med denne koplin-

Fig. 2.03.01.04

3. Feilsøking

137

Fig. 2.03.02.04 Forenklet skjema av Kurer 1001 med målepunkter.

gen oppnår man å regulere forsterkningen i blandetransistoren uten at det oppstår for­ andringer i oscillatoren. Fig. 2.03.02.04 viser Kurér 1001 forenklet slik at bare de kretsene som fører høy- og lavfrekvensspenninger er tatt med. Målepunkter er markert med en sirkel med en bokstav inni. Tabellen viser følsomheten i de forskjellige målepunktene: Målepunkt A

Spenning Signaltype 1—5 pV HF-signalfrekv.1000 kHz

2—3 pV HF-mellomfrekvens B 100—200raV HF-oscillatorfrekvens D 20—40 pV HF-mellomfrekvens F 400 —800 pV HF-mellomfrekvens G llOmV LF-lkHz Q 2.3 mV LF- » » J 3.2 mV LF- » » K 600mV LF- » » I, 450mV LF- » » N Disse følsomhetene kan også tjene som en rettesnor for apparater med en lignende transistorbestykning.

3. FEILSØKING Mulighetene for feil i et radioapparat er mange, så mange at det ikke ville være til noen nytte å sette opp en detaljert beskrivelse av dem. En slik beskrivelse ville heller ikke være til noen hjelp i feilsøkingen. Det er bare en planmessig utnyttelse av feilsymptomene og kontrollmålinger som i det lange løp gir residtater. Dette kre­ ver naturligvis både kunnskaper og øvelse. En nybegynner må nok finne seg i å gjøre mange unødige målinger. Det er heller ikke så lett å finne fram i apparatet. Selv om man er klar over hvordan apparatets forskjellige enheter arbeider, og gangen i signalet fra antennen til høyttaleren, er ikke apparatet montert i klart atskilte enheter. Feilsvmptornet er det sporet reparatøren har å gå etter når en feil skal finnes. Apparateierens opplvsainger kan i mange til­ felle være av stor betydning, men man skal også være oppmerksom på at de ofte kan være svært uklare. Av og til er de direkte misvisende, som når det f. eks. blir sagt at apparatet durer, og

det ved en prøve viser seg at det hyler av hjertens lyst. Man bor gjøre seg til regel å spørre om feilen er kommet brått, eller om det har vært noe å merke på apparatet tidligere. Vakkelfeil (feil som kommer og går) har lett for å gå hus forbi hvis man ikke blir gjort oppmerksom på dem. Ofte kan nemlig apparatet være i skjønneste orden så lenge det er hos reparatøren, for så å slå seg vrangt når eieren godt og vel har fått det hjem. Et stumt apparat «taler sitt tydelige språk» for alle, men et apparat som durer eller hyler som besatt blir bare forstått av dem som kjenner lydene og vet hva de skriver seg fra. Dette å kunne skjelne fra hverandre de forskjellige ulydene som kan oppstå i et apparat, er noe som det ikke er mulig å lese seg til. Man må høre lydene og se hva slags feil det er som frambringer dem. Selv om det finnes en uendelighet av feilmuligheter, vil feilene som regel gi seg til kjenne ved et hovedsymptom som er felles for mange feil.

138

Frank L. Holm: Radioservice

I praksis kan vi skjelne mellom 8 hovedsymp­ tomer: 1. Stumt apparat. 2. Svakt apparat. 3. Brum. 4. Ustabilitet. 5. Forvrengning.

6. Sprakefeil. 7. Dårlig selektivitet og skalamisvisning. 8. Periodiske feil. I det følgende vil vi gjennomgå lokalisering av feil som viser seg ved ett av disse hovedsymp­ tomene.

3.01. Stumt apparat Feilen kan ligge hvor som helst. Prøvingen begynner med strømforsyningen og fortsetter med de andre enhetene i rekkefølge forover. Altså LF-forsterker - MF-forsterker - oscillator • antenne og forkrets.

3.01.01. Strømforsyningen a) Rørapparater for nettdrift. Har man funnet at apparatet er stumt på grunn av feil i strømforsyningen, vet man jo allerede en del om feilen. Feilsymptomene er nå avgjørende for hva man skal foreta seg. Ved feil i strømforsyningen skal man være sær­ deles varsom, fordi en feil kan utløse en hel kjedereaksjon av andre feil. Apparatet blir i slike tilfelle ikke i orden før den opprinnelige feilen er funnet. I mange tilfelle er feilsymptomet stumt og mørkt apparat. Sikringen undersøkes først. Har den løst ut. må dette skyldes en overbelastning. Likeretterdelen undersøkes da for kortslut­ ninger, og apparatet må ikke settes på før kortslutningen er funnet. Kortslutning kan forekomme i likeretter, ladeog filterkondensatorer. Sjeldnere i selve netttransformatoren. Vær oppmerksom på at kortslutning i kon­ densatorene kan føre til at likeretterrør eller tørrlikeretter ødelegges. Tørrlikerettere er ofte beskyttet av egen sikring for å hindre at den skal ødelegges p.g.a. kortslutninger i apparatet, fig. 3.01.01.01.

Kondensatorene prøves med ohmmeter på Q X 10 eller Q X 100. Når kondensatorene er i orden, skal viseren gjøre et stort utslag og så gå langsomt tilbake. Prøv med en ny kondensator for å se hvordan utslaget forløper. Har sikringen ikke løst ut, undersøkes like­ retterdelen for brudd. Spenningene måles i rekkefølge filterkondensator—ladekondensator, målepunkt 12, 13 i fig. 2.02.01.02. Mangler likespenning i målepunkt 13, måles vekselspenningen inn på likeretter, målepunkt 14, 15 i fig. 2.02.01.02. Målepunktene i dette prinsippskjema må fin­ nes tilsvarende i det aktuelle apparat. Når bruddområdet er lokalisert, byttes kompo­ nenten som mistenkes for brudd, men vær opp­ merksom på at brudd også kan skyldes tørrlodding eller brudd i selve forbindelsen til kom­ ponenten. b) Transistorapparat for batteridrift. Batterispenningen måles med apparatet på­ slått. Et batteris indre resistans øker etter hvert som det lades ut, med den følge at klemmespenningen synker. Et transistorbatteri er konstruert

Fig. 3.01.01.02. Utladekurver for torrbatterier.

3. Feilsøking

slik at det har en flat utladekurve. Klemmespenningen synker da raskt når batteriet nærmer seg full utladning, fig. 3.01.01.02. Man får ingen opplysninger om et batteris til­ stand ved å måle spenningen ubelastet. Ved feilsøking hvor det foreligger mistanke om manglende batterispenning, skal batterispenningen måles med apparatet slått på. Er batterispenningen normal, måles spen­ ningen punktvis fra felles minus over bryter og fallmotstand til sjassi, punkt 12, 8 og 7 i fig. 2.03.01.04. Svake punkter er batterikontakter og brytere. Har det forekommet lekkasje i batteriet, kan elektrolytten ha forårsaket oksyddannelse på batterikontakter og omgivelser. I grove tilfelle også brudd på ledninger. Det er da ikke tilstrekkelig å tørre bort elek­ trolytten. Batterikassen og kontakter rengjøres først med fortynnet eddikoppløsning (1 del eddik, 8 deler vann), deretter med rent vann. Tørres med varmluftvifte (hårtørrer). Hvis ett eller to elementer i en batterisats er svake, må hele batterisatsen byttes. En transistorradio skal arbeide uten særlig svekking med batterispenning ned til 70 % av normal verdi. Måles det en batterispenning omkring denne grenseverdi, skal batteriet byttes. Vær oppmerksom på at en radio ikke blir stum som følge av feil i strømforsyningen med mindre spenning mangler helt eller at den er meget lav. 3.01.02. Lavfrekvensforsterkeren Viser målingene eller symptomene at strøm­ forsyningen er i orden, prøves LF-forsterkeren.

a) Rørapparat. Er apparatet helt stumt, er det tilstrekkelig å prøve om det er liv i LF-forsterkeren eller ikke. Apparatet settes i grammofonstilling med volumkontrollen på maksimum. Med en skru­ trekker berører man grammofonuttaket. (Hold i klingen, ikke i håndtaket.) Det skal høres en kraftig dur i høyttaleren hvis LF-forsterkeren er i orden. Er prøven positiv, dvs. at det durer i høyttaleren, vet man at alt er i orden fra og med volumkontrollen til og med høyttaleren. Er prøven negativ, dvs. ingen dur, må feilen ligge i LF-forsterkeren. Apparater som ikke har grammofonuttak, prøves direkte fra volum­ kontrollen eller 1. LF-rørs styregitter, Målepunkt I eller J i fig. 2.02.02.02. LF-forsterkeren

139

har som regel to rør, nemlig spenningsforsterkerrør (1. LF-rør) og effektforsterkerrør (sluttrør). Signalspenningen må først gjennom 1. LFrør, så gjennom sluttrøret og over utgangstrafo til høyttaleren. Ved negativt resultat av den første prøven, lokaliseres feilen nærmere ved først å prøve med skrutrekkeren på sluttrørets styregitter. Er forsterkeren i orden fra dette punkt, skal det dure i høyttaleren, men forholdsvis svakt. (Prøv med et apparat som er i orden, og bli kjent med styrken og karakteren av duren både fra jsluttrør og grammofoninngang.) Ved positiv prøve fra sluttrørets styregitter må feilen ligge i 1. LF-rør. Arbeidsspenningen til dette røret måles. Måle­ resultatene vil fortelle oss hva som er feil. Er spenningene f.eks. for høye både på anode og skjermgitter, går det sannsynligvis ingen strøm i røret. Nytt rør prøves. I rør med katodemotstand skal spenningen på katoden da være null. Mangler spenningen på enten anode- eller skjermgitter, tas røret ut og målingene tas om igjen. Hvis årsaken til feilen er kortslutning i røret, vil spenningen komme igjen når røret er tatt ut. Mangler spenpingen fremdeles, slås apparatet av, og den mot­ stand spenningen skal komme over måles med ohmmeter. Det er også mulighet for kortslutning i avkoplingskondensatoren på skjermgitteret hvis spenningen mangler her. Denne kontrolleres da også med ohmmeteret. Det er ikke mulig å gjennomgå alle feilmuligheter, men det gjelder i all feilsøking at man ved målinger slutter seg til om forholdene er normale eller unormale. Når man finner noe som er unormalt, er det en betingelse for å kunne trekke riktig slutning, at man vet hvordan den aktuelle krets virker. Svært ofte dreier det seg om å kunne anvende Ohms lov og kretsreglene. b) Transistorapparat. Apparatet stilles i grammofonstilling med volumkontrollen på maksimum, og bass og diskantkontroll i midtstilling. Nå vil ikke skrutrekker eller fingerprøven som brukes i rørapparater ha noen virkning. Ved denne prøven føres brumspenning fra lys­ nettets spredefelt via kroppen inn på forsterke­ ren. Kroppen fanger opp feltene og virker som en meget høyohmig spenningskilde. Betingelsen for at dur skal høres er da at

140

Frank L. Holm: Radioservice

inngangsimpedansen er høy, og at det finnes en kopling mellom apparatet og lysnett. 1 nettdrevne apparater får man denne koplingen over nettdelen, men i batteriapparater er denne kop­ lingen meget liten. Det dreier seg kun om den kapasitive koplingen mellom apparatet og arbeidsplassens ledningsopplegg. Når også inngangsimpedansen i transistorapparater er meget lav, vil ikke skrutrekker eller fingerprøven ha noen virkning. Det må da brukes et signal fra en tonegenerator med lavohmig utgang til lokalisering av feil i LF-forsterkere. (Se instrumenter og hjelpe­ apparater.) Tonegenerat or en innstilles på 1 kHz, med signalstyrken på null. Tonegeneratoren koples til grammofonuttaket og utgangssignalet økes gradvis. Kurér 1001 har en følsomhet på 110 mV fra grammofonuttaket. Får man god styrke i høyt­ taleren ved dette signal fra generatoren, er prøven positiv og LF-forsterkeren er i orden. Høres det ingen ting selv med et mye sterkere signal, er prøven negativ fra dette punkt, og signalet må flyttes ett trinn fram, til basis på 1. LF-transistor, punkt J i fig. 2.03.02.04., men først må signalstyrken være skrudd ned til null. I dette punktet er følsomheten alltid mye større enn fra grammofonuttaket fordi dette som regel har tilpasning til høyohmig pick-up. I Kurér 1001 er følsomheten fra basis på 1. LFtransistor ca. 2,3 mV. Er prøven fremdeles nega­ tiv, må feilen ligge etter dette punktet også.

Neste trinn er da å flytte signalet til basis på 2. LF-transistor, punkt K i fig. 2.03.02.04. Føl­ somheten i dette punktet er 3,2 mV. Er prøven nå positiv, må feilen ligge før dette punktet, men etter foregående. Ved å gå trinnvis fram vil man alltid kunne lokalisere feilen til et begrenset område. Når feilområdet er lokalisert, måles likespenningsnivåene i det aktuelle forsterkertrinn. Antar vi at feilen er lokalisert til 1. LFtransistor, T9 i fig. 3.01.02.01, måles først kollektorspenningen, idet denne er oppgitt i fabrik­ kens servicedokumentasjon. Nominelt skal den være 2 V, med spredning fra 1.5—2.5 V. Finner man at spenningen på kollektor er 7 V, betyr det at det ikke er merkbart spenningsfall over kollektormotstanden R59.

Transistoren må da være blokert. Basis-emitterspenningen måles direkte. Den skal normalt være 0.6 V, men vi finner at den er null. Det er da to mulige feil: 1) Kortslutning basis-emitter i transistoren. 2) Brudd i R58.

]100Kn -

Sperreretning

Fig. 3.01.02.01.

Fig. 3.01.02.02. Kontroll av PN overgang mellom basisemitter med ohmmeter. Basis-koltaktor kontrolleres på samme måte.

3. Feilsøking

Fig. 3.01.02.03. UBE + 0,6 IB + 10 uA RB + + 60 . 10/ + 60 ks UBE + 0,75 V IB + 0,3 mA RB/ + + 2,5 . 10/ + 2,5 k— RB avtar meget sterkt når UBE blir større enn 0,75 V fordi kurven for IB da blir meget steil.

Apparatet slås av og og de to muligheter undersøkes med ohmmeter.

Kontroll av transistor med ohmmeter, fig. 3.01.02.02. I spenningsløs tilstand kan transistorens to PN-overganger betraktes som dioder med basis som felles elektrode. Brudd eller kortslutning kan da kontrolleres med vanlig ohmmeter, idet resistansen skal være betydelig større i sperre- enn i lederetning. Men nå er måleresultatene avhengig både av transistortype og ohmmeterets målespenning. Silisumtransistorer har langt større resistans både i lede- og sperreretning enn germaniumtransistorer. I lederetning er resistansen for begge typer svært spenningsavhengig fordi karakteri­ stikken er krum, fig. 3.01.02.03.

141

For å være sikker på å ikke ødelegge småsignaltransistorer, som ikke tåler stor strøm i basis-emitterdiodens lederetning, må spenningen på prøvespissene være større enn 1.5 V og kortslutningsstrømmen ikke større enn 20 mA. Dette betyr at det til denne måling må brukes et måleområde med ikke lavere verdi enn 75Q midt på skalaen, når målespenningen er 1.5 V. Målespenningen må i alle tilfelle være så stor at den er større enn transistorens knespenning. I sperreretning er resistansen i silisumtransis­ torer meget høy. Prosedyren blir da at man med ohmmeteret kontrollerer begge PN-overgangene i lede- og sperreretning, som vist for basis-emitterdioden i fig. 3.01.02.02. Advarsel: Germanium HF-transistorer, (mer­ ket AF .. eller AFY ..), har meget lav grenseverdi for basis-emitter sperrespenning. For de fleste typene ligger den på 0.3 V. I praksis forekommer det ofte kortslutning mellom kollektor og emitter. Dette kan også kontrolleres med ohmmeter. Skal det foretas mer nøyaktige målinger av en transistor, må det brukes et transistormåleapparat. Dette krever at transistoren loddes ut. I servicearbeid foretrekker man da ofte å prøve med en ny transistor, fordi utlodding ikke fore­ tas før man har meget sterke indisier for at den er defekt.

3.01.03. Mellomfrekvensforsterkeren Mellomfrekvensforsterkeren prøves bare hvis LF-prøven er positiv. Apparatet settes i mellom­ bølge, med viseren midt på skalaen og volum­ kontrollen på maksimum. Til prøven nyttes signal fra en HF-generator. Generatoren stilles nøyaktig på apparatets mellomfrekvens. Denne er alltid oppgitt i servicedokumentasjonene. a) Rørapparat. Fra signalgeneratoren føres MF-signalet direk­ te inn på blanderørets styregitter, punkt B i fig. 2.02.02.02. Er forsterkeren stum herfra, flyt­ tes signalet til MF-rørets styregitter, punkt F i fig. 2.02.02.02. Virker forsterkeren herfra, ligger feilen foran MF-røret, altså mellom blanderørets og MFrørets styregitter. Vanlig følsomhet fra MF-rørets styregitter er ca. 1—5 mV. Får man ikke signal igjennom fra MF-røret, må feilen ligge etter dette rørs styregitter, men foran volumkontrollen. (Feil i signallikeretteren

142

Frank L

Holm: Radioservice

forekommer sjelden, og den blir derfor ikke prøvd særskilt.) Når vi på denne måten har fått klarlagt i hvilket trinn feilen må ligge, måles anode- og skjermgitterspenning for det roret som signalet ikke slipper igjennom. For begge rørene går anodespenningen over en MF-spole. Den ohmske motstand i spolen er vanligvis ca. 5f). Da anodestrømmen bare er noen få mA, blir det ikke noe målbart spennings­ fall over spolen, og anodespenningen blir lik spenningen fra likeretteren. For vekselstrømsapparater vil det si ca. 250 V, og for universalapparater 100—175 V. Skjermgitterspenningen er som regel på 80— 100 V. Skjermgitteret får sin spenning over en seriemotstand (skjermgittermotstanden). I man­ ge apparater har begge rørene i MF-forsterkeren felles skjermgittermotstand. Kondensatorene C 1 og C 19 i fig. 2.02.01.02 skal forhindre at det blir HF-spenninger på skjerm­ gitteret. Mangler anodespenningen, kan det være brudd i MF-spolen, eller i tilkoplingsledningene. Er det brudd i spolen, vil det være spenning på den siden av spolen som er koplet til spenningskilden. Er det ingen spenning på dette punktet, må man følge ledningene bort til koplingspunkt for likespenningen. Det er da mulighet for brudd eller tørrlodding i tilledningene. Det kan også forekomme feil i de avstemte kretsene, som bevirker at forsterkeren blir stum. Oftest forekommer brudd eller nedsatt kapasitet i avstemningskonsensatorene. Kortslutning i kondensatorene kan forekomme, men hører til sjeldenhetene. Når det gjelder slike feil, vil man ikke oppdage noe unormalt ved spenningsmålingene, og man kan i forste omgang konsentrere feilsøkingen om MF-transformatoren. Oscilloskopet kan da være til stor hjelp, fordi man med dette kan se om det finnes HF-spenning på de avstemte kretsene. Finner man f. eks. at det er HF-spenning på anodekretsen, er man kommet så nær feilen som praktisk mulig. Sekundærkretsen må da kontrol­ leres ved at man måler avstemningskondensatoren og om nødvendig også spolen.

b) Transistorapparat. Prosedyren for prøving av mellomfrekvensforsterkeren i transistorapparater blir den samme som for rørapparater. Signalet fra generatoren tilføres basis på blandetransistoren, punkt B, T5 fig. 2.03.02.04. Signal-

------- -------------------------------------------- 9V Fig. 3.01.03.01. Likespenningsforholdene i siste MF tran­ sistor i Kurér 1001.

styrken holdes på ca. 100 uV, idet man ikke ved denne prøven er direkte interessert i føl­ somheten. Er MF-forsterkeren stum herfra, flyttes signa­ let til punkt F, basis på T6 og eventuelt videre til punkt G, basis på T7. Når det trinnet feilen ligger i er lokalisert, måles først likespenningsforholdene. Som eksempel skal vi ta for oss likespennings­ forholdene for T7, fig. 3.01.03.01. Fabrikken oppgir at det skal være 0.1 V over R31. Vi kan da regne oss til at emitterspenningen må være 0.675 V, dvs. 0.68 V 0.1-(R31 + R32) Ur31

+ R32

R31 0.1-(68+ 390) -------------------------- = 0.675 V 68 Basisspenningen kommer fra S2. Spennings­ fallet over R29 som er på 220 Q er ubetydelig, fordi basisstrømmen er av størrelsesorden 50 pA. Basis-emitterspenningen blir da: UBE = 1.35 — 0.675 = 0.675 V Kollektorstrømmen er omtrent lik emitterstrømmen, altså: 0.1 1=1=—= 0.00147 68 IK - 1.47 mA Spenningsfallet over R33 i kollektorkrets: UR33 = 0.00147-220 = 0,32 V Kollektorspenningen UK = 7 — 0.32 6.7 V UKE = 6.7 — 0.675^6 V Antar vi nå at vi måler 4.6 V på kollektor og

143

F eilsøking

4.5 V på emitter, kan vi trekke følgende slutnin­ ger : 1. Det går for stor strøm i kollektor fordi spenningsfallet over R33 er for stort. 2. Det går for stor strøm i emitter fordi spen­ ningsfallet over R31 og R32 er for stort. 3. Kollektor-emitterspenningen er altfor lav. 4. Da basisspenningen er 1.35 V skulle tran­ sistoren være blokert. Konklusjon: Det må være kortslutning mellom kollektor og emitter. Dette kontrolleres med ohmmeter. Ved enhver unormal spenning man måler, må man vurdere den aktuelle kretsen for å finne ut om det går for stor strøm i hele kretsen eller bare i en del av den, eller om det ikke går strøm i det hele tatt. Feil i de avstemte kretsene kontrolleres på samme måte som i rørmottakere.

3.01.04. Oscillatoren

Det er kanskje ikke alltid like lurt å buse rett på med måling av oscillasjonsstrømmen. Det er nemlig to feil som forekommer så vidt ofte, at det er grunn til å kontrollere disse først. Det er: 1. Brudd i anodemotstanden til oscillatortrioden. 2. Defekt rør.

Anodespenningen måles på vanlig måte, og er denne til stede, prøves med nytt ror. Er apparatet fremdeles stumt, bør man for­ visse seg om at det virkelig er oscillatorfeil. Man måler da oscillasjonsstrømmen slik som beskrevet under «Målepunkter for høy- og lavfrekvensspenninger». Mangler oscillasjonsstrømmen, kan man bare gå i gang og undersøke andre feilmuligheter. For å ha en kontroll med under­ søkelsene skal måleinstrumentet stå inne hele tiden. De feilmuligheter som undersøkes først, er nå: 3. Feil i koplingskondensatorene C8 og C9. 4. Feil i bølgevender og tilledninger.

Da det kan være både brudd og kortslutning i koplingskondensatorene som årsak til at oscil­ latoren ikke virker, loddes de ut en om gangen og erstattes med en ny. Viser det seg at det er en av kondensatorene som er årsaken, kontrollerer man denne for å bringe på det rene om det er brudd eller kortslutning som er årsaken til feilen. Finner man at det er kortslutning, bør også den

andre kondensatoren undersøkes. Det kan nemlig være en begynnende lekkasje i denne også. Dette gjelder særlig når det er brukt rullblokk-kondensatorer. Begynnende lekkasje i en kondensator kan ikke måles med et vanlig ohmmeter, men man kan nytte rørvoltmetere med ohmområder opp til 1000 MQ. I mangel av et slikt rørvoltmeter kan man kople kondensatoren i serie med et voltmeter til en likespenning på 250 V, se fig. 3.01.04.01. Som likespenning kan man bruke + spenningen i apparatet. Kondensator under prove

Fig. 3.01.04.01. Måling av lekkasj emotstand i kondensator.

Er kondensatoren i orden, vil voltmeteret ikke ha antydning til utslag. Har viseren en aldri så liten tendens til å krype ut av nullstilling, må kondensatoren kasseres. Ved begynnende lekkasje i koplingskonden­ satorene blir apparatet først stumt på de høyeste frekvensene. Feilen viser seg altså først i kortbolge, forplanter seg så til mellom- og langbølge etter hvert som lekkasjen blir større. Til slutt er apparatet helt stumt. En lignende utvikling har man når en av koplingskondensatorene av en eller annen grunn begynner å miste kapasitet. Men i dette tilfelle vil apparatet først bli stumt på de laveste frekvenser. Feilen forplanter seg da fra langbølge til mellombølge og kortbølge, og apparatet blir også i dette tilfelle helt stumt til slutt. Får man inn et apparat til reparasjon, der hele langbølgen og halve mellombølgen er stum, skulle man ikke behøve å lete lenge etter feilen. Men hva nå om alle bolgeområdene er stumme fra omtrent midt på skalaen og nedover i frekvens ? Ja, feilen er vel i dette tilfelle også temmelig opplagt. Vi vet at når vi beveger skalaviseren mot lavere frekvenser, dreier vi avstemningskondensatorens bevegelige platesett inn mellom det faste. Ved et bestemt punkt blir det i dette tilfelle kortslutning mellom det faste og bevege­ lige platesett, og apparatet blir stumt. Det kan

144

Frank L. Holm: Radioservice

også være kortslutning i dreiekondensatoren, som ikke er avhengig av stillingen til det bevege­ lige platesettet. Da vil apparatet bli stumt over hele skalaen. I begge disse tilfellene lokaliseres feilen ved hjelp av ohmmeter. Har man undersøkt feilmulighetene i punkt 1, 2 og 3 uten at feilen er funnet, må man slå av apparatet og med ohmmeteret undersøke den fjerde muligheten, feil i bølgevender eller tilledninger. Av skjemaet i fig. 3.01.04.02 ser vi at det på gittersiden skal være ledende forbindelse mellom koplingskondensatoren C8 og 4- (chassis) for alle bølgeområder. Derimot er det bare i kortbølge det er ledende forbindelse mellom koplings­ kondensatoren C9 i anoden og 4- (chassis). Eventuelle brudd er lett å lokalisere, men ved kortslutninger kan det bli nødvendig med fralodding for å finne fram til feilen. I punkter der det kommer flere ledninger sammen, lodder man ledningene fra hverandre og finner ut ved hjelp av ohmmeteret i hvilken ledning kortslutningen ligger. Så følger man denne til neste koplingspunkt. På denne måten er vi til slutt nødt til å komme fram til feilen. Årsaken til kortslutning kan ofte være en løs tinnkladd eller en stump av en koplingstråd.

Fig. 3.01.04.02. Oscillatorkretser.

b) Transistorapparat. I et transistorapparat vil man først kontrollere oscillasjonen ved å måle oscillatorspenningen. Da oscillatorene vanligvis er felles basiskoplet, måles oscillatorspenningen på emitter. Man kan ikke som i rør måle oscillatorspenningen in­ direkte ved å måle den likerettede strømmen

To,’

Fig. 3.01.04.03. Oscillator-blandetrinn i Kurér 1001 vist i MB-stilling. Likespenningene gjelder uten inngangssign.

gjennom en motstand, men måle spenningen direkte. Til dette trengs det et HF-voltmeter eller bedre et oscilloskop. I silisiumtransistorer skal oscillatorspennin­ gen være 160 mV, og i germaniumtransistorer 90 mV nominelt. Med oscilloskop måles ikke effektiwerdi, men topp til topp verdi. Topp-til-topp-verdien for sinusspenning er: Ut_t = U-2-V2 Topp-til-topp-verdien for 160 mV er 450 mV, og for 90 mV er den 250 mV. I Kurér 1001 nyttes samme transistor både i oscillator og blandefunksjon. Dette er svært vanlig. Fig. 3.01.04.03 viser oscillator-blandetrinnet for Kurér 1001 i mellombølgestilling. I serviceskjemaet fra fabrikken er bare emitterspenningen oppgitt. Denne skal nominelt være 0.65 V med spredning fra 0.6—0.8 V. På fig. 3.01.04.03 er tilføyd kollektor og basisspenning målt på et apparat som var i full orden. Målingene er foretatt uten signal på antennen. Det er også mulig å kalkulere seg fram til de manglende spenningene slik som vi gjorde for MF-trinnet. Av fig. sees det at R18 reduserer basisspenningen fra 1.35 V til 1.28 V. Denne lille spenningsreduksjonen er imidlertid ikke R18’s pri­ mære oppgave. Det den egentlig er satt inn for er å hindre at C60 på 10 nF skal kortslutte HFsignalene på basis. Har man ved måling funnet at man ikke har oscillatorspenning, er det naturlig at man først kontrollerer likespenningsforholdene. Er disse unormale, nytter man samme metode som tidligere beskrevet. Altså først på grunnlag

145

3. Feilsøking

av målingene gjøre seg opp en mening om liva som kan være feil, og så kontrollere med ohmmeter. Er likespenningsforholdene riktige, må feilen søkes i kretskomponentene for oscillator avstem­ ning og tilbakekopling slik som for rørapparat. I dette apparatet skjer tilbakekoplingen til emitter fra oscillatorspole over C47. Motstan­ den R20 skal dempe avstemningskretsen i MB så ikke oscillasjonen blir for sterk. I LB er denne motstanden ikke innkoplet.

3.01.05. Antenne og forkrets I de fleste koplinger som nyttes for antenneog forkretser er det få feil som kan føre til stumt apparat. Fig. 3.01.05.01 a, b og c viser prinsippskjema for tre forskjellige antennekoplinger. Fig. a kalles høyohmig induktiv kopling. Antennen bar ber en belt egen krets. Fig. b kalles lavobmig kapasitiv kopling. Antennesignalet føres ber direkte inn i den avstemte kret­ sen. I parallell med koplingskondensatoren Ck er det koplet enten en motstand eller en spole som skal sørge for at antennekretsen er lav­ obmig også for svært lave frekvenser, f.eks. lysnett. Fig. c viser en kopling med ferritstav. Denne koplingen er vanlig i reiseradioer. Ferritstaven tjener både som antenne og som avstemningsskjerne i forkretsspolene. Avstemningspolene for lang- og mellombølge er plassert på liver sin ende av ferritstaven. Tilpasning til den lavohmige inngangsimpedansen i blandetransistoren skjer ved transformatorkopling. I Kurér 1001 er det nyttet induktiv kopling til en utvendig antenne. I antennekretsen er det bare kortslutning som kan føre til stumt apparat. Brudd vil føre til at apparatet blir svakt, men ikke stumt. I avstemningskretsene kan både brudd og kortslutninger føre til stumt apparat. Er appa­ ratet stumt på alle bånd, må årsaken være feil i noe som er felles. Dreiekondensatoren er en av de komponenter som er felles for alle bånd. I enkelte koplinger er det spoler og trimmekondensatorer som er innkoplet for alle bånd. Til ettersøking av mulige feil i forkretsene brukes ohmmeter. Ved feilsøking i stumt apparat skal man ikke røre ved trimmeorganene for de forskjellige kretsene. Selv om disse skulle være ute av stilling, vil de ikke forårsake at appara­ tet blir helt stumt. Det man oppnår ved å skru 10 — Teknikk II

Fig. 3.01.05.01a. Antenne og forkrets.

Fig. 3.01.05.01c.

på trimmeorganene er å forstemme kretsene og gjøre feilsøkingen vanskeligere. Har man reparert en avstemt krets, må denne justeres etterpå. Man går da fram etter trimmeforskriftene for apparatet.

146

Frank L. Holm: Radioservice

3.02. Svakt apparat Når det klages over at et apparat er svakt, må man først finne ut om apparatet er svakt på alle bånd, eller om det f. eks. bare er svakt på langbølge. I siste tilfelle kan man trygt gå ut fra at både strømforsyning, LF-forsterker og MF-forsterker er i orden, da det ikke er noe i veien med de andre båndene i apparatet. Er derimot apparatet jevnt svakt på alle bånd, må man foreta en systematisk undersøkelse av alle enheter. De kontrolleres i samme rekkefølge som når apparatet er stumt, men med den for­ skjell at man ikke kan nøye seg med å finne ut om enhetene virker. Det må nøyaktige målinger til for å fastslå om de yter det de skal. For strømforsyningen må man måle spennin­ gen fra likeretteren og glødespenningen. For LF-forsterker, MF-forsterker og antenne og forkrets måles følsomheten slik som vi for­ klarte under «Målepunkter for høy- og lavfrekvens-spenninger». For oscillatoren må man om nødvendig måle oscillasjonsstrømmen. 3.02.01. Feil i strømforsyningen a) Rørapparater. Lave spenninger fra strømforsyningen kan være årsak til svakt apparat. Når det gjelder vekselstrømsapparater, vil det sjelden være tale om annet enn lav likespenning. Er likespenningen for lav, vil man på grunnlag av apparatets strømforbruk få en pekepinn om årsaken. Er strømforbruket større enn normalt, må den lave spenningen skyldes ekstra belastning. Spen­ ningsfallet over filterdrosselen eller filtermotstand måles. Er dette større enn med normale spennin­ ger, må det skyldes at strømmen er større. Feilen må da søkes fra filterkondensatoren og utover i apparatet. Lekkasje i kondensatoren er da den nærmeste muligheten. Ligger ikke feilen i kon­ densatoren, kan man se bort fra feil i strømfor­ syningen. Er spenningsfallet over drosselen eller filter­ motstand mindre enn normalt, må den økte be­ lastningen ligge foran denne. Det er da mulighet for lekkasje i ladekondensatoren eller delvis kort­ slutning av høyspenningen fra transformatoren. Viser amperemeteret at strømforbruket er mindre enn normalt, behøver man ikke å søke etter feilen utenom likeretteren. Først måles vekselspenningene på likeretter­

en. Holder disse den verdien de skal, prøves med ny likeretter. Det er også en mulighet for at det er brudd i ladekondensatoren, men som regel får man da også likeretterdur (100 Hz) i høyttaleren.

b) Transistorapparat. I batteridrevne transistorapparater er svake batterier og dårlige batterikontakter en hyppig årsak til svakt apparat. Et medfølgende symptom er at gjengivelsen blir forvrengt når styrken settes opp. Batteriet og kontakten kontrolleres som be­ skrevet under 3.01.01. 3.02.02. Svak lavfrekvensforsterker Ved feilsøking i svak LF-forsterker kan man nytte samme metode som ved stumt apparat, nemlig begynne ved grammofonuttak og hvis følsomheten var for liten her, gå trinnvis fram­ over i forsterkeren til feilen var lokalisert til et bestemt område. Men man kan også la signalet stå fast tilkoplet grammofoninngangen og med oscilloskop følge signalet gjennom forsterkeren. Med denne me­ tode får man et visuelt bilde av forsterkerforholdene. Ved svak LF-forsterker skal man ha oppmerksomheten rettet mot brudd eller redu­ sert kapasitet i avkoplings- og koplingskondensatorer. Brudd i avkoplingskondensatorer på rør

Fig. 3.02.02.01. LF-forsterker med ror. Kontroll av avkoplingskondensatorene og koplingskondensatorene.

3. Feilsøking

147

Fig. 3.02.02.02. LF, forster­ ker med transistorer, kon­ troll av avkoplings- og koplingskondensatorer for brudd.

eller transistorer medfører en motkopling og dermed redusert forsterkning. Slike feil finnes lettest ved at man med oscillo­ skopet måler om der er signalspenninger i punk­ ter hvor det bare skal være likespenninger. I rørapparater er det avkoplingskondensatorer på katode og skjermgitter, fig. 3.02.02.01 som må kontrolleres, og i transistorapparater avkoplingskondensator over emittermotstanden, fig. 3.02.02.02. Brudd i koplingskondensatorer med­ fører at signalet ikke slipper gjennom til neste trinn. Man får da frekvensavhengighet slik at lave frekvenser reduserer mer enn høye. Dette medfører at gjengivelsen blir lys, uten bass. I Kurér 1001 er C89, C94, C97 og C102 kop­ lingskondensatorer. Se fig. 3.01.02.01. INår man mener å ha funnet kondensator-

brudd, settes en feilfri kondensator med riktig verdi over den mistenkte. Pass på polariteten for elektrolytkondensatorer. Blir apparatet i orden er feilen funnet.

I rørapparater må man også kalkulere med svake rør. Sluttrøret er mest utsatt og slites raskest ned. Reduksjon i emisjonsstrømmen kan måles indirekte ved å måle spenningen over katodemotstanden. Er denne mindre enn nor­ malt, kan man regne med nedsatt emisjonsstrøm. I transistorapparater hører det med til sjeldenhetene at selve transistorene blir svake. Derimot kan forskyvning i arbeidsspenningene føre til svakt apparat. Dette medfører gjerne at utstyringsområdet reduseres, noe som igjen fører til forvrengning når styrken settes opp.

148

Frank L. Holm: Radioservice

3.02.03. Svak mellomfrekvensforsterker MF-forsterkeren har den største andel i appa­ ratets totale forsterkning. Svekking av denne vil derfor gi store utslag i apparatets følsomhet. Man nytter helst trinnlokalisering for å finne ut i hvilket område feilen kan ligge. a) Rørapparat. Følsomheten fra hlanderøret skal være 10—80 uV og fra MF-røret 1—5 mV. I servicedokumentasjonene finner man som regel de nøyaktige verdier oppgitt. Når man er klar over om feilen ligger i forbin­ delse med MF-røret eller blanderøret, måles anode- og skjermgitterspenningen. Dette er en rutinekontroll det alltid lønner seg å foreta, selv om det er lite sannsynlig at man finner noe galt. I de fleste tilfelle er feilen et svakt rør. Men hvis det ikke hjelper med nytt rør, eller rørprøveren viser at røret er i orden, kontrolleres avstemningen i kretsene. Signalgeneratoren må være nøyaktig innstilt på apparatets mellomfrekvens. Med trimmenøkkel forandrer man forsiktig på jernkjernens stilling. Når kretsene er i orden, skal man få en markert svekking av styrken ved en liten for­ andring av jernkjernens stilling. Eller hvis kretsene har vært feil justert, vil man få en tyde­ lig økning i styrken. Den kretsen som er koplet til signallikeretteren, har en noe flatere topp enn de andre kretsene. Er det en krets som tar dårlig eller ingen av­ stemning, kontrolleres avstemningskondensatoren ved at man måler kapasiteten. Særlig i eldre apparater hender det ofte at kapasiteten i en eller flere av MF-kretsenes avstemningskondensatorer er redusert. Ved innsetting av nye kon­ densatorer må man bare bruke kondensatorer av samme godhet som originalene. Er originalen en glimmerkondensator, skal den helst erstattes med en glimmerkondensator. Keramisk eller styroflexkondensator kan også brukes, de er like gode som glimmer. Derimot kan man ikke nytte vanlig rullblokk-kondensator. I noen tilfelle tar kretsen tilsynelatende av­ stemning, men med dårlig markert maksimum. Her skal man være særlig på vakt. I dette tilfelle er det mulighet for at man bare får maksimum induktivitet i spolen fordi jernkjernen står midt i, og ikke avstemning av kretsen. Normalt skal en krets få avstemning med jern­ kjernen litt utenfor midtstilling, se fig. 3.02.03.01 a. Jernkjernen gir da riktig avstemning i to stil­ linger. Reduseres kretsens kapasitet, må dette kom-

Fig. 3.02.03.01. a og b. Riktig og feilaktig plasering av jernkjerne i spolen.

penseres ved at man øker induktiviteten. Jern­ kjernen kan da komme til å stå midt i spolen, se fig. 3.02.03.01b, men uten at kretsen av den grunn behøver å ha fått avstemning. Det er nem­ lig ikke sikkert at den økning man har fått i in­ duktivitet, har vært nok til å kompensere tapet i kapasitet. Det kan være fort gjort å overse denne feilen, særlig hvis apparatet har en noenlunde brukbar følsomhet. MF-transformatorenes spoler er viklet av lissetråd. Lissetråden består av 10—30 enkelte tynne tråder, som er innbyrdes isolert med lakk. Lissetrådene er igjen omspunnet med bomull- eller silkeisolasjon. Oppstår det brudd i flere av disse enkelte trådene, blir spolens godhet (Q-verdi) redusert, med den følge at forsterkningen blir mindre. Årsaken til trådbrudd er som regel dårlige loddin­ ger eller uforsiktig behandling. Brudd i skjermgitterkondensatorene C7 og C19 i blande- og MF-rør skulle etter alle solemerker å dømme også føre til nedsatt forsterkning. Det gjør det da også, men i de fleste tilfelle vil appa­ ratet samtidig bli svært ustabilt. (Hyler på stasjonene.) Det samme er tilfelle ved brudd i avkoplingskondensatorene C5 og C1H i AVC (automatiske volumkontroll).

b) Transistorapparat. Følsomheten fra de forskjellige transistorene i MF-forsterkeren er dessverre ikke alltid gitt i servicedokumentasjonene, men de følsomheter som er oppgitt her kan brukes som en rettesnor. Når man har lokalisert det svake trinnet, måles

3. Feilsøking

først likespenningsforholdene, deretter kontrol­ leres de avstemte kretsene på samme måte som i MF-forsterkere med rør.

3.02.04. Svakt apparat på grunn av feil i antenne og forkrets Ved tilfredsstillende MF-forsterkning under­ søkes forkretsene i apparatet. Signalgeneratoren stilles inn på en frekvens i ett av båndene, f. eks. 600 kHz i mellombolge, og tilsluttes antenneut­ taket over normalantenne. Normalantennen er en kunstig antenne som har samme indre motstand som en gjennom­ snittlig strekkantenne. Fig. 3.02.04.01 viser koplingsskjemaet og verdiene for en internasjonalt brukt normalantenne. En slik folger alltid med signalgenerat orene. Apparatet innstilles så signalet høres. Deretter prøver man med signalet direkte fra blandetrinnet. Er signalet sterkere herfra, må feilen ligge mellom antenneuttak og blandetrinn. Signalet flyttes tilbake til antenneuttaket. Med trimmenøkkel prøver man om kretsene tar avstemning. Tar de ikke avstemning, er det mest sannsynlig at dreiekondensatoren ikke er med. Årsaken kan være brudd eller feil i bølgevenderen. 20

-r-

Stoppekondensator

Fig. 3.02.04.01. Normalantenne.

Fig. 3.02.04.02. Stoppekondensator i antenneledningen.

Får man tydelig avstemning, kan man gå ut fra at de avstemte kretsene er i orden, og man undersøker antennespolene og venderen. Det er

149

sannsynlig at man vil finne brudd et eller annet sted her. Er det brudd i antennekretsene, får man også et feilsymptom som ikke er til å ta feil av. Signalstyrken i høyttaleren blir da nemlig nesten uavhengig av styrken på signalet fra signalgene­ ratoren. Ved siden av tonen høres også en nokså sterk sus. Er apparatet svakt på ett bånd, undersøkes forkretsene slik som vi har beskrevet, med den forskjell at man kan se bort fra feil i ting som er felles for alle bånd. Ved lynnedslag i antennen kan det f. eks. hende at antennespolen for ett bånd brenner opp. Det samme kan hende når man bruker den ene lysnettpolen til antenne. For å forhindre slike feil er det vanlig å sette en kondensator på 500 pF i serie med antennen, se fig. 3.02.04.02. I apparater med ferritstavantenne vil brudd i ferritstaven bevirke svakt apparat, og forkret­ sene kommer ut av trim. Bruddet kan ikke repareres, og det må settes inn ny ferritstav.

3.02.05. Svakt apparat på grunn av feil i oscilla­ toren Har apparatet tilfredsstillende MF-forsterk­ ning, men er svakt på stasjonene også når det prøves direkte fra blandetrinnet, er det mulig­ het for feil i oscillatoren. Hvis oscillatoren svinger svakt, vil det gi seg utslag i svakt apparat, fordi blandeforsterkningen reduseres raskt når oscillatorspenningen kommer under et kritisk nivå. Dette gjelder både rør- og transistorblandere. Apparatet er da sjelden like svakt på alle bånd, og ofte svakere i den ene enden av båndet enn i den andre. Årsaken kan ligge i redusert tilbakekopling, f.eks. ved feil i koplingskondensatorer. Hvis det er ett bånd som er svakt, kan det også være vedkommende hånds oscillatorspole som er dårlig. Stor overgangsresistans i bølgevenderkontaktene er en hyppig årsak til svak kortbølge. I rørapparater kan svak kortbølge, eventuelt helt stum på de laveste frekvenser i båndet, være varsel om at oscillatorrøret begynner å bli svakt.

3.03. Brum Brumfeil kan ikke forekomme i batteridrevne apparater. Kilden til brumfeil er alltid å finne i likeretterdelen for nettdrevne transistorappa ­

rater. I rørapparater for nettdrift kan brummingen også stamme fra glødingen.

150

Frank L. Holm: Radioservice

3.03.01. Anode- og glødebrum I et vekselstrømsapparat vil man, når man legger øret helt inn til høyttaleren og skrur volumkontrollen til nullstilling, høre en svak vedvarende brumming eller dur. Dette er rester av rippelspenningen fra likeretteren. Blir denne brummingen hørbar i større avstand fra appa­ ratet, er det tegn på at det er noe galt, og blir den så sterk at den sjenerer stasjonene, er det på tide å gjøre noe ved det. Den vanlige årsaken til denne brummingen er nedsatt kapasitet i lade- eller filterkondensatorer. Feilen arter seg da som en konstant vedvarende brumming, som er uavhengig av volumkontrol­ lens stilling. Lade- og filterkondensatorer prøves etter tur ved at man parallellkopler med en kondensator med samme kapasitet fra RC-test. Når man kommer til den defekte kondensatoren, vil brum­ mingen forsvinne. Ved utskifting av en defekt kondensator må man passe på at den nye kondensatoren har minst så stor arbeidsspenning som originalen. Riktig polaritet er det også viktig å passe på. I mange tilfelle gir den seg selv, fordi minuspol på kondensatoren er forbundet med beholderen eller «kannen», som er av aluminium. Plusspolen er ellers merket med rød farge. Av hensyn til monteringen bør man alltid bruke kondensatorer med samme festemåte som originalkondensatorene. Lar det seg ikke gjøre, skal den nye kondensatoren festes forsvarlig. Den defekte kondensatoren skal alltid fjernes, eller i hvert fall koples ut. Man skal altså ikke parallellkople en ny kondensator over den de­ fekte. Hvis brummingen ikke forsvinner eller blir svakere når man prøver med nye kondensatorer, kan feilen skyldes glødebrum. Glødebrum opp­ står når det blir overledning mellom glødetråd og katode, eller kortslutninger i glødetråden slik at bifilarviklingen oppheves. Man får da indusert brumspenning over til katoden. Den siste feilen finner man oftest i universalapparater. Glødebrum lokaliseres ved å skifte ut rørene etter tur. Er brummingen uavhengig av volum­ kontrollens stilling, ligger feilen i LF-forsterkeren. Forsvinner ikke brummingen når man bytter ut rorene, må man undersøke rørenes chassisforbindelser (disse kalles vanligvis for jordinger) og særlig være oppmerksom på glødetrådens for­ bindelse. Rørets katode eller katodemotstand og avkoplingskondensatorer er ofte forbundet med

samme punkt. I apparater der denne forbindelsen skjer til et loddeøre som er nittet fast til chassis, kan det oppstå dårlig kontakt mellom chassis og loddeøre, og da er brummingen der. Loddeører legges også ofte under festeskruer. Er disse løst tilskrudd, kan det oppstå litt av hvert av feil og naturligvis også brumming. Man må derfor gå over og trekke til alle festeskruer med loddeører.

3.03.02. Moduleringsbrum En spesiell form for brum er moduleringsbrum. Den oppstår bare når det tas inn en stasjon, og som regel bare på sterke stasjoner. Den vanlige årsaken til denne form for brum er at vekselstrøm kommer inn i HF-kretsene og modulerer seg inn på bærebølgen. Det er altså en utpreget HF-feil, og kan skyldes de rørfeilene vi har nevnt. Blir brummingen ikke borte ved utskifting av rør, bør man prøve å lokalisere feilen ved målinger. I dette tilfelle er det lettest å bruke signal­ generator og oscillograf. Signalgeneratoren stilles f. eks. inn på en frekvens i mellombølge og til­ sluttes apparatets antenne og jordkontakt. Appa­ ratet stilles inn på signalgeneratorens frekvens. Når dette er gjort, slår man av signalgeneratorens egen modulering, og hører bare suset fra bære­ bølgen. Signalstyrken økes så til moduleringsbrummet kommer tydelig fram. Man må være oppmerksom på at bærebølgen fra signalgenera­ toren er svakt modulert med brum fra sin egen likeretter. Med oscillogråfen følger man signalet gjennom de forskjellige målepunkter for høyfrekvensspenninger. Det umodulerte signalet visei seg på skjermen som et jevnt bånd. Brummoduleringen vil vise seg som vanlig modulering. Er f. eks. signalet fritt for modulasjon fram til MF-rørets styregitter, men har fått modula­ sjon i anoden på det samme røret, må den ha oppstått i røret. Feilen må da først og fremst søkes i rørets chassisforbindelser, som for vanlig brum. På kortbølge kan man av og til merke en brummodulering som skyldes akustisk tilbakekopling fra høyttaleren. Feilen kalles gjerne for kortbølgemikrofoni, den blir borte når styrken settes ned. Det er meget vanskelig å bli kvitt feilen, fordi den oftest skvldes svakheter i kon­ struksjonen. Det kan f. eks. være dreiekondensatorens platesett som ikke har tilstrekkelig stivhet. Det kan hjelpe noe å henge dreiekondensatoren opp i fjærer.

3. Feilsøking

151

3.04. Ustabilitet Ustabilitet gir seg gjerne til kjenne ved at apparatet hyler og bråker, eller at det piper på stasjonene. Men det er ikke all piping som skyldes ustabilitet. To stasjoner som ligger nær hverandre i frekvens, kan lage en interferenstone som er lik frekvensdifferansen mellom de to stasjonene. Istanbul på 702 kHz og Nordd. og Westd. Rundfunk på 701 kHz lager en pipetone på 702 -? 701 = 1 kHz, eller 1000 Hz, som er svært sjenerende mange steder. Interferens mellom to stasjoner forekommer mye på mellom- og kortbølge, fordi stasjonene ligger for nær hverandre i frekvens og har større senderstyrke og dermed også større rekkevidde enn de skal ha. Disse interferenstonene som forekommer i visse punkter på skalaen, skyldes altså ikke feil i apparatet, og det er da heller ikke mulig å gjøre noe ved dem. En annen form for piping får man når et appa­ rat i nærheten stråler ut så mye at det virker som sender, og begge apparatene har samme mellomfrekvens. Apparatet vil da pipe på alle stasjoner, og pipetonen vil forandre frekvens ved innstilling på stasjonene. Feilen er som regel at ett av apparatene eller begge har feiljustert MF-bolgefelle. MF-bolgefellen sitter i antennekretsen som en sperrekrets eller en sugekrets, se fig. 2.02.02.02. Den skal jus­ teres til minimum styrke for mellomfrekvensen med signalgeneratoren koplet til antenneuttaket over normalantenne. Men dette er heller ikke ustabilitet. Feilen skyldes et annet apparat, og vil bli borte når dette blir slått av. Ved ustabilitet i apparatets egen MF-forsterker kan også apparatet pipe på alle stasjoner med en tone som varierer med innstillingen. Ved nøyaktig innstilling på stasjonen blir det ingen pipetone, men på begge sider vil man få en tone som øker i frekvens etter hvert som man fjerner seg fra stasjonen. En forsterker kan bli ustabil når noe av de forsterkede spenningene koples tilbake til et tidligere trinn og der kommer i fase med de spen­ ningene som er til stede fra før. De tilbakekoplede spenningene kommer da i tillegg til de opp­ rinnelige spenningene, og blir forsterket om ’gjen. I apparatet finnes en del kondensatorer og

filterledd som har til oppgave å sørge for avkop­ ling av høy- og lavfrekvensspenningene, slik at de ikke får anledning til å komme tilbake. Rør og kretser er også skjermet av samme grunn Uskjermede spoler får en slik plasering at det ikke opp­ står utilsiktet magnetisk kopling mellom dem. Filterkondensatoren virker som avkopling, men for høye frekvenser vil den ofte ikke strekke til, særlig når den blir gammel. Av den grunn er det ofte satt inn en ekstra kondensator i parallell for å sikre avkoplingen. Det brukes en rullblokkkondensator på 0,1 pF. Kapasiteten er ikke kritisk, og det blir brukt både større og mindre verdier. Skjermgitterkondensatorene C7 og C19 for henholdsvis blande- og MF-rør virker også som avkoplingskondensatorer. Det samme gjor kondensatorene i AVG. For LF-forsterkeren er det som regel bare filterkondensatoren som virker som avkopling. Enten ustabiliteten opptrer som piping på stasjonene eller vedvarende hyling uavhengig av bolgevenderens stilling og om det er antenne eller ikke, vil det være de samme tingene som må undersøkes. Det er bare den forskjellen at i det første tilfelle er feilen mindre utpreget og i mange tilfelle vanskeligere å finne. Foruten nedsatt kapasitet eller brudd i avkoplingskondensatorene kan det være feil i rør eller brudd i skjermforbindelse på transistorer. Når ustabiliteten er mindre utpreget, dvs. gir seg til kjenne som en svak pipetone ved innstilling på stasjonene, kan den ofte være vanskelig å lokalisere, særlig i eldre apparater. Feilen skyldes ofte dårlig forbindelse mellom skjermbokser og chassis. Det kan også være man­ gelfull chassisforbindelse, f. eks. et loddeore som er nittet fast. Det lønner seg i slike tilfelle å kontrollere alle skruforbindelser, og være spesielt oppmerksom på dreiekondensatorens chassis­

forbindelse. Ustabiliteten kan også ofte vise seg på bare ett frekvensområde, og da som regel i den ene enden av båndet. Ved MF mellom 400 500 kp/s viser den seg enten øverst i langbølge eller nederst i mellombølge. I denne stillingen vil nemlig forkretsenes avstemning ligge nærmest opp til mellomfrekvensen, og da skal det minst tilbakekoplet spenning til for å gi ustabilt apparat. Feilen kan skyldes gal justering av forkretsene, og dette må kontrolleres.

152

Frank L. Holm: Radioservice

Skal man reparere et ustabilt apparat, må man ikke prøve å få bort feilen ved å forstemme HFkretsene, f. eks. MF-kretsene, eller dempe dem

med en motstand. For det første er feilen der like fullt, og for det andre vil det gå ut over appara­ tets følsomhet og selektivitet.

3.05. Forvrengning Tre hovedtyper av forvrengning forekommer i et radioapparat eller en forsterker, nemlig: 1. Lineær forvrengning. 2. Faseforvrengning. 3. Ulineær forvrengning. 1. Lineær forvrengning får man når ikke alle frekvenser forsterkes med samme innbyrdes styrkeforhold. For å kunne skille stasjonene skikkelig fra hverandre er man nødt til å arbeide med så smal båndbredde at en stor del av de høye tonene blir kuttet bort i HF-forsterkeren. Men det er ikke bare HF-forsterkeren som kutter bort. LF-forsterkeren har størst forsterkning for det midlere frekvensområde. Alt i alt får man mindre for­ sterkning både for høye og lave toner. Gjengivelsen blir av den grunn ikke naturtro, man får lineær forvrengning. Denne form for forvrengning er i grunnen øret lite følsomt for. Den aksepteres mer som en egenskap hos radio­ ulineære forvrengningen som har økt ut over det apparatet, og i den grad at når man stilles overfor normale nivå. gjengivelsen i et FM-apparat, som tar med de Vi forsøker å finne feilen ved trinnlokalisering høye tonene i mye større utstrekning enn AMog begynner med sluttrørets styregitter. Da det apparatene, synes de fleste til å begynne med at ikke alltid er lett å avgjøre ved bare å lytte på den er for lys eller «spiss». en enkelt ren tone om det er forvrengning eller 2. Faseforvrengning vil si at de forskjellige ikke, arbeider man sikrest ved å bruke oscilloskop frekvenser ikke kommer ut av forsterkeren i i forbindelse med tonegenerator. samme innbyrdes tidsforhold som de gikk inn. Forvrengningen høres mye lettere på tale eller Forenklet kan man si at noen frekvenser har musikk, og man kan derfor også bruke en plate­ gått fortere (eller saktere) gjennom forsterkeren spiller og føre signalet inn fra pic-upen til enn andre. Men heller ikke denne form for for­ gitterne. vrengning er øret særlig følsomt for, og det er Med tonegenerator eller platespiller får vi lett å holde den innenfor et rimelig nivå. naturligvis bare undersøkt LF-forsterkeren, men det er da også her årsaken til forvrengning oftest 3. Ulineær forvrengning vil si at en signalspen­ er å finne. ning får en annen form ved å passere gjennom Forvrengningen ytrer seg forskjellig, alt etter forsterkeren. En sinusspenning kan f. eks. bli feilens art. Nå skal det lang øvelse til for å kunne gjengitt slik som vist i fig. 3.05.01. Mesteparten skjelne alle ulydene fra hverandre i detalj, men av denne forvrengningen oppstår i rørene, og den med den reservasjon at feilen også kan ytre seg kall es for «klirr». noe forskjellig i de forskjellige apparattypene, Mens øret er lite følsomt for de to førstnevnte kan man si at det er tre hovedsymptomer som typer av forvrengning, skal det ikke stort til av det er lett å skjelne fra hverandre: ulineær forvrengning før den merkes. Forvrengnitigen er liten eller ikke merkbar på Nar apparatet forvrenger, eller har uren gjen­ liten styrke, men viser seg straks ved middels eller givelse, som det også kalles, er det oftest den stor styrke.

3. Feilsoking

a) Rørapparat. Feilsymptomet tyder på at apparatets utstyringsmulighet er redusert. Med utstyringsmulighet mener man den signal­ spenning som kan tilføres et rørs styregitter uten at det oppstår ulineær forvrengning. Den er bestemt av rørets negative gitterforspenning og anodespenning. Et sluttrør med f. eks. 6 V negativ gitterforspenning, vil kunne tåle en signalspenning med amplitudeverdi ca. 5 V. Det svarer til en effektiv verdi på ca. 3.5 V. Blir gitterforspenningen av en eller annen grunn mindre enn normalt, kan ikke røret lenger tilføres så store signalspenninger som normalt, fordi gitteret da blir positivt i en del av den posi­ tive halvperiode. En sinusspenning får da form som vist i fig. 3.05.02. Den flate toppen er karak­ teristisk både for gitter- og anodeoverstyring.

Fig. 3.05.02. Forvrengning som skyldes overstyring av styregitter.

Viser trinnlokaliseringen at feilen må ligge i forbindelse med sluttrøret, prøves først med nytt rør. Hvis feilen fremdeles er til stede, kontrolleres koplingskondensatoren fra 1. LF-rørs anode til sluttrørets styregitter for lekkasje. Man måler da med rørvoltmeter om det er spenning over gitterlekken. En annen feilmulighet er kort­ slutning i katodeavkoplingskondensatoren. Loka­ liseres feilen til 1. LF-rør, prøves først med nytt rør. Er feilen fremdeles til stede, kontrolleres anode- og skjermgitterspenning. Lav anodespen­ ning på grunn av økning i anodemotstanden vil nettopp ha til følge at utstyringsmuligheten reduseres. b) Transistorapparat. Feilkildene er av samme type i transistor­ apparater som i rørapparater. Feilaktige like-

153

Fig. 3.05.03. Arbeidskarakteristikk for en transistor med signalspenning innlagt i tre forskjellige punkter. A er riktig arbeidspunkt, minimum forvrengning. B og C er feilaktige arbeidspunktet. stor forvrengning.

spenningsnivåer som følge av endring i motstandsverdier eller lekkasje i kondensatorer kan føre til at transistorene arbeider på feil punkt på arbeidskarakteristikken. Fig. 3.05.03 viser arbeidskarakteristikken for en transistor i tilfelle emitterkopling. Riktig arbeidspunkt er midt på den rettlinjede delen av karakteristikken. Hvis basis-emitterspenningen på grunn av en feil blir for lav, reduseres også basisstrømmen IB, og arbeidspunktet forskyves til B. Ved svake sig­ naler er forvrengningen moderat, men ved sterke signaler blir den ene halvperioden «klemt» sam­ men og apparatet forvrenger sterkt. Det samme vil skje om basis-emitterspennin­ gen blir for stor. Arbeidspunktet flyttes da til C. I dette tilfelle vil også forsterkningen bli redu­ sert. Disse feilene er lett å lokalisere med oscillo­ skop. Ved måling av likespenningene vil man i før­ ste tilfelle finne at kollektor-emitterspenningen er for høy. På grunn av den sterke redusering av kollektorstrømmen IK, vil spenningsfallet over kollektormotstand bli redusert. I det andre tilfelle vil kollektor-emitterspen­ ningen være for lav fordi kollektorstrømmen er for høy, og dette fører med seg større spennings­ fall over kollektormotstanden. Klasse B push-pull utgangstrinn er svært mye brukt både i transistorapparater for batteridrift og i forsterkere for store effekter, fordi

154

Frank L. Holm: Radioservice

hvilestrømmen er lav. Dette sparer batteriene og gir liten varmeutvikling. I denne koplingen får man med transistorer også så lav belastningsimpedans at høyttaleren kan koples direkte til transistorene uten utgangstrafo. Brukes komplementærtrinn med en NPN og en PNP transistor, kan også fasevenderen i drivtrinnet sløyfes. Komplementærkoplingen kan enten være ut­ ført som felles emitter, eller som felles kollektorkopling. Felles kollektorkopling kalles også emitterfølger. Felles kollektorkopling gir mindre effektforsterkning enn felles emitter, men den har høyere inngangsimpedans, og dette er en fordel, fordi impedanstilpasningen til drivtransistoren da blir lettere. Likespenningsmessig er transistorene i klasse B push-pull seriekoplet, mens de vekselstrømsmessig er parallellkoplet.

Fig. 3.05.05. Likespenningsforholdene i sluttrinnet for Kurér 1001. Normale forhold. Tabell 1 Målepunkt Normale Kortslutn. Kortslutn. forhold B-EiTll B-EiT12

N Ml M2 L’

L K

Fig. 3.05.04. Arbeidskarakteristikkene for klasse B komplementærtrinn.

Fordi arbeidspunktet er valgt ved nesten blokering, vil transistorene arbeide med hver sin halvperiode av drivspenningen. I Kurér 1001 er det brukt komplemetærtrinn med NPN og PNP transistorer i felles kollektorkopling. Fig. 3.05.04 viser hvordan NPN-transistoren Til for­ sterker den positive halvperiode av signalspen­ ningen, mens PNP-transistoren T12 blokeres. I den negative halvperioden er T12 åpen og for­ sterker, mens Til blir blokert. Det skulle da være innlysende at en feil i en av transistorene vil forstyrre både likestrømsbalansen og vekselstrømsbalansen. Fig. 3.05.5

4.5 4.6 4.35 5.05 4.35 0.6

V V V V V V

3.75 3.75 3.65 4.35 3.65 0.6

V V V V V V

6.9 7.05 6.85 7.35 6.85 0.6

V V V V V V

viser likespenningene i alle viktige punkter når det ikke er noen feil og slutt-trinnet er riktig justert. Likestrømsforholdene justeres ved hjelp av P5, slik at spenningen mellom kollektor-emitter blir like stor i begge transistorer. 4.5 V fra fellespunktet mellom emitterne til minus. Korrekt hvilestrøm i transistorene justeres med P6. 4.5— 5 mA kollektorstrøm. Oppstår det kortslutning mellom basis-emitter på Til, vil spenningsfor­ holdene bli som vist i tabell 1. Apparatet forvrenger sterkt, særlig ved høyt lydnivå. Tilføres grammofonuttaket en sinusspenning, vil oscillogrammet av utgangsspenningen, punkt N, bli som vist i fig. 3.05.06 for henholdsvis svakt og sterkt signal. Oscillogrammet viser tydelig at den ene halv­ perioden er kuttet. Ved å sammenholde oscillogram og likespenninger kan man trekke følgende slutninger: 1. Den ene transistoren må være blokert. 2. Da spenningen fra emitterne til minus er for lav, og det ikke er noen spennings­ forskjell mellom basis-emitter på Til, må det være denne transistoren som er blokert. Kortslutning mellom basis-emitter i T12 gir omtrent de samme symptomene som kortslut­ ning i Til. Apparatet blir imidlertid også betydelig svakere.

3. Feilsøking

155

Svakt signal

Sterkt signal

Fig. 3.05.06. Oscillogram av utgangsspenningen i Kurér 1001 ved kortslutning mellom basis-emitter i Til. Målepunkt N

Fig. 3.05.08. Snitt av høyttaler, (a) Støvdeksel. (b) Talespole. (c) Magnet, (d) Justeringsring. (e) Membran.

Svakt signal

Sterkt signal

Fig. 3.05.07. Oscillogram av utgangsspenningen i Kurér 1001 ved kortslutning mellom basis-emitter i T12. Målepunkt N

Med denne kortslutningen er T12 blokert. Spenningsfallet over denne transistoren må da bli større. Spenningen i N går opp til 6.9 V, se tabell 1. Fig. 3.05.07 viser oscillogram av utgangsspen­ ningen for henholdsvis svake og sterke signaler. Likespenningsforholdene finnes i tabell 1. I dette tilfelle indikerer oscillogram og likespenninger at T12 må være blokert. Forvrengningen er tydelig på svak styrke. Karakteristisk for de feilene vi hittil har dis­ kutert er at forvrengningen tiltar sterkt med økende lydstyrke, og at den tildels er lite merk­ bar ved lavt lydvolum. Det er en feil som gir seg til kjenne spesielt tydelig ved lavt lydvolum, og det er talespolesubb i høyttaleren.

156

Frank L. Holm: Radioservice

Talespolen i høyttaleren beveger seg i en smal ringformet luftspalte. Luftspalten må være så liten som praktisk mulig for at magnetfeltet skal bli kraftig.

Hvis ikke talespolen beveger seg helt fritt, får man en subbelyd som er tydeligst på svak lyd­ styrke og med tonekontrollen på mørk. Membransubb kan oppstå ved at talespolen kommer ut av stilling, blir skjev eller at det kommer rusk inn i luftgapet. «Busk» vil da som regel si metallspon som trekkes til av høyttalermagneten.

Nyere høyttalertyper har en meget solid og pålitelig justeringsanordning som også beskytter mot støv og rusk, se fig. 3.95.08. Justeringen er fast, og omjustering eller bytte av membran bor overlates til fabrikkene.

Apparatet forvrenger hare på sterke stasjoner, og uavhengig av volumkontrollens stilling Symptomet tyder på overstyring av HFrørene. Har apparatet noenlunde normal følsom­ het, er det mye som tyder på at AVC ikke virker som den skal. Dette kontrolleres best ved å stille apparatet på en sterk stasjon, eller et sterkt signal fra signalgenerator, og måle AVCspenningen på MF- og blandetrinnet med et rorvoltmeter. A 5 C-spenningen folges fra diodemotstanden og over filterleddene. Hvis den i et punkt mangler eller er sterkt redusert, er det meget sannsynlig at det er kortslutning eller lekkasje i avkoplingskondensatoren. Er det full kortslutning, vil som regel de aller sterkes­ te stasjonene bli fullstendig blokert ved helt riktig innstilling på stasjonen. På begge sider av riktig innstilling vil den høres med sterk for­ vrengning.

3.06. Sprakefeil Spraking og bråk i radioapparatene er en van­ lig foreteelse, og skyldes som oftest antenneforholdene. Spraking som kommer inn i apparatet på grunn av dårlig antenneanlegg, kan man bare bli kvitt ved å forbedre dette. Nå vil mange mene at støy de ikke har hørt før, skyldes feil i apparatet. Dette er det naturlig­ vis en mulighet for, men det kan like gjerne være en dårlig tilskrudd sikring eller en lyspære. I mange tilfelle varsler radioapparatet om at det er feil ved lysanlegget. For å kontrollere om det er apparatfeil, tas antennen ut. Forsvinner støyen, kan man i de fleste tilfelle gå ut fra at det ikke er feil i appa­ ratet. Fortsetter den derimot med noenlunde samme intensitet, er det høyst sannsynlig feil i apparatet. Støy eller spraking i apparatet kan arte seg forskjellig. Den kan være konstant og uavhengig av om det er stasjon eller ikke inne, opptre peri­ odisk eller når man kommer borti apparatet. Små rystelser som kan oppstå når man går over gulvet, kan i mange tilfelle sette spetaklet i gang. Det er med støy og sprakefeil som med uren gjengivelse, det tar noen tid før man greier å skjelne de forskjellige symptomene fra hverandre. Apparater med støy eller sprakefeil må behandles forsiktig, så ikke feilen forsvinner før man virke­ lig har funnet den.

Støy og sprakefeil vil nesten alltid forandre karakter eller styrke ved forsiktig banking på den defekte delen. Men man må ikke gå i gang med planløs banking. Bankingen, som utføres med en liten gummikølle, må for all del ikke være hardhendt. Da kan feilen forsvinne for en tid. Feilen lokaliseres først til å ligge før eller etter volumkontrollen ved at denne skrus helt ned. Forsvinner feilen med dette os ikke kommer igjen ved forsiktig banking i LF-delen, konsen­ treres feilsøkingen om HF-delen. Har man ikke gjort det for, må man først kontrollere om feilen finnes på alle bånd. Gjor den det, koples signalgeneratoren til antenne og jordkontakt for den videre feilsøkingen. Apparatet stilles på genera­ torens frekvens, som velges i det område støyen er sterkest, hvis det er noen forskjell. Moduleringen slås nå av, og signalspenningen reguleres til støyen trer tydeligst mulig fram. En spenning på ca. 100 pA er i de fleste tilfelle gunstig. Støy som er lavfrekvent, forsterkes normalt ikke i HFforsterkere, men vil modulere seg inn på bære­ bølgen fra signalgeneratoren og forsterkes sam­ men med denne, og dermed komme sterkere fram til høyttaleren. I rørapparater er rør og rørholdere de sva­ keste punktene. Man begynner hankeprøven med rørerene. Reagerer ett av dem sterkt, vil man som regel av støyen kunne slutte seg til om feilen ligger i selve røret eller i tilkoplinger.

3. Feilsøking

Når det gjelder rørfeil, har støyen tendens til å vare ved og ofte arbeide seg opp i styrke en stund etter at man har slått på røret.

Ved feil i rørholdere, tilkoplinger eller kompo­ nenter får man gjerne et kortvarig støytog for liver gang man banker. (Men husk for all del at det er ingen regel uten unntagelse, og at det under feilsøking av og til kan se ut som det er unn­ tagelsen som er regelen. Det er det som gjor det hele så spennende.) Når man ikke kommer nærmere feilen med bankeprøver, skifter man over til pirkepinne og rører forsiktig ved ledninger og komponenter. Av støyen vil man hore når man er i nærheten av feilen, og da gjelder det å være forsiktig så den ikke forsvinner. Idet man kommer bort i selve feilkilden, er en lett berøring som regel nok til å frambringe støy eller sprakelyd. I transistorapparater er det ofte sterk støy fra blandetransistoren. Dette er en feil som det er lett å overse. Man bør skaffe seg erfaring for hvor stor egenstøyen er i de forskjellige apparater ved å stille det inn mellom to stasjoner og så skru volumkontrollen til maksimum. Antenneinngangen bør kortsluttes under prø­ ven. Nyere apparater er alltid montert på krets­ kort. Brudd i kopperfolien kan forårsake sprakefeil. Feilen kan som regel provoseres fram ved å trykke forsiktig på komponentsiden. Kjølespray er også et meget godt hjelpemiddel. Kjølesprayen får metalldeler til å trekke seg sammen og avsløre om det finnes dårlige kontakter. Sprakefeil i selve transistorene forekommer ikke så ofte. En skalalampe kan ofte være en slem støykilde, enten fordi den er løs eller det er usikker kontakt inne i den. Glødetråden kan være avbrent, og så står trådene så vidt inntil hverandre og danner en varierende kontakt, med det resultat at det spraker noe aldeles forferdelig. Vedvarende sprake- og hveselyd i LF-forster­ keren lokaliseres ved å kortslutte de enkelte forsterkertrinnene etter tur med en kondensator på 1 |aF.

157

I motstander og kondensatorer kan det oppstå usikker kontakt, som gir seg til kjenne ved periodisk eller vedvarende knitrelyd. I konden­ satorer kan knitrelyden oppstå ved periodiske kortslutninger. Ved en slik feil i likeretterens elektrolyttkon­ densatorer vil knitringen ikke forsvinne helt, selv med kortslutning av sluttrørets anode. Mistenkelige kondensatorer eller motstander koples fra, og nye settes inn under prøvingen. Spraking som oppstår når man regulerer volumkontrollen, har i de fleste tilfelle sin årsak i slitt kontaktbane i potensiometeret. I appa­ rater der volumkontrollen står som gitterlekk, kan det bli skraping når det blir feil i roret så det går gitterstrom. (Dårlig vakuum og gittermisjon.) Sterk spraking ved dreining av bolgevenderen kan skyldes oksyderte kontakter eller svakt kontaktpress. Kontaktpresset justeres med fjær­ retter. Er sølvbelegget utslitt så man kan se inn på «bare messingen», må kontaktene skiftes ut. Det vil som regel lønne seg best å skifte hele venderen. Støy kan også oppstå når metall skraper mot metall. (Dette er årsaken til at man må bruke pinne av isolerstoff når man leter etter sprake­ feil og dårlige kontakter.) Alle metalldeler som er montert på chassiset, må derfor være ordentlig festet. På kortbølge kan man av og til hore skraping når man stiller inn på skalaen. Feilen skriver seg fra mekaniske drivanordninger eller dreiekondensatoren. Bevegelige deler renses godt med rensevæske og smøres med syrefri vaselin. Støy fra dreiekondensatoren kan også skyldes støvpartikler mellom kondensatorplatene. Er det mye støv i apparatet, gjøres det først rent med støvsuger og støvpensel. Deretter kan man prøve å blåse ut stø vp artiklene fra dreiekon­ densatoren med blåseluft fra støvsugeren. I gjenstridige tilfelle kan man brette sammen en papirstrimmel og føre den inn mellom platene. Utbrenning er en lettvint metode, men til det trengs en likespenning på ca. 500 V. Kondensa­ toren må loddes fri, og spenningen koples til loddekontakten for det faste platesettet over en mot­ stand på 10.000 Q. Kondensatoren dreies helt inn.

158

Frank L. Holm: Radioservice

3.07. Dårlig selektivitet, skalamisvisning Dårlig selektivitet merkes på at apparatet ikke lenger skiller stasjonene like godt som før. Samtidig vil det nesten alltid bli svakere, men det merkes ikke bestandig på grunn av AVC. Årsaken til dårlig selektivitet finnes i forbin­ delse med de avstemte kretsene. Er selektiviteten dårlig på alle bånd, er det naturlig å undersøke MF-forsterkeren først. Det kan være kretsene som er kommet ut av justering når apparatet er blitt flyttet, eller det kan ha oppstått feil i en avstemningskondensator eller spole. Les om dette under svak MF-forsterker. Rørfeil i form av gitteremisjon og «dårlig vakuum» fører til at gitterkretsen belastes og kretsens godhet (Q-verdi) reduseres, med dårlig selektivitet til følge. Rørene bør kontrolleres i rørprøver. I apparater med trolløye kan det forekomme overledning mellom trolløyets gitter og anode. Det kommer da positiv spenning inn i AVC, og apparatet blir både svakt og får dårlig selek­ tivitet. Feilen merkes på at trolløyet virker lite eller ingenting. (Konstant stor skyggesektor.) Når man lodder fra trolløyets gitterledning, skal apparatet virke normalt igjen. Skalamisvisning kan ha mange årsaker, men ved å legge nøye merke til hvordan den arter seg, kan man slutte seg til hva som er feil.

1. Skalamisvisningen er like stor i mm i begge ender av skalaen og på alle bånd. Viseren er feilaktig innstilt. Den kan ha løsnet.

2. Vi finner igjen alle stasjoner forskjøvet mot lavere frekvenser på ett bånd, med størst feil for de lave frekvenser. Mulige årsaker er nedsatt kapasitet i oscillatorens paddingkondensator, hvis feilen forekommer på mellom- og langbølge. Det kan også være oscillatorspolens induktivitet som er redu­ sert ved at trimmekjernen er kommet ut av stilling. I første tilfelle er det ikke mulig ved justering å få skalaen til å stemme. Båndet blir innsnevret fordi forholdet mellom maks. og min. kapasiteten i kretsen blir mindre. I siste tilfelle vil skalaen stemme ved juster­ ing av jernkjernen i spolen. 3. Alle stasjoner er forskjøvet mot høyere frekvenser. Mulige årsaker er kortslutning i paddingkondensatoren, hvis feilen fore­ kommer på mellom- og langbølge. Det kan også være oscillatorspolen som har for stor induktivitet. I det første tilfelle får man ikke skalaen til å stemme ved justering. Båndet blir i dette tilfelle sterkt utvidet, og ved forsøk på justering må trimmekondensatoren skrus på maks. kapasitet og spolen på min. induktivitet. (Trimmekjernen helt ut.) Skyldes feilen for stor induktivitet i oscillatorspolen, vil skalaen stemme ved omjustering. 4. Skalamisvisningen er størst i den høyfre­ kvente ende av båndet. Ofte ubetydelig feil i den lavfrekvente ende. Årsaken er at trimmekondensatoren i oscillatoren er ute av stilling. Rettes på ved omjustering.

3.08. Periodiske feil En feil sies å være periodisk når apparatet i lengre eller kortere tid oppfører seg unormalt, men er i full orden mellom disse periodene. Det kan være mange årsaker til at en feil opp­ trer periodisk, men i de aller fleste tilfelle skyldes den usikker kontakt eller kortslutning. At den opptrer periodisk, kan bero på oppvarmingen i rør eller motstander. Bestemte rystelser kan også være årsak til at feilen kommer fram. Det kan være litt av et tålmodighetsarbeid å finne en periodisk feil, eller vakkelfeil, som det også kalles. Feilen har nemlig ofte tendens til å forsvinne i det øyeblikk man kopler inn et måle­

instrument. Det er strømsjokket som oppstår i innkoplingsøyeblikket, som får feilen til å for­ svinne. Før man foretar seg noe, må man ha vurdert feilsymptomene nøye og gjort seg opp en mening om feilen. Blir et apparat f. eks. periodisk helt stumt, må man prøve å finne ut i hvilken enhet det er mest sannsynlig at feilen ligger. I apparater med trolløye vil man av reaksjonen hos dette kunne avgjøre om den ligger i likeretter, LF- eller HF-del. Når man har lokalisert feilen til en enhet, går man fram på vanlig måte i feil­ søkingen videre.

3. Trimming av ra diomottakere

Forsvinner feilen mens man leter etter den, settes apparatet til observasjon med måleinstru­ menter koplet inn i punkter der man kan få kontrollert kretser man har mistanke til. Har man f. eks. begrunnet mistanke om at feilen ligger i oscillatoren i et rørapparat, kopler man inn et [iA-meter som måler oscillasjonsstrømmen bele tiden mens apparatet står på. Forsvinner oscillasjonsstrømmen når feilen kommer igjen, har man fått bekreftet at feilen må være å finne i oscillatoren. Oscilloskopet er et meget godt observasjonsinstrument, fordi man kan se signalene i de for­ skjellige målepunktene. Det hender at feilen ikke kommer igjen, selv

159

etter langvarige observasjoner. I heldigste fall har den forsvunnet for godt, men en slik uopp­ klart vakkelfeil er et usikkerhetsmoment. Som regel vil den dukke opp igjen før eller siden, kanskje allerede med en gang eieren setter apparatet opp hjemme. Som siste utvei bør man da prøve å provosere feilen med f. eks. varmluft eller kjølespray. Det kan lønne seg å bruke et umodulert HFsignal som ved sprakefeil, mens man ved for­ siktig banking og pirking forsøker å få tram feilen igjen. Lykkes det ikke, bør eieren under­ rettes om at feilen ikke er funnet, men at den er forsvunnet, og at man ikke har noen sjanse til a lete den opp før den eventuelt viser seg igjen.

4. TRIMMING AV RADIOMOTTAKERE Skal en radiomottaker ha full yteevne, må alle HF-kretser være riktig justert. Justeringen utføres som et av de siste ledd i fabrikasjonen, og alle apparater blir nøye kontrollert for de pakkes. Trimmeorganene festes med litt smeltet voks e. 1., for å hindre at de kommer ut av stilling under transport. Etter en reparasjon eller når et apparat har vært transportert mye, kan det blir nødvendig med en etterjustering. Til dette trengs en målesender (serviceoscillator), et outputmeter og trimmeverktoy. Outputmeteret koples inn på høyttalerledningene eller til ekstrahøyttaleruttaket. Apparatets egen høyttaler koples ut under trimmingen. Vil man høre trimmetonen, kan en høyohmig hode­ telefon koples parallelt med outputmeteret. Har man ikke outputmeter, koples et volt­ meter over høyttaleren, som da naturligvis ikke må koples ut. Trimming bare på «øret» er vanske­ lig og kan ikke anbefales. BL a. er det vanskelig å trimme MF-kretsene så avstemmingskurven blir symmetrisk. Ved trimming skal volumkontrollen stå på maksimum, og signalstyrken må ikke være så stor at AVC virker regulerende på forsterk­ ningen. Trimmemuligheter og trimmepunkter varierer mye for de forskjellige apparattyper. Her kan vi bare komme inn på generelle regler. I de til­ felle man har eller det er mulig å skaffe trimmeforskrifter, må disse følges nøye. Trimmingen begynner alltid med justering av

mellomfrekvenskretsene. Deretter justeres oscil­ latoren til skalaen stemmer, og til slutt forkret­ sene til maksimum følsomhet. 4.01. MF-triniming MF-forsterkeren har som tidligere nevnt 4 avstemte kretser, der 2 og 2 er induktivt koplet til en avstemt transformator. Ved å forandre på den induktive koplingen (koplingsgraden) kan apparatets totale selektivitetskurve endres. Middels store og små apparater har gjerne en selektivitetskurve som vist i fig. 4.01.01. Denne kurven får man når den induktive koplingen er avpasset slik at man bare har ett tydelig maksi­ mum for hver MF-transformator. (Kritisk kop­ ling.) Apparatene har god selektivitet, men båndbredden er smal, dvs. de høye toner kom­ mer ikke særlig godt med. Ved å kople en av MF-transformatorene tettere (overkritisk kopling) kan man få større bånd­ bredde (bedre gjengivelse av høye toner) uten at det behøver å gå noe særlig ut over selektivi­ teten. Selektivitetskurven kan da bh som vist i fig. 4.01.02. Gjøres koplingen enda fastere, oppnår man stor båndbredde, fig. 4.01.03, men selektiviteten blir dårlig. Den store båndbredden er ønskelig for å få best mulig gjengivelse, men da selektiviteten blir dårlig, kan den bare brukes på meget sterke stasjoner. For å imøtekomme ønsket om best mulig gjengivelse utstyres enkelte apparater med variabel båndbredde. Båndbredden kan i disse apparatene innstilles etter ønske fra den

160

Fig. 4.01.01 Smal selektivitetskurve.

Frank L. Holm: Radioservice

Fig. 4.01.02 Selektivitetskurve for overkritisk koplet MFtrafo.

smale i fig. 4.01.01 til den bredeste i fig. 4.01.03. Trimming av apparater med smal båndbredde byr ikke på noe problem. Apparatet stilles på mellombølge, med skalaviseren omtrent midt på skalaen. Signalgeneratoren stilles nøyaktig på apparatets MF og koples til blanderørets styregitter gjennom en kondensator på 30.000— 50.000 pF. Trimmekjernene i de 4 kretsene justeres etter tur bakfra til outputmeteret viser maksimum. Generatoren forstemmes så 2—5 kHz til hver side for å kontrollere om selektivitetskurven er symmetrisk. Utslaget skal da falle like mye til begge sider. Er det noe usymmetri, gjentas trim­ mingen. Ofte kan det være nok å korrigere 2. eller 3. MF-krets. I apparater med overkritisk kopling har selek­ tivitetskurven en meget flat eller også to topper. De to toppene oppstår ved gjensidig påvirkning når begge kretsene i en MF-transformator er justert til resonans på MF. På grunn av denne gjensidige påvirkningen er det meget vanskelig å justere kretsene riktig. Selektivitetskurven har lett for å bli skjev. Den sikreste metoden er å forstemme eller dempe alle kretsene unntatt den som trimmes. Forstemmingen kan utføres med en kondensator på ca. 100 pF parallelt til kretsene, og dempingen med en motstand på 20—100 kQ i parallell. Trimmingen begynner med siste MF-krets De tre andre kretsene forstemmes eller dempes. Deretter trimmes 3. MF, mens de andre forstem­ mes eller dempes. På denne måten justeres alle kretsene. Metoden er omstendelig og tar lang tid. Med litt øvelse kan man bruke en noe enklere og raskere framgangsmåte. Alle kretsene forstemmes ved at trimmekjer­ nene skrus så langt ut som mulig uten at de ramler ut. Kretsene trimmes deretter i denne

Fig. 401.03 Selektivitetskurve for sterkt overkritisk koplet MF-trafo.

rekkefølgen: 4 - 3 - 1 og 2. I 1. MF-transformator trimmes altså primærkretsen før sekundærkretsen. Kretsene trimmes bare én gang, etterjustering er vanligvis ikke nødvendig. 4.02. Trimming av oscillatorkretsene Det er oscillatorkretsene som bestemmer hvor på skalaen stasjonene skal komme inn. Trim­ ming av oscillatoren vil altså si at man får skalaen til å stemme slik at stasjonene kommer inn på de stedene der de er avmerket. Før trimmingen begynner, må man forvisse seg om skalaviseren sitter riktig. Fabrikkene nytter forskjellige metoder for kontroll, men den mest vanlige er at viseren skal gå gjennom be­ stemte punkter ved høyre eller venstre anslag. Siden oscillatorkretsene er forskjellige for hvert bølgeområde, må de trimmes hver for seg. Trimmingen skjer ved justering av induktansen og kapasitansen (nullkapasitet) i kretsen. (I noen konstruksjoner bare kapasitansen, spolen er fast.) Det blir da to, eventuelt én trimmemulighet for hvert bånd. Trimmingen skjer på bestemte frekvenser på skalaen. Trimmefrekvensene kan ikke velges vilkårlig av hensyn til «likeløpet» mellom oscillator og forkrets. (I superkoplede apparater skal oscillatoren alltid være avstemt til en frekvens som er mellomfrekvensen høyere enn forkretsen.) Den nøyaktige verdi av trimmefrekvensene er avhengig av apparatenes konstruksjon, men det vil alltid være slik at induktiviteten justeres på en frekvens nederst i båndet (nesten inndreid kondensator) og kapasiteten på en frekvens øverst i båndet (nesten utdreid kondensator). Justering av spolen har like stor virkning overalt i båndet, men kapasitetsjusteringen har størst virkning på høye frekvenser, fordi totalkapasi­ teten i kretsen da er minst. Av den grunn er det

161

4. Trimming av radiomottakere

naturlig at kapasiteten justeres på høy frekvens, og det er også mest hensiktsmessig å avslutte med trimming av kondensatoren. I apparater som er konstruert med separate kretser for hvert bånd, slik som i prinsippskjemaet fig. 2.02.02.02, er det likegyldig hvilket bånd som trimmes forst. Det forekommer også konstruksjoner der kortbølgeområdets spoler og trimmekondensator er koplet i serie med mellombølgens når apparatet er innstilt på mellombølge, og både kort- og mellom­ bølge områdets spoler og kondensatorer i serie med langbølgens når det er innstilt på langbølge. I disse apparater har kortbølgeområdets trimmeorganer innflytelse på avstemmingen både i lang- og mellombølgeområdet, og både kort- og mellombolgeområdets trimmeorganer har inn­ flytelse på avstemmingen i langbølgeområdet. Trimmingen må derfor utføres i rekkefølgen kort-, mellom- og langbølgeområde. Sigualgeneratoren tilsluttes apparatets anten­ ne og jordkontakt gjennom normalantenne. Først stilles den inn på laveste trimmefrekvens i det båndet som skal justeres, og apparatets skalaviser stilles på riktig skalastrek. Jernkjernen justeres til signalet går igjennom med maksimum utslag på outputmeteret. Deretter stilles apparat og signalgenerator på høyeste trimmefrekvens, og trimmekondensatoren justeres til signalet går igjennom. Men da en forandring av trimmekondensator eller spole fører til at skalaen forstemmes i mot­ satt ende, må man gjenta trimmingen vekselvis på høy og lav trimmefrekvens til skalaen stem­ mer helt. Vanlige serviceoscillatorer har en skalanøyaktighet på 1 %. Med en trimmefrekvens på f. eks. 1300 kHz, som er vanlig øverst i mellombølge, vil man altså kunne få en feil på hele 13 kp/s. Det er da klart at det er umulig å få skalaen til å stemme helt nøyaktig hvis man trimmer blindt etter signalgeneratoren. For å få nøyaktig trim­ ming må den kalibreres omhyggelig ved de mest vanlige trimmefrekvensene. Det kan gjøres ved å sammenligne med kjente radiostasjoner. Ved justering på kortbolge må man passe på at man ikke trimmer på speilfrekvens. Med speilfrekvens menes at samme stasjon kan høres to steder på skalaen. Årsaken til dette er at for­ andringen av signalfrekvens til mellomfrekvens ikke er entydig. Man får dannet mellomfrekvens når oscillatorfrekvensen er høyere enn signalfrekvensen: fo 4- f8 = fM 11 - Teknikk II

og når signalfrekvensen er høyere enn oscillator­ frekvensen : fs 4" f’o =-- fM Ved å summere de to ligningene får vi: f0 4- f, = fM f9 4- f’o = fM fo 4- f’o 4- fs + fs = 2fM f0 f’o = 2 fM Resultatet av summeringen viser at avstanden (forskjellen) mellom de to oscillatorfrekvenser som gir mottagning, er lik 2 ganger mellom­ frekvensen. På lang- og mellombølge får vi ikke noen vanskelighet med speilfrekvensen, fordi den ligger langt vekk fra den riktige. På kortbølge derimot ligger de to innstillingsmulighetene relativt nær hverandre. I et apparat med mel­ lomfrekvens 450 kHz vil avstanden være 2 . 450 = 900 kHz eller 0,9 MHz. En senderstasjon med frekvens 15 Mp/s vil da kunne høres både ved innstilling på 15 MHz og 15 0,9 = 14,1 MHz. Riktig innstilling er vanligvis når oscillator­ frekvensen er høyest. Speilfrekvensen vil alltid ligge på en lavere frekvens. Men da det for kortbølsens vedkommende forekommer at oscillatorfrekvensen er lavere enn signalfrekvensen, må man for sikkerhets skyld se etter i trimmeforskriftene før man begynner trimmingen. 4.03. Trimming av forkretser Forkretsene trimmes vanligvis på de samme frekvensene som oscillatoren. Det trimmes vek­ selvis på spole og kondensator til man har maksimum følsomhet. Ved justering av spolen skal man ha maksimum med to forskjellige stillinger av jernkjernen. I apparater med induktiv antennetilkopling, der antenne og avstemningsspole står på samme spoleror som i fig. 4.03.01 er det ikke likegyldig hvilken stilling jernkjernen har. Koplingsgraden mellom spolene er størst når den står mellom

Avstemningsspole

Fig. 4.03.01. Antenne og forkrets med jernkjerne.

162

Frank L. Holm: Radioservice

trekloss, slik at rørendene ikke berører hverandre, fig. 4.03.02. Signalgeneratoren koples til målerammen gjen­ nom en motstand på ca. 3000. Avstanden mel­ lom måleramme og apparat kan være fra 10 til 60 cm. For liten avstand vil føre til at avstem­ ningen forandrer seg når målerammen fjernes. Det skyldes den gjensidige induktansen mellom måleramme og rammeantenne. Trimmingen foregår ellers på samme måte som for apparater med vanlig antennetilkopling.

spolene, stilling 1 i fig. 4.03.01. Oftest er dette den riktige stillingen, og følsomheten vil bli langt under normal hvis jernkjernen justeres i stilling 2. Forkrets med ramme eller ferritstavantenne I apparater med ramme eller ferritstavantenne (reiseradioer) er denne en del av spolen i den av­ stemte forkretsen. Ved trimming av denne nyttes helst en måleramme for kopling mellom signalge­ nerator og apparat. Målerammen kan lages av et * ’ aluminiumsrør som bøyes til en ring med dia­ 5/8 meter 30 cm. Inni røret legges 3 tørn med isolert kobbertråd. Aluminiumsringen skrus fast til en

4.04. Trimming av MF-bølgefelle MF-bølgefelle sitter i antennekretsen, L7—Cx i fig. 2.02.02.02. Den skal hindre at signaler med samme frekvens som mellomfrekvensen i appa­ ratet slipper inn i apparatet. Ved justering stilles apparatet på laveste frekvens i mellombølgeområdet. Signalgenera­ toren stilles på mellomfrekvensen og koples til antenne og jordkontakt gjennom normalantenne. Bølgefellen justeres til minimum utslag på out­ putmeteret. For å få tydelig markering av minimum må signalstyrken økes etter hvert som man nærmer seg riktig avstemning. Når trimmingen er fullført, forsegles alle trimmeorganer med litt voks, som smeltes ned på dem med loddebolten. Det hender at en jernkjerne er så løs at den ikke har noen sikker stilling. Bare det at man tar vekk trimmenøkkelen kan være nok til at den forandrer stilling. Jernkjernen skrus da helt ut, og en tynn garntråd legges inn i skrugjengene. Når kjernen nå skrus inn igjen, vil den sitte støtt.

5. BEHANDLING AV APPARATER MED FEIL Apparater som mottas til reparasjon, må be­ handles forsiktig. Det må ikke oppstå riper eller merker på kassen. Bruk en filtplate eller to firkantede stokker trukket med filt som underlag når apparatet må stilles på kant. Før man går i gang med noe annet, prøves apparatet, bl. a. for

å kontrollere kundens opplysninger om feilen. Har rystelser eller forandring av stilling inn­ flytelse på feilsymptomene, må man arbeide forsiktig for ikke å «rote bort feilen». Utbedring av mekaniske defekter og rengjøring må vente til feilen er lokalisert.

6. RENGJØRING OG MEKANISK SERVICE Mottagere som har vært i bruk i lengre tid, er som regel meget støvete innvendig. Av hygi­ eniske grunner bør man, når det er mulig av

hensyn til feilen, gjøre rent apparatet med sam­ tidig bruk av støvsuger og børste, før man be­ gynner med feilsøkingen. Børsten brukes til å

Rengjøring og mekanisk service

løse opp støvet, fordi man ikke kan komme til med støvsugeren overalt, selv om man bruker smalt munnstykke.

Skala og o eventuelt o dekkglass renses for støv og fingermerker. Skalaen må da tas ut. Man vasker med lunkent vann og klut og blankpusser med pusseskinn. Trolløyet, der dette finnes, pusses også. Enkelte skalatyper i eldre apparater tåler ikke vann. Vannet løser opp navnene. Man kan som regel se det ved å holde trykksiden (baksiden av skalaen) på skrå opp mot lyset. Er trykken matt, tåler den som regel ikke vann. Bruk aldri rense- eller polermidler på skalaen.

Kassen renses for støv og skitt med en god møbelpolisb. Området rundt betjeningsknappene er særlig utsatt og må renses omhyggelig. Knap­ pene skrus av og renses. Bruk en stiv borste, såpe og lunkent vann. Vær særlig oppmerksom på riflekanter. Gni så over med en klut og litt

163

møbelpolisb. Gni til slutt knappene helt tørre med en ren klut. Bevegelige deler renses og smores. Rotoren i avstemningskondensatoren har forbindelse over kontaktfjærer. Disse renses for støv og smøres med vaselin. Kulelager i kondensatorer og eventuelt finstillingsdrev skal ikke smøres. Kidene i bølgevenderens klikkhus settes godt inn med vaselin. Venderkontaktene behøver normalt ikke smøring hvis de ikke har fått et svart belegg som gir dårlig kontakt. Kontaktene renses da med rensevæske og gis et meget tynt lag med vaselin. Bruk en myk pensel. For mye vaselin vil føre til at det samler seg støv på venderkontaktene. Skalatrekk ettersees, det skal gå lett, uten dødgang og sluring. Prøv om viseren går like lett over hele skalaen. Det hender ofte at den ikke går i den ene enden av skalaen. Skalasnoren må da strammes. Er skalasnoren slitt, må den skiftes ut. Bruk bare spesiell skalasnor, som ikke strekker seg eller påvirkes av fuktighet.

7. UTBEDRING AV FEIL Når en feil er funnet, kan reparasjonen ofte være rent bagatellmessig. Men selv hvor enkelt arbeidet er, skal det utføres samvittighetsfullt, og man skal i størst mulig utstrekning bruke originaldeler. Et nytt rør som settes inn, skal trykkes godt ned i holderen, så det ikke spretter ut igjen. Skalalamper skal skrus godt til, i reise­ radioer bør de limes fast til holderen med litt metallfix eller lignende lim. Defekte komponenter på kretskort fjernes helt. Loddingene løsnes ved hjelp av loddebolt og tinnsuger, fig. 7.00.01. Nye komponenter må ha samme data som de opprinnelige. Motstander må ikke bare ha samme resistansverdi, men også

tåle samme belastningen. En 2 watts motstand må erstattes med en som tåler 2 watt eller mer. For kondensatorer må man passe på at de har tilstrekkelig arbeidsspenning. De nye komponentene må også ha samme ledningslengder som originalene. Brudd i printplater repareres ved å lodde et stykke fortinnet koplingstråd over brudd­ stedet. Ved lodding på printplater må det arbeides raskt, fordi kopperfolien kan løsne fra under­ laget hvis temperaturen blir for høy i lengre tid. Potensiometere som skraper, lønner det seg ikke å reparere. Det tar så lang tid at det blir billigere å sette inn nytt. Ved utskifting av potensiometer med nettbryter, som ikke er original, må man passe på at nettbryteren er godkjent av materiellkontrollen. Ved reparasjoner som krever større utloddin­ ger, som bytte av rørholder og nettransformator, lønner det seg å lage en skisse av koplingene og om nødvendig merke ledninger som har samme farge. Har man under reparasjonen vært nødt til å ta av spolebokser, eller løsne deler som er skrudd fast, må man sørge for at delen blir skrudd godt fast igjen. Er det brukt sprengskiver, må de på plass igjen.

164

Frank L. Holm: TV-service

8. SLUTTKONTROLL Etter at apparatet er reparert og montert i kassen igjen, skal man alltid kontrollere følgende før man leverer det fra seg:

1. At knappene sitter riktig, slik at merker stemmer med anvisninger på apparatet. 2. At knappene går klar av kabinettet (ca. 2 mm), og er ordentlig skrudd fast.

3. At viseren sitter korrekt og ikke subber innpå skala eller bakgrunnsplate noe sted. 4. At skalaen stemmer. 5. At bakvegg og bunnplate er skrudd ordent­ lig på plass. Manglende skruer erstattes. 6. At apparatet virker på alle bånd. Til slutt pusser man over med møbelpuss, og passer på at man ikke etterlater fingermerker.

9. TV-SERVICE 9.01. Innledning Prinsipielt er det ingen forskjell på radio- og TV-service. I begge tilfelle gjelder det å utnytte de feilsymptomer apparatet viser til å avgrense feilområdet, og så ved hjelp av målinger eksakt finne ut hva som forårsaker feilen. Et TV-apparat er mye mer komplisert enn et radioapparat, men til gjengjeld har man både

bilde og lyd som viktige hjelpemidler til å bedømme feilen. De fleste feil som forekommer i et TV-apparat påvirker på en eller annen måte bildet. Bildets utseende blir derfor det viktigste hjelpemiddel til å bedømme hva som kan være feil.

9.02. Instrumenter og hjelpeapparater for TV-service I tillegg til de instrumenter som brukes til radio-service, er det nødvendig med følgende spesialinstrumenter: 1. Mønstergenerator. 2. Høyspenningsvoltmeter 30 000 V), eventuelt høyspenningsmåleprobe til universalinstrumentet. 3. Billedrørprøver. Et TV-servicespeil er et uunnværlig hjelpe­ middel.

1. Mønstergenerator. For å kunne drive service på et TV-apparat, er det nødvendig med et komplett TV-signal inn på apparatet. For å kunne lokalisere en feil, er det ikke så viktig hva billedsignalet inneholder, men skal det foretas justering av billedstørrelse og billedgeometri, er det nødvendig med et prøvebilde. Da Televerket eller NRK ikke alltid sender ut prøvebilde, er det nødvendig med en møn­ stergenerator. Mønstergeneratorer for servicebruk er vanligvis innrettet slik at man kan velge forskjellige enkle mønstre. Fig. 9.02.01 viser en fargemønstergenerator som også er velegnet for svart/hvitt-apparater.

Fig. 9.02.01. Fargemønstergenerator.

Det er nå ingen grunn til å utstyre et verksted med en ren svart/hvitt mønstergenerator, fordi man i så fall må anskaffe en fargegenerator når service på farge-TV-apparater melder seg for fullt i nærmeste framtid. Denne mønstergeneratoren leverer flere møn­ stre for kontroll av billedgeometri, og en gråskala for kontroll av kontrast og lys. På gittermønsteret kan en elektronisk sirkel blendes inn. Dette er meget nyttig for justeringen av billed-

165

TV-service

En erfaren TV-reparatør vil i de fleste til­ felle av bildet kunne avgjøre om høyspenningen er tilstrekkelig høy. Det er likevel en stor fordel å kunne måle spenningen. Til dette er det enklest å bruke et eget høyspenningsvoltmeter som vist i fig. 9.02.03, men en høyspenningsprobe til universalinstrumentet gjør samme nytten. Høyspenningsproben skal brukes på et bestemt måleområde, vanligvis 300 V.

Fig. 9.02.02. Gittermønster.

3. Billedrørprøver. I praksis kan det ofte være vanskelig å avgjøre bare på grunnlag av billedgjengivelse om et billedrør er svakt eller har andre defekter. Billedrøret er TV-mottakerens dyreste enkelt­ komponent, og det er også mye arbeid forbundet med en utskifting. Det er derfor en absolutt betingelse at man er sikker på at et rør er defekt før det byttes.

geometri, fordi øyet meget lett oppdager feil på sirkelen. Gittermønsteret kan også brukes til å justere billedhøyde og billedbredde. Det har 12 hori­ sontale og 16 vertikale linjer i like stor avstand. Dette gir et sideforhold på 3:4, som er senderstandard. De billedrør som er i bruk nå har imidlertid sideforhold 4:5. Ved riktig justering av høyde-bredde skal gittermønsteret vises slik som vist på fig. 9.02.02. Generatoren dekker kanalene 5—12 i X HFbånd III ou kanalene 21—60 i UHF-bånd IV og V. Max utgangsspenning er 5 mV over 60 Q. 2. Høyspenningsvoltmeter eller høyspenningsmåleprohe til universalinstrument.

Fig. 9.02.03. Høyspenningsvoltmeter.

9.02.04. Billedrørprøver.

Med en billedrørprøver får man full over­ sikt over rørets tilstand. Med rørprøveren i fig. 9.02.04 kan det gjøres følgende målinger: * Kontroll av kortslutning mellom katodeglødetråd, og katode-gitter 1. * Kontroll av katode-emisjonskarakteristikken. * Bortbrenning av kortslutningslekkasjer mel­ lom elektrodene i elektronkanonen. * Aktivering av katode med for liten emisjon. * Fornyelse av katoden i rør som er funnet «døde». * Levetidsprøve. * Separat kontroll av de tre kanonene og sammenligningsprøve av de tre katodene i et fargef jernsynsbilledrør.

166

Frank L. Holm: TV-service

10. TELEVERKETS OG MIK S TESTBILDER

10.00.01. Televerkets prøvebilde.

Televerkets og NRK s testb ilder gir langt flere informasjoner enn en vanlig mønstergenerator gir. Disse testbildene inneholder informasjoner både for svart/hvitt og fargemottakere. Fig. 10.00.01 viser Televerkets testbilde. For svart/nvitt-mottakere gir det følgende informa­ sjoner: 1: Billedrammen er markert med svarte og hvite rektangler. Rammen er en del av det totale bilde og skal være synlig på topp og bunn

av bildet, men på høyre og venstre side skal bare det grå feltet innenfor billedrammen være synlig, fordi billedrørenes sideforhold er 4:5, mens sideforholdet fra senderen er 3:4. Fig. 10.00.02 viser hvor mye som blir avmasket. 2. Gittermønsteret, som dannes av horisontale og vertikale hvite striper på grå bunn, deler bildet opp i små like store kvadrater. Gittermønsteret brukes til linearitetskontroll, idet man kan kontrollere avstanden mellom stripene, og om de er rette. 3. Sirkelen ligger symmetrisk midt i bildet og dekker i høyde og bredde 12 små ruter i gittermønsteret. Øyets evne til å oppfatte feil i sirkelens rundhet er meget stor. Den er derfor et meget nyttig hjelpemiddel til å bedømme bildets linearitet. Billedbredden stilles lettest ved å justere sirkelen helt rund. Om nødvendig, mål diameteren vertikalt og horisontalt. 4. Svart rektangel på hvit bakgrunn i øverste del av sirkelen er for kontroll av pulsspenninger med lav frekvens. Er lavfrekvensgjengivelsen utilfredsstillende med fasefeil, vil det svarte feltet etterfølges av en grå skygge på høyre side. Dette kalles etterslep. 5. Svart stolpe på hvit bakgrunn. Dette er en såkalt nålepuls med varighet 230-10-9s. Dette svarer til en videofrekvens på 4.35 MHz, altså øverst i videobåndet. Denne pulsen vil avsløre om det er reflek­ sjoner i det mottatte signalet. Etterfølges den svarte stolpen av en eller flere ikke helt svarte stolper, skyldes dette reflekser i signalet. 6. Svart/hvitt-felter med firkantpulsfrekvens 250 kHz er for kontroll av firkantkurvegjengivelsen. Det må ikke vises striper i svart/hvitt eller hvitt/svart-o ver gangene. (Overshot). 7. Svart horisontalt bånd i sirkelens sen­ trum. Båndet er vertikalt delt i felter av gitter­ mønsteret. Det er også delt horisontalt og verti­ kalt av hvite linjer, som markerer sirkelensog bildets sentrum. I dette feltet er det mulighet for å kontrollere mellomlinjeringen i bildet. Hvis mellomlinjeringen er god, skal de hvite linjene innenfor og utenfor sirkelen være like tykke. 8. Blokker med svarte og hvite striper. (Multiburst). Det er fem blokker som inneholder vertikale striper med videofrekvens 0.8—1.8—

Televerkets og NRK’s testbilder

2.8— 3.8 og 4.8 MHz. Videofrekvensene er sinus­ formet, og stripene skal gå fra svart til 75 % hvitt. Fordi signalene er sinusformet, får man ikke skarpe svart/hvitt-overganger. Blokkene brukes til kontroll av horisontal oppløsning og båndbredde. Er båndbredden for liten, gjengis ikke stripene i det høyre feltet, (4.8 Mhz).

9. Gråtrapp. Gråtrappen består av seks rek­ tangler med videoamplityde 0 %—20 °/o—40 %

167

—60 °/

Forskjellen mellom nyttbar og tilført effekt er tapene: AP

P2 71 “ Pi

• Eksempel: V annet i en varmtvannsbeholder på 120 1 blir varmet opp elektrisk i løpet av 8 timer om nat­ ten. Om aftenen er temperaturen 30 ° C, om morgenen skal det være varmet opp til 85 0 C. Man regner at man får ut­ nyttet 90 % av den tilførte elek­ m-120 kg =85OC triske energien. Hvor mange kW må varmeelementet være på ? (Fig. 1.51) AVA Når man skal løse oppgaver av denne typen, gjør man det sikrest ved å sette opp en ligning med de to energiformer på hver sin side av Fig. 1.51. likhetstegnet. Disse skal jo være like V armtvanns- store, men de må sammenlignes med beholder. den samme måleenheten, enten kWh eller kcal, Nyttbar energi er varmeenergien i beholderen W2 = c m Aff = 1,0 • 120 • (85 A 30) kcal Den elektriske energien som blir tilført varmt­ vannsbeholderen: Wx = Ph = P-8 kWh. Men bare 90 % av denne energien går over til varme­ energi i vannet. Resten går tapt. W2 = P • 8 • 0,9 kWh. Gjort om til kcal blir dette: P • 8 • 0,9 • 860 (kcal). Vi kan da sette opp ligningen: 1,0 • 120 • (85 A 30) = P • 8 • 0,9 • 860 som gir

(1.69)

Man snakker om døgnvirkningsgraden, månedseller årsvirkningsgraden. Disse er energivirkningsgrader over de tilsvarende tidsrom.

• Eksempel: En pumpe blir drevet av en elektrisk motor over en tannhjulsdrift. Den pumper 16 m3 *vann s i minuttet fra et lavereliggende vann til et maga­ sin. Høydedifferensen er 12 m. Virkningsgradene er: for pumpen t)3 = 70 %, for tannhjulsdriften tj2 = 92 %, og for motoren = 86 %. Hvor stor effekt blir tilført motoren, og hvor stor blir den totale virkningsgraden for maskineriet? Effekten som ytes ved å løfte 16 m3 vann 12 m hvert minutt, blir

P = 16000.12 = 192000

min

oO

s

= 3200 — s

1 kW = 102

s

P — 31,4 kW må pumpen yte. Den tilføres da fra tannhjulsdriften P3 = P/t)3 = 31,4/0,7 = 44,8 kW. Tannhjulet tilføres fra motoren P2 — P3/t)2 = 44,8/0,92 = 48,7 kW. Motoren blir til­ ført fra nettet Px = P2/iQi — 48,7/0,86 — 56,7 kW. Den totale virkningsgraden blir:

1.4. Magnetisme og induksjon

= F. =

Kortslutningsstrømmen:

= °’554-

Vi kan utlede følgende: P2 _ p3 _ P — Pi 7)2 po A p8 P2 P3 P _ P _ . ' ^2 * ^3 — pi " pa p3 px /)tot

225

Ilk _ — 0,70 230 — ”H R ~ ~ 329 AA n (k"‘O)

Når det i en prosess inngår maskiner som virker i trinn etter hverandre, blir den totale virknings­ graden lik produktet av de enkelte maskiners virkningsgrad. • Eksempel: En kabel med tverrsnitt 2 x 50 mm2 Cu (toleder kobberkabel) er 1000 m lang. Spenningen ved tilførselsenden er 230 V. Det inntreffer en kort­ slutning ved forbrukerenden. Et relé kopler kabelen vekk fra tilførselen etter 3 sekunder. I denne tiden forutsetter man at det ikke er noen varmeavledning fra kabelen. Hvor stor blir tem­ peraturstigningen i kabelen ? Kobberets spesifikke vekt er 8,9, og den spesifikke varmen er 0,094. Kabelens motstand: R = p 21 = 0,0175 2 ^000 = 0,70 O x*. *4 V

På dette grunnlaget setter man opp en ligning der man på venstre side av likhetstegnet har den elektriske energien som tilføres kabelen ved kort­ slutningen: W = Ik2Rt = 3292-0,70-3 Ws. På den andre siden bestemmer man varmeener­ gien som utvikles i kabelen ved kortslutningen når temperaturstigningen er Ah °C. Legg merke til at dimensjonene for kabelen (tverrsnitt og lengde) er regnet om til dm. Var­ mekapasiteten for kobber: c — 0,094 cm Ah — 0,094 (8,9-0,005-10000-2) Ah Dette gir varmeenergien i kcal. 1 Ws = 0,24 cal = 0,00024 kcal. Av dette følger at 1 kcal = 4186 Ws. 3292 • 0,70.3=0,094 • 8,9 • 0,005 • 10000 • 2 • Ah -4186 Ah = 0,65 ° C Var kortslutningen inntruffet i en avstand av bare 50 m fra tilførselsenden, ville kortslutnings­ strømmen blitt 6580 A. Dette ville ha medført en temperaturstigning i kobberet Ah = 260° C. En så stor temperaturstigning har betydelig innflytelse på kobberets spesifikke motstand p, og man må ta hensyn til dette ved beregningen.

1.4. MAGNETISME OG INDUKSJON 1.4.1. Statisk magnetisme Det er en kjent sak at visse ertser har den egenskapen at de trekker til seg lettere gjenstan­ der av jern. Man sier at de er magnetiske. De kan også gjøre andre materialer som inneholder jern, magnetiske. En stålstav som er gjort mag­ netisk og som blir fritt opphengt, vil alltid stille seg inn i retning nord-syd. Den enden av staven som peker mot nord, kaller vi magnetens nord­ pol (N), den andre er magnetens sydpol (S). Har vi to slike magnetstaver og nærmer den ene stavens S-pol til N-polen på den andre staven, merker vi at polene tiltrekker hverandre. To S-poler eller to N-poler vil frastøte hverandre. Med andre ord: Like poler frastøter hverandre, ulike poler tiltrekker hverandre. Coulombs lov Hvis man legger en stålmagnet i en haug jernfilspon og så fjerner den igjen, vil jernfilsponen henge seg ved magneten — særlig i endene. De magnetiske polene konsentrerer sin styrke mot endene av staven. Alle magneter er ikke like

sterke. Coulomb eksperimenterte med staver som var slik formet at polene var mest mulig kon-

Fig. 1.5 2. Coulombs lov for magnetisme.

sentrert i punkter. Han fant en lovmessighet, som er uttrykt i Coulombs lov (fig. 1.52): F = 1 —2 (1.71) p

I2

Med utgangspunkt i denne loven bestemte man enheten for polstyrke. 1 vakuum (luft) blir p. — p.o = 4n • IO'7 henry/meter (H/m). Om man legger endene av to stavmagneter tett mot hverandre, S-pol mot N-pol, opptrer de som en magnetstav som bare har poler i de to frie endene. Deler man en magnet gjentatte gan­

226

Karl Walderhaug : Sterkstrømteknikk — 1. Elektrisitetslæren

ger, vil hver del opptre som en selvstendig mag­ net. Allerede tidlig gikk en teori ut på at enhver magnet var bygd opp av elementærmagneter, slik som skjematisk er vist i fig. 1.53. Normalt

ligger disse elementærmagnetene uordnet, og deres resulterende virkning utad blir ubetydelig. Blir de derimot påvirket av ytre magnetiske krefter, vil de stille seg mer eller mindre inn i en bestemt retning, og de understøtter hverandres virkning utad. Elektronteorien gir en forklaring på disse forholdene. Man skulle etter dette tro at alle stoffer kan gjøres magnetiske, men i virkeligheten gjelder det de aller færreste. Man klassifiserer stoffene i diamagnetiske og paramagnetiske. De diamagnetiske stoffene blir frastøtt av magnetiske poler, og viser redusert magnetisme i magnetiske felter. De paramagnetiske stoffene derimot blir tiltrukket av magnetiske poler og viser forsterket magnetisme i felter. Men virkningene er svært små og merkes normalt ikke. De virkelig mag­ netiske stoffene kalles ferromagnetiske (ferro= jern), det er stoffer med jern, nikkel, kobolt og en rekke legeringer av disse stoffene. Magnetisk influens Har man en umagnetisk stav av bløtt jern, og man fører en magnetisk stålstav inntil denne, vil man se at jernstaven er blitt magnetisk. Fjerner man magneten igjen, forsvinner magnetismen i jernstaven. Man sier at jernstaven er blitt mag­ netisert ved influens. Fenomenet har likhets­ punkter med det vi kalte elektrostatisk influens. Det som skjer, er at under påvirkning av de magnetiske kreftene fra stålstaven, retter ele­ mentærmagnetene i jernstaven seg inn i en be­ stemt retning, og jernet er blitt magnetisk. Men når påvirkningen fjernes, faller elementærmag­ netene tilbake mot sine opprinnelige leier. Be­ handler man en stålstav på samme måten, opp­ dager man at for det første skal det større magnetiserende krefter til for å få denne like sterkt

magnetisk som jernstaven var. Og når man fjer­ ner den ytre påvirkningen, vil stålstaven ennå være ganske sterkt magnetisk. Den har beholdt en viss remanent (tilbakeblivende) magnetisme. Dette forklarer man med at elementærmagnetene i stålstaven er vanskeligere å få rettet inn, men når de først er kommet i sine stillinger, faller de ikke så lett tilbake til utgangsstillingen. Stålmaterialer som har særlig evne til å holde på magnetismen, kaller vi permanente magneter. Magnetisk felt. Kraftlinjer og induksjonslinjer Hvis man plaserer en stavmagnet under en pappplate der det er plasert jernfilspon, og man ryster platen lett, vil jernfilsponet danne bestemte teg­ ninger, slik som antydet i fig. 1.54. Plaserer man en kompassnål i nærheten av en magnet, vil denne stille seg inn i retninger som faller sammen med linjene i figuren. Vi sier at det i rommet i nærheten av en magnet er et magnetisk felt, og man anskueliggjør dette feltet med kraftlinjer. Tangenten i et punkt i en kraftlinje gir retningen av denne kraften som en magnetisk N-pol ville bli påvirket av om den var plasert i punktet. Tettheten mellom kraftlinjene gir uttrykk for størrelsen av denne kraften. Er polen en enhetspol —- en pol med magnetisk polstyrke 1 — gir denne kraften størrelsen av feltstyrken H i punktet. Kraften F, og dermed feltstyrken H,

Fig. 1.54. Det magnetiske feltet om en stavmagnet.

kan bestemmes både i størrelse og retning, som vist i fig. 1.54. Ved hjelp av Coulombs lov bestem­ mer vi først feltstyrken Hx som angir kraftvirkningen mellom en enhetspol i punktet P og polen N. På samme måten er H2 kraftvirkningen mel­ lom enhetspolen og polen S. Den resulterende feltstyrken H får vi ved vektoriell summasjon. Slik som retningen på de magnetiske kraftlinjene er

1.4. Magnetisme og induksjon

definert, vil disse alltid gå utfra en N-pol og inn til en S-pol. Den kraften som en magnetpol blir påvirket av, vil være avhengig av det mediet den befinner seg i. Det gir seg til kjenne ved at konstant ei p, i formel (1.71) er en materialkonstant, og er for­ skjellig for ulike materialer. Vi skal senere høre at den også er variabel for ett og samme materiale. Resultatet av dette er at når feltet går i ulike materialer, vil feltstyrken H forandre seg i over­ gangen mellom materialene. Med andre ord: Tett­ heten av kraftlinjer endrer seg. Man har derfor funnet det mer praktisk å framstille magnetiske felter ved hjelp av induksionslinjer. Disse går

227

fra nordpol til sydpol og fortsetter gjennom mag­ neten tilbake til nordpolen, slik at de alltid vil være sluttede linjer. Utgangspunktet for framstillingen av mag­ netiske felter med induksjonslinjer er at magnet­ iske poler er sete for en magnetisk fluks . Den magnetiske fluksen oppstår som en følge av den magnetiske kraften, og polstyrken er derfor av­ gjørende for hvor stor fluksen er. Skjematisk framstilles fluksen ved induksjonslinjer. Deres retning er den samme som feltstyrkens retning. Tettheten mellom induksjonslinjene viser fluk­ sens intensitet, og blir kalt induksjon.

1.4.2. Elektromagnetisme Lar man en strøm gå gjennom en rett leder og bruker jernfilspon på en papp-plate, eller prøver man med en lett magnetnål, finner man at de magnetiske feltlinjene danner sirk­ ler om lederen, se fig. 1.55. Feltstyrken viser seg å være størst inne ved lederen, så her blir det størst tetthet mellom feltlinjene. Vi har definert retningen av feltlinjene som den ret­ ningen en N-pol vil bevege seg når den er plassert i feltet. N-polen på en magnetnål vil altså peke i feltlinjens retning. Ellers be­ stemmer man retningen lettest ved hjelp av korketrekkerregelen: Retningen av de magnetiske kraftlinjer om en strømførende leder vil være den samme som den retningen man skrur en høyregjenget korketrekker når denne drives i strømmens retning.

Fig. 1.55. Magnetisk felt om en strømførende leder.

Den magnetiske feltstyrken dH (A/m) i et punkt P som ligger i avstanden p (m) fra et rettlinjet lederelement med lengden dl (m), og som fører strømmer I (A), kan beregnes av Biot-Savarts lov (fig. 1.56): , TT 1 I dl sina dll = ---------- „— 4Q2

Vi bruker denne loven når vi skal bestemme den mag­ netiske feltstyrken som skri­ ver seg fra strømmene i le­ dere av vilkårlig form. I alminnelighet vil man få resultatene ved hjelp av forholdsvis enkle integra­ sjoner. Skal man bestemme felt- pig.1,56. Feltstyrken i et styrken H i et punkt P, punkt(Biot-Savartslov). som ligger i avstanden r fra en uendelig lang leder som fører strømmen I (fig. 1.56), må man summere virkningen i punktet P fra lederelementene dl i hele lederens lengde. Det blir altså en integrasjon jdH fra -r æ (uendelig) til co av ligningen (1.72). Som resultat får man: Lang leder: H = -L (|) (1.73) Maxwells første lov I mekanikken beregnes et arbeid som produk­ tet av veien og kraftens komponent i veiens ret­ ning. I elektrostatikken definerer vi en potensialdifferens eller spenningen mellom to punkter som det arbeid som blir utført når man fører en enhetsladning fra det ene punkt til det andre. Ar­ beidet er lik produktet av vei og den elektrostat­ iske feltstyrkens komponent i veiens retning. Det elektromagnetiske feltet er også et vektorfelt, og

228

Karl Walderhaug : Sterkstrømteknikk — 1. Elektrisitetslæren

vi lager her et lignende produkt, nemlig det ar­ beidet som utføres når en polenhet føres etter en kraftlinje en gang rundt om en strømførende leder. Det blir linjeintegralet •

U R2 _ R1 R, zaz2 + °~uz? + uz? + 0

u xt

U X2 , Z2 Z2 1

Zi Zj

U X3

Uz^u o

U

o

259

Disse uttrykkene skriver vi:

I = UG, ff- UG2 ff- . . = U (G, ff- G2 ff-. .) = UG

(1.148) Iq =UBx + UB2+ . . = U(B, + B2ff- ..) = UB Vi har her fort inn to nye begreper. Konduktansen beregnes for hver gren: G = R/Z2. Vi ser at dimensjonen er Q4"1, og den kalles Siemens Det er samme dimensjon som vi hadde for led­ ningsevne i likestromlæren: G = 1/R. Susceptansen beregnes for hver gren: B = X/Z2, dimen­ sjonen er den samme som for konduktans. Vi minner om regnemåten i likestromlæren, der vi erstattet parallellkoplede motstander med en resulterende motstand som hadde en lednings­ evne lik summen av ledningsevnene for de parallellkoplede motstandene:

(S).

r

=

+ • • • - eller G = G1ff-G2ff- • •

Av (1.148) går det fram at vi gjor det samme i parallellkoplede vekselstrømkretser, men fordi vekselstrømmen på grunn av faseforskyvningen har en aktiv komponent og en reaktiv, har vi her fått to begreper, konduktans og susceptans. Med flere parallellkoplede grener er den resxdterende konduktansen lik summen av konduktansen for de enkelte grenene. Det samme gjelder susceptansen: G = (1.149) B = Bx + B2 + B3 + Verdiene av susceptansene settes inn i formlene med fortegn, f. eks. kapasitiv susceptans med — og induktiv susceptans med 4-. Den resulterende susceptansen B er derfor differansen mellom kapasitive og induktive susceptanser.

G, ff- G2 ff- G3 ff-.......

Setter vi inn (1.148) i(1.146), får vi:

I =yu2 (G, + G2 + .. )2 + U2 (B, + B2 + • ■.)2 = G ] (G, + G2 ff- ..)2 -j- (B, -ff B2 ff- ... .)2

I =

u ]/G2 + B2 = UY

(1.150)

Y = ] G2 -ff B2 kalles admittansen

sml. Z = R2 ff- X2 Vi har tidligere utledet Ohms lov for vekselstrøm : U/I = Z. Omordnet gir lign. (1.150) : U/I = 1/Y. Av dette følger:

(1.151)

Fig. 1.106.

Impedanser parallelikoplet til en konstant spenning.

Admittansen er den geometriske summen av konduktansene og susceptansene, og er den inverse størrelsen av impedansen. For at vi skal få en oversikt over hva vi gjør når vi bearbeider en strømkrets på denne måten, er stromvektorene i fig. 1.106 tegnet i et vektor-

260

Karl Walderhaug: Sterkstrømteknikk — 1. Elektrisitetslæren

parallellkretsene kan beregnes, og man kan da bestemme strømmene i de enkelte grenene.

Fig. 1.107. Strømmer i en parallellkoplet krets. Admittansdiagram.

diagram fig. 1.107. På de forskjellige vektorene er angitt hvordan man beregner de aktive og de reaktive strømkomponentene Ip og Iq for grenstrommene. Når vi dividerer samtlige vektorer med U, får vi admittansdiagrammet i (b). Ved avsettingen av de reaktive komponentene av strømmene og susceptansene må man passe på at de kapasitive komponentene er faseforskjøvet 90 ° foran referansevektorene, som er henholdsvis U- og G-vektorene. De induktive komponentene ligger etter. Av fig. 1.107 b ser man at man kan bestemme faseforskyvningen mellom spenningen og strøm­ men i hovedkretsen: B Bi-tB2+ . . . . = G = G,+G,+ ....

t rø\

(1-152)

Parallellresonans Av formlene (1.150) og (1.152) og fig. 1.107 ser man at når den resulterende susceptansen B blir 0, dvs. når de kapasitive susceptansene er lik summen av de induktive susceptansene, vil strøm og spenning være i fase med hverandre. Da er tgcp = B/G = 0. Susceptansene for de parallell­ koplede grenene vil variere med R, L, C og f, og varierer man en av disse når de andre er kon­ stante, vil man kunne få parallellresonans. • Eksempel: En krets med to parallellkoplede grener, som i fig. 1.108, har følgende motstander: Rx = 20 Q, Xx = 60 Q, R2 = 20 Q, og kondensatoren C2’s kapasitet kan varieres mellom 0 og 120 pF. Bestem strømmen og faseforskyvningen i hver av grenene, og dessuten strøm og faseforskyv­ ningen i den udelte hovedkretsen. Frekvensen er 50 Hz og spenningen over kretsen er 100 V. Vi beregner først krets nr. 1 som har konstante verdier:

Zx = |'RX2 + X? =

]/202 + 602 = 63 Q

> = 4^0 = °’005 8

Når man i denne formelen setter inn kapasitive susceptanser med og induktive susceptanser med -H fortegn, blir

. = 40-00 = °’015 8

lx = F = YT = L58 A 03

tg °

= 71,6 0 (ind).

Tabell 1.7. viser utregninger av strømmer og faseforskyvning i den parallellkoplede kretsen, med forskjellige verdier på kondensatoren C2. Resonans, dvs. cp = 0 (ingen faseforskyvning), inntreffer når B2 = Bx med en kondensatorkapasitet ca. 53 p.F. Men kurven viser at strømmen I i hovedledningen ikke har sitt minimum sam­ tidig. Minimum strøm inntreffer med en kapasitet ca. 35 p.F. Fig. 1.108 c viser forholdene grafisk. Strømmen Ix avsettes med bestemt størrelse og faseforskyvning som ikke forandrer seg. Med varierende kapasitet (markert med måletallene 0—Ax—A2. ... 00) vil spissen på vektoren I2 bevege seg etter en halvsirkel. Radien på denne kan man bestemme når man regner med en uendelig stor kapasitet. X2 blir da 0 og I2 — U/R2 = 100/20 = 5 A. Radien i sirkelen blir: |- X der M er målestokken oppgitt i A/cm.

1.5. Vekselstrømteknikk

261

Tabell 1-7. Utregning av strømmer i parallellkoplet krets med variabel kondensator 20

30

40

50

60

00

158

106

79,0

63,5

Z22 = R22 + X22

00

25364

11636

6641

Z2 = }/R22 + X22 (Q)

00

159

108

C2

([2 F)

•

(^)

X'2 =2TCfCi

70

90

120

53,0

45,5

35,4

26,5

4432

3209

2470

1653

1102

81,5

66,6

56,7

49,7

40,4

33,2

।

G2=^

(S)

0

0,00079

0,00170

0,00300

0,00451

0,00621 0,00811

0,0121

0,0181

B2=^

(S)

0

0,00624

0,0091

0,01190

0,0143

0,0165

0,0185

0,0215

0,0240

12=^

(A)

0

0,623

0,925

1,22

1,50

1,77

2,01

2,48

3,00

tg?2 = G,

—

8,9

5,37

3,97

3,16

2,66

2,28

1,78

1,33

(2.23)

2.2.6. Kompensasjonsmetoder Når man skal måle meget små motstander, kan man ikke bruke Wheatstone-broen i sin vanlige utførelse, fordi spenningsfall i tilledninger og i overgangsmotstander vil forårsake relativt store feil. Motstander mellom 10'6 og 1 Q blir derfor helst målt i Thomsonbroen. Måle­ metoden går ut på at man sammenligner et spen­ ningsfall over den motstanden som skal måles, og et spenningsfall over en kjent presisjonsmotstand. Når målingen utføres etter kompensasjonsmetoden, unngår man feilkilder som skyldes spenningsfall i tilledninger og overgangsmot­ stander fordi målingen foregår strømløst. Det er ikke bare ved målinger av motstand at man bruker kompensasjonsmetoder. De kan også nyttes ved spenningsmålinger eller strømmålinger. Man sammenligner da spenningen som skal måles, og en kjent spenning. I fig. 2.43 a er En et normalelement med en spenning som kan be­ stemmes med 5 desimaler (1,01830 V). Rn er en presisjonsmotstand med en feilgrense som kan være 0,02 %. Dermed kan man beregne In med den største nøyaktighet. Broen blir inn­ stilt ved at man varierer r inntil galvanometeret er strømløst. Da er spenningsfallet overr : In Rn lik spenningen Ex. Begge faktorene er bestemt innenfor en feilgrense på 0,02 %. Målingen gir et resultat som er mye bedre enn dem man kan

få ved målinger med de nøyaktigste viserinstrumenter. Normalelementene tåler ikke å levere noen strøm av betydning. Derfor bruker man en hjelpestromkilde som framkaller et spenningsfall ox er en måletråd. Koplingen blir som i (b). Først

Fig. 2.43. Prinsippet for kompensasjonsmåling.

2.2. Måleteknikk

stiner man inn broen med En koplet inn. Når galvanometeret er stromlost, leser man av leng­ den an på måletråden. Med Ex koplet inn leser man av ax. Da er: > = ? —» Ex = E. (2.24) -L,n dn «-n Måletråden er gradert, eller den er utført som en trinnmotstand. Man begynner med å

stille sleperen på skalastreken an = En = 1,0183. Med denne broinnstillingen blir ballastmotstanden Rb regulert slik at galvanometeret stiller seg inn på 0. Kopler man så inn den ukjente spenningen Ex, og galvanometeret blir strømløst når skyveren er innstilt på ax, vil skalastreken for ax vise spenningen Ex. Hvis man skal måle vesentlig høyere spen­

311

ninger enn normalelementets spenning, bruker man spenningsdeler som vist i fig. c. Spenningen som skal måles, koples over en større motstand, og man tar ut en del av denne spenningen, i det

viste eksemplet 10/100 =1/10 av hele spenningen. Andre elektriske størrelser som skal måles blir overført til spenningsfall; skal man f. eks. måle en strøm I, blir denne overført til et spennings­ fall ved at man sender den gjennom en kjent presisjonsmotstand. Dette spenningsfallet blir målt i kompensasjonsbroen, som beskrevet. Motstander bestemmer man ved å sammenligne spenningsfallet over den ukjente motstanden med spenningsfallet over en presisjonsmotstand når det går like stor strøm gjennom dem.

2.2.7. Måling av selvinduksjoner og kapasiteter Selvinduksjoner og kapasiteter kan måles ved strøm- og spenningsmåling, liksom ohmske mot­ stander. Først bestemmer man Z = U/I ved en vekselstrømmåling. Ved en likestrømmåling bestemmes R. X og L (eller C) bestemmes av formelen Z = [;R2 + X2 = ]/R2 + (27tfL)2

eventuelt z = Vrt + (l/2%fC)2 Det finnes et meget stort antall broer, en rekke av disse er konstruert for helt spesielle målinger. Ved målingene bruker man vekselstrøm, som skaffes fra et batteri A ved hjelp av summer og transformator som i fig. 2.44. Som 0-instrument brukes enten ho­ detelefon eller et vibrasjonsgalvanometer. Som regel er broene koplet som Wheatstone-bro. Selvinduksjo­ nen som skal måles, er Lx. Den må nødvendig­ vis også ha en viss ohmsk motstand Rx. L og R er variable sammenligningsmotstanFig. 2.44. Bro for måling av der, mens Rx og R2 selvinduksj oner. er forholdsmotstander som brukes på samme måten som i en vanlig Wheatstone-bro. Når man stiller inn broen, må man alternerende bruke likestrømkilde og vekselstrømkilde. Med innstilt bro er potensialene i A og B like, og man kan utlede følgende forhold mellom motstandene: Lx Rx Rj (2.25) I.~~ R R2

Fig. 2.45 a viser en vekselstrømbro for kapasitetmåling. Når den er utbalansert, gjelder:

£=t

c>=|c

f2-26»

Motstanden R, som er parallellkoplet med normalkondensatoren C, blir brukt når man skal måle kapasiteter med tap. Derved får man skarpere innstilling av toneminimum. Kapasitet kan også måles ved hjelp av et ballistisk galvanometer, G i fig. 2.45 b. Cx er kondensatoren med ukjent kapasitet. Den blir ladet til spenningen U fra batteriet. Deretter legger man venderen over, og kondensatoren lader seg ut gjennom galvanometeret. Gjør galvanometeret et utslag a, og instrumentets ballistiske konstant er cb As/delstrek, måler det kondensatorens ladning Q: Q = CXU = cbæ A = (F) (2.27)

Målingen kan også utføres ved sammenligning med en kondensator av kjent størrelse C:

Fig. 2.45. Måling av kapasitet i vekselstrømbro, med bal­ listisk galvanometer.

312

Karl Walderhaug: Sterkstrømteknikk — 2. Måleteknikk

2, 2.8. Temperaturmåling Med ulike elektriske temperatur-måleinnretninger kan man måle temperaturer mellom 4- 220 og 3500 ° C. De har den fordelen at avleseinstrumentene kan plaseres i store avstander fra målestedet. Motstandselementer for temperaturmåling var vi kort inne på da vi forklarte virke­ måten av kryss-spoleinstrumenter. Måleme­ toden bygger på det forholdet at motstan­ den i et element forandrer seg med tempera­ turen. I en målekrets som fig. 2.46 a er utslaget i kryss-spoleinstrumentet avhengig av forholdet mellom strømmene i de to spolene, dvs. av for­ holdet mellom motstandene i de to spolegrenene. Dette forholdet er igjen avhengig av tempera­ turen i motstandselementet R. Instrumentets skala kan derfor graderes i °C. Måleinstrumentet kan også koples inn i en heatstone-bro, slik som i fig. b. Skal imid­ lertid instrumentutslaget være uavhengig av målespenningen, må man nytte et måleinstru­ ment som har en tredje spole, foruten de vanlige to kryss-spolene. Disse er koplet i serie over spenningen og virker som en «elektrisk fjær» som holder spolesystemet i 0-stilling. Ved opp­ varming av motstandselementet R forandrer motstandsforholdene i broen seg, og det går strøm

Fig. 2.46. Arrangementer for temperaturmåling.

i galvanometerdiagonalen og dermed gjennom den tredje spolen. Målesystemet påvirkes da av et dreiemoment, og dreier så langt ut fra 0-stillingen at det er balanse mellom dette dreiemomentet og den «elektriske fjæren». Om målespenningen forandrer seg, vil begge dreiemomentene variere i samme forhold. L. tslaget blir derfor uavhengig av variasjoner i målespenningen. I mange tilfelle nytter man beskyttelseskapsler for motstandselementet mot mekanisk eller kjemisk skade. Det betyr en forsinkelse i temperaturangivelsen. Men de fleste temperaturforløp forandrer seg så langsomt at det som oftest ikke spiller noen rolle. Motstandselementer brukes for temperaturmålinger mellom 4-220 og 3D0 C• Termoelementer måler temperaturer fra 0 til 1600 C. Fig. 2.46 c viser en slik temperaturmåler. Den har tråder av to forskjellige materi­ aler, som sveises eller loddes sammen i den ene enden. Når dette loddestedet blir varmet opp til en temperatur Fx som er ulik temperaturen -9-o i den andre enden av elementet, oppstår det en e.m.k. som øker omtrent proporsjonalt med temperaturforskjellen. Med en temperaturdiffe­ ranse på 1000° C yter et jern-nikkelelement ca. 60 mV, et nikkel-kromnikkelelement ca. 40 mV. Bruker man et dreiespoleinstrument for indikering, kan skalaen graderes i °C for direkte av­ lesning av temperaturen. A ed graderingen må man ta hensyn til temperaturen Fo der måleledningene tilkoples elementet. Koplingspunktene kan imidlertid plaseres på et sted der man går ut fra at temperaturen er konstant, f. eks. som vanlig værelsestemperatur ca 20 ° C. Man kan eventuelt kunstig holde temperaturen på dette stedet konstant. Man må også ta hensyn til motstanden i tilledningene ved justeringen av instrumentet. Med instrumentet følger en reguleringsmotstand som kan justeres slik at målekretsens samlede motstand blir som forutsatt ved justeringen av instrumentet.

2.2.9. Lysmålinger Til måling av belysning, f. eks. på en arbeids­ plass, brukes belysningsmålere eller lux-metere. I lyselektriske instrumenter omformes lysenergien til elektrisk energi. Vi kaller dem fotoceller, de er som regel utført av halvledere. selén eller kobberoksydull. Selén-elementet består av et

tynt selénsjikt, som er smeltet på en jernplate. Det er gjort lysømfintlig ved varmebehandling. Når dette sjiktet blir truffet av lys, utløses det elektroner i et antall som er proporsjonalt med den absorberte lysmengden. Som motelektrode brukes gull eller platina i et lag som er så tynt

2.2. Fjernmålinger

at det slipper lyset igjennom. Slutter man kretsen fra gull-sjiktet over et galvanometer tilbake til jernplate-selénsjiktet, går det en strøm i denne

313

kretsen. Størrelsen av strømmen er avhengig av mengden av lys som faller inn mot fotocellen. Galvanometeret graderes i enheten for belysning, lux.

2.2.10. Fjernmålinger En av de store fordelene ved elektriske målin­ ger er at instrumentene kan plaseres i store av­ stander fra målestedet. Når instrumentene er samlet på et sentralt sted, kan man lettere gjøre seg opp en mening om driftsforholdene. I alminnelighet vil ikke overføringen av en ren spenningsverdi (bortsett fra målinger av termospenninger o. 1.) skape noen vanskelighet. Mot­ standen i overføringsledningene er små i forhold til motstanden i instrumentene, og de forårsaker ikke spenningsfall som er så store at instrumen­ tenes angivelser blir gale. Ved temperaturmålin­ ger med termoelementer og med motstandsele­ menter, og ved alle andre målinger der man bru­ ker kryss-spoleinstrumenter, kan man ta hensyn til motstanden i overføringsledningene ved grad­ eringen av instrumentet. Men da overføringsledningenes motstand ofte ikke er nøyaktig be­ stemt, blir instrumentet forsynt med en justeringsmotstand som kan stilles inn slik at den resulterende motstanden i målekretsen blir som forutsatt. Skal ampéremetere for måling av likestrømmer plaseres i stor avstand fra målestedet der shunten er plasert, bruker man shuntmotstander for et nominelt spenningsfall 150 opptil 600 mV isteden­ for de vanlige 50—60 mV shunter. I alle fall må motstanden i shuntledningene regnes med ved justeringen av instrumentene.

utilsiktet skulle komme til å åpne sekundærsiden, får man meget høye spenninger i målekretsen. De fleste målinger av ikke-elektriske størrelser kan også overføres til større avstander. Som regel består et slikt måleanlegg av en føler, en sender, overføringsledninger og instrument, eventuelt en brokopling. I fig. 2.47 er føleren en rørfjærtrykkmåler, der bevegelsen ved varierende trykk overføres til en motstandssender. I denne om­ formes forandringen av trykket til motstandsendringer i en elektrisk målekrets. Det elektriske instrumentet er i alminnelighet gradert i enheter for den størrelsen som måles. Med utstyr som i fig. 2.47 kan man foreta fjernmåling over distan­ ser på opptil 50 km. En målemetode som helt eliminerer ledningsmotstandens virkning på måleresultatet, er impulsfrekvensmetoden. Som sender brukes et in­ strument med roterende måleorgan (1 i fig. 2.48), som man f. eks. har i en elektrisk EWh-måler. Akselen på måleorganet har en knast som er montert slik at kontakten 2 sluttes en gang for hver omdreining. Derved får reléet 3 en stromimpuls. Hyppigheten av disse impulsene er av­ hengig av måleorganets omdreiningshastighet, og er et mål for den målte størrelsen. For hver impuls legger fjæren i venderen 4 seg over fra

Fig. 2.48. Prinsippet for en fjernmåleinnretning med impulsfrekvens.

Fig. 2.47. Fjernmåling av trykk.

Når det gjelder vekselstremmålinger over for­ holdsvis lange avstander, brukes strømtransformator med lavere sekundærstrcm enn vanlig, f. eks. 1 A, 0,5 A eller 0,1 A. Dette betyr at man på strømtransformatorens sekundærside må bru­ ke et forholdsvis stort antall vindinger. Hvis man 21 - Teknikk II

hvilekontakten til arbeidskontakten. I den teg­ nede stillingen av venderen lader kondensatoren Cx seg ut over R15 mens C2 blir ladet over Rr Ladestrommen går gjennom instrumentet. Når fjæren ligger mot arbeidskontakten 4, utlades C2 over R2, mens Cx lades gjennom R2. Ladestrømmen går igjen gjennom instrumentet. Alle størrelsene i kretsen, bortsett fra frekven­ sen som ladningene foregår med, er konstante. Den elektrisitetsmengden som flyter gjennom instrumentet, er proporsjonal med antall om­ dreininger som senderen gjør. Hvis instrumentet

314

Karl Walderhaug: Sterkstrømteknikk — 3. Elektriske maskiner

er konstruert med god dempning, holder det kon­ stant utslag, selv ved de langsomste impulsfrekvenser. Det gir middelverdien av ladestrømmen, slik at instrumentutslaget er avhengig av impulsfrekvensen og dermed av måleorganets om-

dreiningshastighet, dvs. av den målte størrelsen. Når bare impulsene som kommer fra senderen til reléet, er sterke nok til å trekke til reléankeret, blir instrumentangivelsen ikke påvirket av mot­ standen i overføringsledningene.

3.0. ELEKTRISKE MASKINER 3.0.1. Det elektrodynamiske prinsipp Konstruktivt er elektriske motorer og genera­ tor r utført på samme måte, og de vil ofte uten videre kunne gå over fra motordrift til generatordrift, eller omvendt. Motorene i en sporvogn kan f. eks. også nyttes til å bremse vognen. De blir da koplet vekk fra kontaktledningen, og man kopler en belastningsmotstand til motoren, som da går som generator. Ingen elektrisk maskin produserer energi, de omformer energi: generatorer omformer meka­ nisk energi til elektrisk, motorer omformer elek­ trisk energi til mekanisk. I fig. 3.1. er tegnet en generator (a) og en motor (b) der man har antydet polene og ankeret med ankerlederne fordelt over periferien. Med generatorregelen (høyre hånd) bestemmer man retnin­ gene av de induserte spenningene i lederne når maskinene roterer. I (a) blir de som angitt. Hvis generatoren tilknyttes en ytre belastning, går det strømmer i lederne, med samme retning som de induserte spenningene. Bruker man motorregelen (venstre hånd), finner man at disse strømmene utøver et elektromagnetisk dreiemo­ ment som er rettet mot det mekaniske dreie­ momentet som driver generatoren. I (b) går den samme maskinen som motor og trekker en last i samme dreieretningen som i (a). Ved hjelp av motorregelen finner vi den retnin­ gen strømmene i lederne må ha for å utøve et dreiemoment i rotasjonsretningen. De er angitt i fig. b. Ved rotasjonen blir det indusert spen­ ninger i lederne. Retningene bestemmes ved generatorregelen, de blir de samme som i (a).

Av dette ser vi at i en motor har indusert spenning og strøm motsatte retninger. Ettersom summen av spenningene og spenningsfallene i en strømkrets skal være 0, må den spenningen som tilføres motoren — klemmespenningen — og den indu­ serte spenningen i motoren være motsatt rettet. Strømmen har samme retning som klemme­ spenningen. En elektrisk maskin består av to hoveddeler: Ankeret er den delen av maskinen der det blir indusert spenning. Magnetiseringssystemet fram­ skaffer og fordeler feltet.

Rotasjonsretning Elektromagnetisk

Belastning

® Retning av © indusert spenning

(a)

* Stromretning

(b)

Fig. 3.1. Retningen av induserte spenninger og strømmer i likestrømmaskiner. (a) Generator, (b) Motor.

3,0.2. Bruken av jern i elektriske maskiner I elektriske maskiner omformes altså energi fra den ene form til den andre. Det er det magnet­ iske feltet som binder de to systemene sammen. I del 1.4.: «Magnetisme» så vi at ferromagnet­ iske materialer (legeringer med jern som hovedbestanddel) har mye større ledningsevne for mag­

netiske felter (permeabilitet) enn andre mate­ rialer. I alminnelighet blir de magnetiske feltene i maskiner frambrakt av elektromagneter, bare i de aller minste maskinene bruker man perma­ nente magneter. Fig. 3.2. viser eksempler på ut­ førelser av magnetsystemet. Både i likestrøm-

3.1. Elektriske

maskinen (a) og synkronmaskinen (b) blir magnetiseringsviklingene på polene tilført likestrøm. Polene blir viklet på en slik måte at annenhver pol blir N-pol, og annenhver blir S-pol. Induksjonslinjene får da et forløp som de stiplete

maskiner

315

linjene i figuren. Av Ohms lov for magnetisme, formel (1.87):

[x A

Maqr Anke Spor Tenner Pol kjerne Peltvikling Polsko Magnetiseringsring eller-ramrne Magnetiseringspol (a)

Sta to r Ankerk/erne (lame Ilert blikk)

Magne tiseringspoler (rotor)

(b) Fig. 3.2. Magnetiseringssystemene i (a) likestrømmaskin og (b) synkronmaskin.

ser man at man øker polfluksen ved å øke polenes magnetiserende ampérevindinger IN. Dette for­ holdet har stor betydning for maskinenes driftsegenskaper. I ulike deler av magnetiseringskretsene, som er vist i fig. 3.2., forandrer ikke induksjonen seg, men både størrelsen og retningen er konstant når magnetiseringen ikke forandres og IN er kon­ stant. I andre deler, f. eks. i ankerkjernen, skifter den stadig retning ettersom ankeret og polsystemet skifter stilling i forhold til hverandre. I en rekke vekselstrømmaskiner, bl. a. i asyn­ kronmotorer, brukes vekselstrømmagnetisering. Det betyr at feltet i magnetiseringskretsen vari­ erer både i størrelse og retning. Det blir altså stilt forskjellige krav til materialene som blir brukt i ulike typer maskiner, og også til materia­ lene i de ulike delene av maskinene. For å utnytte materialene best mulig velger man så høye induksjoner som man med rimelighet kan gjøre. Men ved høyere induksjoner inntreffer metning i jernet. Det betyr at det kreves ufor­ holdsmessig stor økning av de magnetiserende ampérevindinger. Når man øker magnetiseringsstrømmen, blir det nødvendig å øke magnetiseringsviklingens kobbertverrsnitt og dermed kobbervekten. Dette fordyrer og krever også mye plass i maskinen. Vekselfelter med høye induk­ sjoner forårsaker også høye jerntap. Av disse grunner begrenser man derfor induksjonen til bestemte maksimalverdier som i regelen ikke blir overskredet.

3.0.3. Ankerne i elektriske maskiner Vi så i forrige kapitel hvordan man fikk i stand et brukbart magnetisk felt i elektriske maskiner. Fig. 3.3. viser hvordan man kan plasere en ankervikling. Det er ved den relative bevegelsen mellom feltet og ankerlederne at det blir indusert spenninger, så prinsipielt gjør det ingen forskjell om ankerviklingen er plasert i rotor eller på stator, jfr. fig. 3.2. I kapitel 1.4.5. ble det vist hvordan man kan bestemme den induserte spenningen i strømsløyfer, formel (1.93) og (1.94):

e = A- N

og e = 2NBlv (3.1)

Her innføres: 0 i Vs, B i Vs/m2, 1 i m og v i m/s, N er antall vindinger, spenningen e blir da be­ stemt i V. • Eksempel: Planet som deler rommet mellom to nabopoler, kalles det nøytrale planet. Ankerperiferien under en pol mellom to nøytrale plan kalles en poldeling, r. Vi går ut fra at magnetiseringsviklingen i fig. 3.3 gir en konstant induk­ sjon under polene: B = 1,0 Vs/m2. Poldelingen t = 0,2 m (i dette tilfelle altså halve ankerperiferien). Ankerets lengde 1 — 0,15 m. Maskinen roterer med hastigheten n = 1800 omdr/min.

316

Karl Walderhaug: Sterkstrømteknikk — 3. Elektriske maskiner

nen i alt 2p poler (p polpar), må man føre inn et annet uttrykk for At, nemlig den tiden strømsløyfen bruker fra den ene polen til nabopolen. Da er fluksforandringen 20. P N AO N 20 2NpOn E“idl = 2 AT = “ 60 = ~60~

n Emidi " At — — 60 “ — 60 2

I kapitel 3.1.1. skal vi se at likestrømmaskiner har flere parallelle ankerstromveier mellom maskinklemmene. Antall ledere i hver ankerstromvei er N/2a, når 2a er antall ankerstromveier. Den induserte spenningen i hver av ankerstrømveiene mellom klemmene i en likestrømmaskin blir da: E = ~—- ~ p; - p2+ap px ~

. AP px

Man kan bestemme virkningsgraden for en maskin ved å måle avgitt og tilført effekt. Virk­ ningsgraden beregnes da av kvotienten av to nesten like store tall, og bestemmelsen blir unøy­ aktig. Dessuten krever det i mange tilfelle så store effekter at disse ikke står til disposisjon i prøvestasjonen. Det er derfor mer alminnelig å nytte indirekte målemetoder som bestemmer de

forskjellige tapene. I alminnelighet bestemmer man tomgangstapene - som er konstante, uavhen­ gig av belastning - ved tomgangsforsøk. Kobbertapene APcu kan bestemmes ved at man måler viklingenes motstand, eller man gjør et kortslutningsforsøk. Måler man at belastningstapene med fullaststrømmen er lik APbeb vil de ved en be­ lastning xP2 være x2APbeb Her er x en brøk, f. eks. lik 1/2 for halv belastning, og P2 er maski­ nens nominelle ytelse. Belastningstapene vari­ erer stort sett med kvadratet av belastningen (AP = I2R). Har man målt og beregnet de konstante tomgangstapene APO og magnetiseringstapene APm, og dessuten belastnings­ tapene i ankeret APbei med fullaststrøm, kan man beregne virkningsgraden ved belastningen xP2:

7]x = xP2 + AP0 + APm + x2APbei

^3’22^

eller

_

1

. AP0 + APm + x2APbei • xP2 + APO 4- APm + x2APbei

("3 231 P ’

Fig. 3.25 viser en virkningsgrad-kurve for en likestrømmaskin. Maksimal virkningsgrad finner man når dv)/dx = 0. Det gir x2APbei = AP0 + APm. Den maksimale virkningsgraden inntreffer altså ved en belastning der de variable belastningstap er lik de konstante tap: tomgangstap og magnetiseringstap. Maskinen er ikke varig fullbelastet, derfor er det ikke fordel­ aktig at den maksi­ male virkningsgra­ den inntreffer ved fullast. Det blir den maskinen som har de minste energi­ tapene over en pe­ riode, som har den mest økonomiske Fig. 3.25. Virkningsgrad-kurve drift. for likestrømmaskin.

3.1.8. Spesielle likestrømmaskiner Spenningsforhøyere I likestromnett og vekselstromnett kan det være nødvendig å skaffe en spenning som avviker noe fra den spenningen nettet har. Det kan gjøres med omformere, men det er mer økonomisk å bruke spenningsforhøyere (boosters). Fig. 3.26 viser to arrangementer. I (a) forhøyer man spen­ ningen fra 110 V til 220 V. Spenningsforhøyeren må i dette tilfelle dimensjoneres for AUI =

(U2 4- UJ I = 110.1 W. En omformer måtte dimensjoneres for U2I = 220.1 W. Jo mindre spenningsforhøyelsen AU er, desto større blir besparelsen ved å bruke spenningsforhøyer iste­ denfor omformer. Tapene blir også langt mindre. Er det store forbruk i enden av lange forsy­ ningslinjer, som f. eks. ved likestrømbaner, kan man kompensere spenningsfallet i linjen med en spenningsforhøyer som blir seriemagnetisert. På

3.2. Transformatorer

335

den rettlinjede delen av magnetiseringskarakteristikken er maskinspenningen proporsjonal med magnetiseringsstrommen, og spenningsfallet kan derfor bli nøyaktig kompensert.

Sveisegeneratorer Motstanden i en lysbue avtar raskt med økende strømstyrke. For at en sveise-lvsbue skal brenne stabilt, kreves det at spenningen skal øke raskt hvis sveisestrommen avtar, og at den skal reduseres kvikt når strømmen øker. En sveisegenerator må derfor ba sterkt fallende belastningskarakteristikk. De første sveisegeneratorene var motkompounderte likestrømgeneratorer (jfr. fig. 3.18). Det fins nå ulike utførelser av sveise­ generatorer. Man deler polene, og de har ofte en tredje børste som ved forskyvning bestemmer magnetiseringsspenningen. Man nytter virknin­ gen av ankerfeltet, og hovedpolene er motkompoundert. Man oppnår derved meget steile karakteristikker.

3.2. TRANSFORMATORER 3.2.1. Virkemåte og teori Grunnlaget for virkemåten av transforma­ torer er den gjensidige induksjon mellom to stromkretser. Man binder de to spolene mag­ netisk sammen med en jernkjerne. Når man tar ut effekt fra sekundærsiden på en transformator, blir denne effekten tilført fra det primære nettet, og den overføres fra transformatorens primærside til sekundærsiden via det gjensidige feltet O, fig. 3.27. En sinusformet strøm i primærviklingen framkaller en sinusformet fluks med en amplitudeverdi u avsatt i retningen for den magnetiske fluksen for denne fasen med sin posi­ tive amplitudeverdi, ettersom strømmen i denne fasen i dette øyeblikket har sin maksimale verdi. I de to andre fasene er strømmene negative, hver med sin halve amplitudeverdi. V og Ow av­ settes med 1/2 amplitudeverdi i retningen av

351

fasenes magnetiske akser. Den resulterende fluksen blir fl) som er lik 1,5 ganger fluksens amplitudeverdi for de enkelte fasene. Tilsvarende finner man størrelsen og retningen av den resul­ terende fluksen i (c) og (d). Da har vektoren 0 dreid henholdsvis 30° og 60°, som tilsvarer 1/12 og 1/6 av en hel omdreining. Fortsetter vi under­ søkelsen, får vi en roterende vektor som har en konstant verdi lik 1,5 X fluksen frambrakt av strømmen i en fase. For hver periode av strøm­ men gjor den 1 rotasjon. Dette var en topolet maskin. Studerer man en flerpolet maskin, vil vektoren for fluksen rotere en dobbel poldeling pr. periode, altså 1/p-te del av omfanget. Omdreiningshastigheten blir derfor som man kan utlede av formel (3.38b Den blir kalt den synkrone omdreiningshastighet: n =

(b)

iu=0,866Io

iv=0

i* = + 0,866Ia

(c)

iu=iv‘{a

i*=+Ia

(d)

Fig. 3.47. Det roterende feltet i vekselstrommaskiner.

(omdr./min.)

(3.40)

Ankerreaksjon. Synkron reaktans I fig. 3.48 er skjematisk tegnet en synkron­ maskin med roterende polhjul og med en enkel ankervikling i stator. (a) viser polfeltet p og ankerfeltet (ba i en synkrongenerator. Det siste skriver seg fra belastningsstrømmen i anker­ viklingen. Vi bestemmer retningen av den indu­ serte spenningen med generatorregelen (høyre hånd, merk: tommelfingeren viser ankerledernes bevegelsesretning relativt til feltet). Av fig. ser vi at i den stillingen polhjulet er tegnet, er det resul­ terende polfelt som ankervindingen omslutter, lik 0. I dette øyeblikket har den induserte spen­ ningen sin maksimale verdi, jfr. fig. 1.90. Belastningens effektfaktor coscp = 1,0, dvs. strømmen er i fase med spenningen. Retningene for de indu­ serte spenningene i ankerlederne må da også gjelde for strømmene. Dermed får man bestemt retningen av ankerfeltet. Det svekker polfeltet ved den påløpende polspissen, og forsterker det ved den avløpende. Bortsett fra virkningen av jernmetningen har ikke ankerfeltet noen inn­ flytelse på det resulterende feltets størrelse, men derimot på feltfordelingen, på samme måten som vi før har sett det ved likestrømmaskinene. Ser vi bort fra spenningsfall i ankerviklingen, er klemmespenningen U lik den induserte spen­ ningen E. Hvis Ep er vektoren for den spenningen som ville blitt indusert om det resulterende feltet ikke ble påvirket av ankerfeltet, er E like stor som Ep. I en generator vil vektoren Ep ligge en vinkel y foran E, størrelsen av vinkelen er avhengig av belastningen.

352

Karl Walderhaug: Sterkstrømteknikk — 3. Elektriske maskiner

(a) Generator, 'cos