Публикуемый ниже материал, подготовленный членом общественной редколлегии сборника Н. С. Яковчуком, содержит ответы на большинство из этих вопросов. Однако следует иметь в виду, что постройка подобных приборов требует определенного опыта и для неискушенного в радиотехнике человека может оказатся непосильной. Поэтому рекомендуем при изготовлении эхолота обращаться за консультацией и помощью в радиоклубы ДОСААФ, радиокружки и к отдельным радиолюбителям.
1. Из чего можно сделать вибратор
Вибратор, или, как его называют в гидроакустике, приемоизлучатель, на частоту 200 кгц и выше может быть изготовлен из пьезоэлектрического материала. Лучшим материалом для данных эхолотов является пьезокерамика типа титаната бария. При этом используются простые деформации сжатия и растяжения. Читатели могут познакомиться со свойствами пьезокерамики и с принципом работы подобных вибраторов в популярной брошюре академика Б. М. Byла «Сегнетоэлектричество» (1958 г., Москва, Изд. АН СССР).
2. Какой можно применить мотор?
В одной из последних моделей эхолота мы применили очень экономичный малогабаритный двигатель постоянного тока ДП-1-13. Он потребляет мощность 1 вт при напряжении 13 в. Число оборотов ротора (~7000 об/мин) понижается редуктором от другого малогабаритного мотора МН-250 до 1500 об/мин. Любители, желающие построить эхолот, могут использовать моторы и других типов, однако надо помнить, что они должны обладать достаточным постоянством оборотов.
Следует также иметь в виду, что увеличение числа оборотов приведет к сокращению максимальной глубины, которую отсчитывает эхолот. Например, если число оборотов увеличить вдвое против указанного в нашей статье, максимальная глубина, которую можно будет измерить, уменьшится в два раза.
От длительности посылки сигнала зависит минимальная глубина, измеряемая эхолотом. Чем меньше длительность импульса, тем выше способность эхолота измерять малые глубины.
Если выбрать скорость небольшой, тогда уменьшится число посылок в минуту, а следовательно, и число вспышек лампочки за одну минуту. При таких обстоятельствах наблюдение за показаниями на шкале несколько затрудняется.
3. Каковы размеры контурных катушек и их моточные данные? Каковы режимы работы транзисторов в схеме?
В последнее время авторам удалось несколько упростить схему эхолота, изменив контурные катушки в генераторе и резонансном усилителе. Кроме того, сравнительно дорогие транзисторы П401 заменены более дешевым П16. Генератор и резонансный усилитель, собранные по этим схемам, легко настраиваются в любительской практике.
На рис. 1 изображена схема генератора на транзисторе П16А. Если транзистор работает в режиме постоянной генерации (ВК2 — замкнут), он потребляет ток 4,2 ма от батареи 13 в. Рабочий режим определяется подбором сопротивлений R2 и R3.
Контурная катушка имеет полную индуктивность L = 38 мкгн, содержит 68 витков провода ПЭШО ∅ 0,15 и намотана на каркасе 0 10 мм. Индуктивность катушки подстраивается цилиндрическим карбонильным сердечником ∅ 9 мм. Контур, образованный индуктивностью L и емкостью С = 6800 пф, вместе с вибратором настраивается на частоту 220 кгц при размерах пьезокерамической пластинки 22X25X6. В случае применения пластинки других размеров контур придется перестраивать на другую частоту — резонансную для данной пластины. Индуктивность Lсв образуется отводом от 1—2 витков, считая от конца намотки К.
Если при настройке колебания генератора получены, то дальнейшая его отладка заключается в выборе оптимального режима транзистора и подстройке контура в резонанс, чтобы на вибраторе получилось максимальное напряжение.
Для настройки генератора необходимы следующие приборы: тестер и ламповый вольтметр или катодный осциллограф, на котором можно наблюдать форму возникающих электрических колебаний. Необходимо помнить, что генератор потребляет 4,2 ма только в режиме постоянного возбуждения, а при импульсной работе, во время действия эхолота, его потребление уменьшится почти в 80 раз.
На рис. 2 приведена упрощенная схема двухкаскадного резонансного усилителя. С подобным усилителем эхолот уверенно отмечает глубину до 15 м.
При необходимости увеличить чувствительность эхолота после второго каскада можно поставить третий, полностью аналогичный второму.
Резонансный усилитель-приемник собран из одноконтурных каскадов, настроенных на рабочую частоту 220 кгц. Контурные катушки намотаны проводом ПЭШО ∅ 0,15 на броневых ферритовых сердечниках Б9 с наружным диаметром 9 мм. Для этой цели годятся также и сердечники Б11. Число витков намотки 48. Вся обмотка по числу витков разбита на три равные части и сделаны выводы от 16 и 38-го витков.
Режим питания транзисторов обеспечивается подбором сопротивлений R6 и R9, которые в схеме (рис. 2) имеют величины по 11 ком. Токи эмиттеров обоих транзисторов подбираются примерно равными 1 ма.
Величина коэффициента усиления регулируется переменным сопротивлением 9,1 ком.
Настройку усилителя следует производить от настроенного генератора эхолота (рис. 1), работающего в непрерывном режиме. При этом временно ослабляют связь между генератором и усилителем. Для этой цели емкость 4700 пф заземляют через сопротивление 600 ом на корпус и связывают генератор с усилителем емкостью 10—50 пф (эти элементы на схеме показаны пунктиром). Индикатором на выходе может служить ламповый вольтметр или осциллограф.
Если индикаторный каскад уже отрегулирован, то при кратковременном включении выключателя ВК2 в схеме (рис. 1) неоновая лампочка будет вспыхивать. После настройки сопротивление 600 ом и емкость 10 пф удаляют.
4. Можно ли упростить схему эхолота?
Ниже приводится более простая схема эхолота, настройка которой в радиолюбительской практике не представляет особого труда. Генератор и резонансный усилитель-приемник, изображенные на рис. 1 и 2, применены в эхолоте, полная схема которого показана на рис. 3. Принципиально эта схема отличается от ранее опубликованной только упрощенными каскадами генератора и резонансного усилителя и несколько меньшим числом электрических элементов. Поэтому, не останавливаясь на принципах действия схемы, приведем лишь данные ее электрических элементов.
Источником питания эхолота может служить аккумуляторная батарея 12,6 в или любая другая батарея сухих элементов, способная обеспечивать ток около 90—95 ма (например, 3 штуки последовательно включенных КБС, применяемых для карманного фонаря ). Дроссели ДР1, ДР2 и Дра обеспечивают фильтрацию пульсаций тока, которые возникают при работе мотора; они намотаны на броневые фер-ритовые сердечники типа ФМ-1000 ∅ 20 мм проводом ПЭВ ∅ 0,03 мм. Число витков намотки 200. Применение этих дросселей обязательно лишь в том случае, если используемый мотор создает электрические помехи для усилителя-приемника.
Конденсаторы C1, С2, С3, С8, а также С17 — бумажные марки МБМ. В качестве емкости С4 — 50 мф на 25 в можно взять конденсатор типа ЭМ или ЭТО. Конденсаторы С6, С7, С10, С11 и С14 керамические дисковые или трубчатые.
Все постоянные сопротивления типа МЛТ-0,5, переменное сопротивление — СПО-05. Сопротивление R1 — проволочное (ручка его выведена «под шлиц»); оно служит для подстройки числа оборотов мотора. В начале эксплуатации источника питания, когда он еще свежий, сопротивление Ri полностью вводится; затем, по мере подсадки батареи, величина его изменяется в процессе калибровки эхолота.
Выходные каскады ничем не отличаются от тех, которые были приведены ранее. В качестве трансформатора блокинг-генератора лучше взять готовый унифицированный трансформатор блокинг-генератора строк (БТС) от телевизионного приемника. БТС имеет только две обмотки, поэтому необходимо добавить третью обмотку в 100 витков, намотав ее проводом ПЭШО ∅ 0,15 поверх существующей катушки. Это будет выходная обмотка для зажигания неоновой лампочки МН-5. Керамический приемоизлучатель соединен с генератором куском коаксиального кабеля РК-1 или РК-19 длиной 1 м. Если необходимо увеличить длину соединительного кабеля, следует уменьшить контурную емкость генератора С8. При увеличении длины кабеля до 2 м необходимо С6 уменьшить на 60 пф.
5. Как пользоваться эхолотом?
Измерение глубины производится следующим образом. Вибратор помещают под днищем судна так, чтобы он был полностью погружен в воду. Кабель пропускается в отверстие, проделанное в днище. Отсчет глубины — расстояния от вибратора до дна водоема — производится по шкале. Измерение глубины можно также производить периодически, просто опуская вибратор в воду (держа его за кабель в руке).
Проверка калибровки эхолота сводится к установке необходимого числа оборотов мотора с помощью сопротивления R1. В качестве эталона может служить промеренная шестом глубина, а на глубоководье — опущенный на заданную глубину якорь или другой металлический предмет, подвешенный к неметаллическому канату. Подстройкой сопротивления R; добиваются вспышки неоновой лампочки против деления на шкале, соответствующего известной глубине. Таким образом проверяется только одна точка всей шкалы; этого вполне достаточно, так как шкала прибора линейная.
6. Конструкция эхолота
Приводим чертежи монтажной платы (рис. 4) и приемо-излучателя (рис. 5).
Монтажная плата представляет собой гетинаксовый диск диаметром 110 мм и толщиной 3 мм, на который навешены все основные элементы электросхемы, которые предварительно приклеиваются к плате клеем БФ-6 или БФ-4 и подпаиваются к контактам. Подсоединительные контакты изготовляются из 1,5-миллиметровых кусочков медной луженой проволоки. Длина контакта 10 мм. Каждый такой контакт плотно вставляется в заранее насверленные отверстия в плате. Весь электрический монтаж выполняется «по кругу». Соединительные провода располагаются на противоположной стороне, где нет элементов. Керамические дисковые конденсаторы C7, C10, С11, С13, С14 расположены тоже на противоположной стороне.
В центре платы закреплено подстроенное сопротивление и его ручка со шлицевой прорезью выходит со стороны задней стенки корпуса эхолота. В задней стенке корпуса против шлица следует просверлить отверстие, чтобы был доступ отверткой к R1.
Плата и механизм эхолота размещаются в дуралюмино-вом цилиндре с внутренним диаметром 110 мм и длиной 130 мм. Следует заметить, что при изготовлении вращающегося диска с неоновой лампочкой необходимо предусмотреть противовес для лампочки. Наличие противовеса исключает механические биения при работе эхолота.
Конструкция и устройство приемоизлучателя видны из рис. 5. Пьезокерамическую пластинку титаната бария 7 приклеивают к подушечке из губчатой резины клеем Бф и заливают эпоксидной смолой ЭД-5 в приготовленной заранее бумажной или другой форме. После затвердевания цилиндрическая заготовка обтачивается на станке до получения формы усеченного конуса 5.
Кабель РК-19 1 подпаивают к выводам пластины, которые, в свою очередь, должны иметь надежный контакт с металлическим покрытием, нанесенным на обе стороны пластины. Детадь 5 завальцовывают на станке в корпус 4, изготовленный из мягкого алюминиевого сплава. Верхняя часть корпуса герметизируется заливкой из эпоксидной смолы ЭД-5.
Крепление излучателя осуществляется с помощью гайки 3; при этом рекомендуется между днищем и корпусом излучателя проложить резиновую прокладку.
Эксплуатация эхолота на любительских судах показала, что прикреплять излучатель к днищу постоянно не следует, так как эхолот может применяться не только для измерения глубины (например, при ловле рыбы или поиске затонувших предметов, высота которых более 0,5 м).