グリッド ディップ メーター: 忘れられた機器

かつて、ハードウェアハッカーにとってオシロスコープを入手することは重要な通過儀礼でした。 少し前までは、一般の人の予算では新品の楽器が買えることはほとんどなかったので、おそらく中古のスコープでしのいでいたのではないでしょうか。 現在、特にローエンドの PC スコープや「スコープ メーター」を含めると、安価なオプションがたくさんあります。 信号発生器、周波数カウンタ、さらにはロジック アナライザと同様に、デジタル メーターも安価になりました (一部の大手店舗では無料の場合が多い)。

しかし、非常に多用途のキットであるため、以前ほど頻繁に見られなくなったテスト機器が 1 つあります。それは残念です。 確かに、無線関連の仕事をしていない人にとっては、欲しいものリストの上位には入らないかもしれませんが、RF を使って何かを行うのであれば、これは多用途なツールであるだけでなく、優れた価値もあります。 それは何と呼ばれていますか？ 場合によります。 歴史的には、「グリッド ディップ オシレーター」または GDO という名前で呼ばれていました。 時々、代わりに「グリッドディップメーター」と呼ばれるのを聞くことがあります。 ただし、最新のバージョンには真空管がない (つまりグリッドがない) ため、ディップ メーター、あるいは単にディッパーと呼ばれているのを聞くことがあります。

それらを何と呼ぶか​​に関係なく、動作理論は同じであり、非常にシンプルです。 この機器は、出力を外部回路に接続する方法を備えた非常に広帯域の発振器にすぎません。 発振器からどれだけの電力が取り出されているかを監視する方法もあるでしょう。 これは、ほとんどの場合、発振器のピーク振幅を調べることによって行われます。

ディップの理由は、異なる周波数でのインダクタとコンデンサの動作に関係しています。 ほぼすべての回路やコンポーネントには 3 つのインピーダンス源があります。1 つは周波数に基づいて変化すべきではない抵抗です。 容量性リアクタンス。これはもちろん静電容量によるものです。 誘導性要素からの誘導性リアクタンス。 場合によっては、これらのうち 1 つだけが大量に存在することもあります。 たとえば、カーボン抵抗では、どちらのタイプのリアクタンスもあまり大きくすべきではありません。 コンデンサは主に容量性リアクタンスである必要があります。

特定のコンデンサのリアクタンスは、低周波数では非常に高く、高周波数では非常に低くなります。 インダクタンスはその逆で、低周波では高周波よりも低いリアクタンスが生成されます。 DC 電流をゼロヘルツ波と考えると、これを思い出すのは非常に簡単です。 インダクタ (ワイヤのコイル) は明らかに DC (低リアクタンス) を通過させますが、コンデンサ (2 つの平行なプレート) は明らかに DC (高リアクタンス) を通過させません。

回路の合計インピーダンスはこれら 3 つの要素に依存しますが、値を単に加算するほど単純ではありません。 それは、抵抗とリアクタンスは同じ種類の量ではないからです。 1V の信号が 3 オームのリアクタンスを持つ 2 オームの負荷に入力される場合、それが通常の抵抗に入力される 1V と同じように動作することを知りたいと思います。 抵抗とリアクタンスが直列の場合、その実効抵抗の値はインピーダンスであり、抵抗とリアクタンスのベクトル和になります。

この例では、22+32=13 となります。 13 の平方根は約 3.6 なので、インピーダンスの大きさは 3.6 オームです。 さらに事態を複雑にしているのは、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスが互いに打ち消し合う傾向があることです。 容量性リアクタンスを負として扱うのが通例ですが、2 乗するので、この特定の計算を行うためにどちらを負とみなすかは実際には問題ではありません。 数学が好きな人にとっては、実際には、抵抗を複素数の実部として扱い、リアクタンスを虚数部として扱うことになります。 極形式に変換すると、大きさと位相角が得られます。

並列でも同様ですが、並列の抵抗と同様にリアクタンスが追加されます。 ここで重要なのは、ある周波数では、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスが等しいということです。 直列回路では、リアクタンスがゼロになり、残るのは抵抗だけになることを意味します。 並列回路では、ゼロが分数の分母になるため、実効リアクタンスは無限大になります (純粋な抵抗と並列に接続した場合、抵抗の値は変わりません)。 いずれにせよ、リアクタンスが打ち消されて純粋な抵抗が残ります。

リアクタンスが互いに打ち消し合う点が共振です。 ディップメーターが機能するのは、共振点ではメーターの発振器に最大の負荷がかかり（インピーダンスが最も低くなり）、電圧が降下（またはディップ）するためです。 他の周波数では、いくらかのリアクタンスが残り、テスト対象の回路の合計インピーダンスは共振時よりも高くなります。

明らかに、ディップ メーターの最も基本的な機能は、回路の共振周波数を測定することです。 これだけあれば、かなり便利です。 しかし、ほんの少しの追加の努力で、ディップメーターはさらに多くのことができるようになります。

まず、コンポーネントから作られたコンデンサやインダクタだけでなく、他の同調回路も測定できます。 たとえば、アンテナ、水晶、伝送線路はすべて特定の共振点を持つことがあり、メーターはそれらを測定できます。 水晶の場合、周波数は水晶が発振すべき周波数です（負荷容量やその他の要因に基づく多少の誤差はあります）。 アンテナは、関心のある周波数だけでなく、複数の周波数で共振する可能性があるため、ある程度の判断が必要です。 コイルのないもの (アンテナや水晶など) では、メーターから回路にエネルギーを結合するために小さなワイヤー ループが必要になります。

伝送線路の場合は、小さなループを作成してディップメーターを接続することで測定できます（小さいほど良い）。 最も低いディップを検索すると、伝送線路の 1/4 波長周波数が表示されます。 たとえば、ケーブルが 7.5 Mhz (波長 40 メートル) で共振する場合、ケーブルの長さは約 10 メートルになります。 ただし、伝送ラインの速度係数を考慮することを忘れないでください。 つまり、速度係数 0.66 の 4 分の 1 波長伝送線路は、理論上の長さよりも短くなります (この場合、長さは 66% だけになります)。

もちろん、伝送線関係はどちらでも使用できます。 つまり、共振周波数を取得してケーブルを測定したり、周波数を設定してラインをディップ用にトリミングしたりできます。 実際、グリッド ディップ メーターでは、知っていることを使用して知らないことを取得するのが一般的に良い原則です。 未知のコンデンサを測定したいですか? 既知のインダクタと共振させます。 または、既知のコンデンサから始めて、未知のコイルの値を見つけます。

ただし、主な問題の 1 つは、周波数を十分に正確に読み取ることです。 最近のメーターにはデジタル ディスプレイが付いているものもあります (右に示す DipIt など)。 ただし、ほとんどの一般的なメーターはそうではありません。 一方、周波数カウンタに簡単に接続したり、受信機を使用して周波数を正確に決定することもできます。

多少の推定を気にしない場合は、さらに多くの測定を行うことができます。 コイルには、リアクタンスに対してどれだけの抵抗があるかを示す Q (品質係数) があります。 適切な基準コンデンサを使用して共振回路を形成し、メーターをディップします。 周波数に注意してください。 次に、ディップメーターの周波数がディップ時よりも約 30% 高い周波数を見つけるまで、ディップメーターを下げます。 次に、反対側に再び 30% マークが見つかるまで、ディップ メーターを再びディップに合わせて調整します。 Q は、ディップ周波数を 2 つの 30% 周波数の差で割った値にほぼ等しくなります。

当たり前のことかもしれませんが、ひしゃくは信号源としてのみ使用することもできます。 たとえば、ラジオを修理するには、ラジオが受信できるはずの周波数にディップ メーターを置き、回路を通してその周波数を追跡します。 多くのディップメーターには、発振器をオフにし、コイル (および同調コンデンサ) をダイオードとともに使用して波長計として機能させるモードもあります。 メーターは、調整された周波数での RF エネルギーの強度を示します。 一部のメーターにはヘッドフォンジャックが付いているので、信号を聞くことができます（ほぼクリスタルラジオになります）。

今日、多くの人がディップメーターを持っていない理由の 1 つは、ディップメーターが以前ほど簡単に入手できないことです。 Heathkit はディップ メーターの非常に人気のあるサプライヤーであり、いくつかのモデルがありました。 その他の人気のある古いモデル (eBay でよく見つかります) には、Eico、Millen、Boonton、Measurements Corporation があります (ただし、注意してください。チューブ付きのものはコレクターでない限り、おそらくお買い得ではありません)。 [n4xy's] Web サイトで、多くの GDO の写真付きリストを見つけることができます (写真は、メイン ページから次へボタンを数回クリックしたところにあります)。 左側は、私の古い Measurement GDO の写真です (はい、真空管を使用しています)。

MFJ から新しいディップ メーターを今でも見つけることができます (右側に示す MFJ-201 が販売されており、一部のアンテナ アナライザーを保守可能なディップ メーターに変換することもできます)。 インターネットでもプランが豊富です。 本物の真空管モデルが必要な場合 (非推奨) [w4cwg] にはプランがあります。 ディップをより深くするのに役立つ斬新なブリッジを備えた、より現代的な FET 設計が [SM0VPO] から入手できます。

一方で、デジタルディスプレイのない新しいユニットを構築するのは残念に思えます。 もちろん、それを追加することも、DipIt や ELM などの統合されたものを使用することもできます。 他にもたくさんのプロジェクトやキットがあります。 見回す。 通常、最も難しい部分はコイルを巻くことですが、場合によっては適合するのが難しい可変コンデンサが必要になる場合もあります。 ただし、実際には、安定させることができる発振器であればどれでも機能します。 実際、私は負性抵抗トンネル ダイオードを発振器として使用する古いヒースキット ディッパーを 2 つ持っています (そのうちの 1 つが左の写真にあります)。

ディップ メーターの使用方法のビデオ デモンストレーションが必要な場合は、[w2aew] がすでに行っている以上に優れたものはありません。彼のビデオは以下で見つけることができます。