Пропорциональное телеуправление

Дешифратор и сервоусилитель

В системе пропорционального телеуправления для передачи информации но двум каналам используется изменение длительности импульсов модулирующего напряжения и пауз между ними. В этом случае разделение команд удалось осуществить с помощью симметричного триггера, управляемого напряжением, поступающим с выхода приемника, что позволило значительно упростить дешифратор приемного устройства.

Дешифратор состоит (рис. 7) из двухкаскадного усилителя НЧ на транзисторахТ1 и Т2 и симметричного триггера на транзисторах Т3 и Т4. С выхода усилителя сигнал через конденсатор С2 подается на базу транзистора Т3 и управляет работой триггера. Режим работы транзисторов усилителя НЧ по постоянному току устанавливают подбором резистора R1 делителя напряжения R1R2.

С резисторов R5 и R8, являющихся нагрузками транзисторов триггера, сигналы первого и второго каналов поступают в блоки сервоусилителей тягового электродвигателя и рулевой машинки. Каждый из сервоусилителей содержит ждущий мультивибратор, вырабатывающий импульсы тока, в соответствии с состоянием исполнительного механизма, устройства сравнения и усилителя сигналов рассогласования. Рассмотрим работу аппаратуры при передаче команды по одному из каналов, например, при управлении рулевой машинкой. В исходном состоянии транзистор Т3 триггера, являющегося коммутатором канальных сигналов, открыт (напряжение на коллекторе близко к нулю), а транзистор T15 ждущего мультивибратора на входе сервоусилителя закрыт (напряжение на коллекторе близко к напряжению питания). При этом напряжение в точке д устройства сравнения равно половине напряжения питания транзисторов триггера и ждущего мультивибратора. В момент подачи сигнального импульса напряжение на коллекторах транзисторов Т3 и Т15 изменяется в противоположной полярности, так как импульс сигнала передним фронтом запускает ждущий мультивибратор. До тех пор, пока такое состояние транзисторов Т3 и Т15 не изменится, напряжение в точке д устройства сравнения остается равным половине напряжения питания. Такое состояние узла сравнения будет сохраняться в том случае, если длительности сигнального и опорного импульсов мультивибратора равны. Если теперь изменить длительность командного импульса, то на устройстве сравнения появится импульс, длительность которого равна разности длительностей командного и опорного импульсов. Полярность же определяется полярностью более продолжительного импульса, С точки д устройства сравнения разностный сигнал через конденсаторы С14 и С15 поступает на базы транзисторов Т17 и Т18 сервоусилителя.

Сервоусилитель рулевой машинки представляет собой трехкаскадный усилитель тока, нагруженный на электродвигатель M1. Пока разностного сигнала нет, транзисторы Т17, Т18 и все остальные транзисторы сервоусилителя закрыты, С появлением импульса разностного сигнала положительной полярности транзистор T18 открывается, через него разряжается конденсатор С16, в результате чего напряжение в точке е становится близким к нулю. В это время через резистор R45 течет ток, открывающий транзистор Т20. В свою очередь, транзистор Т20 откроет выходной транзистор Т22 сервоусилителя, замыкая тем самым цепь питания электродвигателя M1 рулевой машинки. Электродвигатель начинает работать и воздействовать через редуктор на руль модели и ось переменного резистора R39 (установлен на рулевой машинке) цепи обратной связи.

При вращении оси резистора R39 длительность опорного импульса будет изменяться таким образом, чтобы стать равной длительности командного импульса. Когда же эти импульсы сравняются, то пропадет разностный сигнал, закроются транзисторы сервоусилителя, электродвигатель рулевой машинки остановится и руль примет новое устойчивое положение, соответствующее длительности командного импульса. Таким образом, с помощью переменного резистора в цепи обратной связи устройство автоматически отслеживает изменения длительности командных импульсов, стремясь свести к нулю величину разностного импульса.

Сервоусилитель рассчитан на работу с микроэлектродвигателями, потребляющими (под нагрузкой) ток 100—150 мА при напряжении питания 3,5—4,5 В. Для управления тяговым двигателем, потребляющим ток до 500—600 мА, используется более мощный сервоусилитель. Для обеспечения работы его выходных транзисторов Т13 и Т14 в ключевом режиме, что необходимо для снижения рассеиваемой мощности, они управляются триггерами Шмидта, собранными на транзисторах Т9, Т11 и Т10, Т12. Триггеры не допускают одновременного открывания выходных транзисторов, защищая тем самым их от пробоя.

Рис. 8. Схема соединения деталей дешифратора приемной аппаратуры на монтажной плате.

Несмотря на то, что выходные транзисторы этого сервоусилителя работают в ключевом режиме, устройство обеспечивает регулировку частоты оборотов тягового двигателя. Для этого используется принцип импульсной регулировки частоты оборотов двигателя. Реализуется он следующим образом. При подаче командного сигнала в каскаде на транзисторах Т7 и Т8 возникает разностный сигнал, переключающий один из триггеров в другое устойчивое состояние. Допустим, переключается триггер на транзисторах Т9 и ТП. При этом открывается транзистор T14 и начинает вращаться ротор электродвигателя М2. Напряжение в точке в изменит свою величину и, воздействуя по цепи обратной связи R20R19 на работу мультивибратора на транзисторах Т5 и Т6, уменьшит величину импульса рассогласования. В момент выравнивания командного и опорного импульсов триггер переходит в исходное состояние, цепь питания электродвигателя М2 обесточивается, а в цепи обратной связи появляется напряжение, которое приводит к возникновению нового разностного сигнала и повторному включению электродвигателя. Таким образом, тяговый электродвигатель питается импульсным напряжением; сигнал же обратной связи за счет емкости интегрирующего конденсатора С8 равен среднему значению этого напряжения. При этом обеспечивается возможность управления частотой вращения тягового электродвигателя.

Рис. 9. Схема соединения деталей сервоусилителя рулевой машинки модели на монтажной плате.

Конструкция и детали. Дешифратор и сервоусилители рулевой машинки и тягового электродвигателя смонтированы на самостоятельных печатных платах (рис. 8—10). Это позволяет наиболее рационально размещать аппаратуру управления на модели, использовать в каналах управления любой сервоусилитель. Кроме того, если для междублочных соединений использовать разъемы, то облегчится ремонт аппаратуры в полевых условиях.

Во всех каскадах устройства, кроме выходных каскадов сервоусилителей, использованы кремниевые транзисторы КТ315 структуры n-p-n и КТ361 структуры p-n-р (с любым буквенным индексом) с коэффициентом В_ст в пределах 30—120. В выходном каскаде сервоусилителя рулевой машинки применены транзисторы МП38А и МП42Б с В_ст 45—100, в выходном каскаде сервоусилителя тягового электродвигателя — транзисторы ГТ402Б и ГТ404Б с Вот 60—150.

Электродвигатель Ml рулевой машинки самодельный, с пусковым током 10—15 мА и максимальным током потребления от источника напряжением 4,5 В — до 100 мА. Возможно использование микроэлектродвигателей от механических игрушек фирмы ГДР Пико (пусковой ток 40—60 мА, максимальный ток — 150 мА),

Редуктор рулевой машинки имеет передаточное отношение 1:200. Его выходная ось соединена с осью проволочного переменного резистора R39 цепи обратной связи и снабжена тягой для привода в действие руля управления моделью.

Роль тягового электродвигателя (М2) может выполнять любой электродвигатель постоянного тока, работающий от источника напряжением 4,5 В, с током холостого хода 50-100 мА и током при максимальной нагрузке до 600 мА. Перед установкой двигателей необходимо тщательно отшлифовать их коллекторы и притереть щетки для уменьшения искрения.

Рис. 10. Схема соединения деталей сервоусилителя тягового электродвигателя на монтажной плате.

Дроссели Др1, Др2 и конденсаторы С18 и С11 (установлены непосредственно на электродвигателях) образуют фильтры, уменьшающие помехи, создаваемые электродвигателями. Дроссели намотаны на ферритовых кольцах марки 600НН диаметром 10 мм и содержат по 20 витков провода ПЭВ-1 0,35.

Налаживание аппаратуры начинают с установки режимов транзисторов Т1 и Т2 предварительного усилителя дешифратора. Здесь подбором резистора R1 добиваются, чтобы напряжение на коллекторе транзистора Т2 было в пределах 2—3 В. Затем на базу транзистора T1 через конденсатор емкостью 5—10 мкФ подают от генератора НЧ сигнал частотой 500—1000 Гц и амплитудой 0,1—0,2 В и с помощью осциллографа проверяют работу усилителя и триггеров сервоусилителя тягового электродвигателя. Нужные пределы регулировки частоты оборотов тягового двигателя устанавливают подбором резисторов R19 и R20. На коллекторах транзисторов Т3 и Т4 триггера должен быть сигнал прямоугольной формы.

После этого проверяют работу ждущих мультивибраторов обоих сервоусилителей. В точках г и а длительность импульсов при среднем положении движков переменных резисторов R39 и R14 должна быть равна 1 мс. Длительность импульсов устанавливают подбором резисторов R36, R13 и конденсаторов С13 и С4. На это время электродвигатели необходимо отключить, а вместо них включить проволочные резисторы сопротивлением 30—50 Ом.

Окончательную настройку приемной аппаратуры производят при совместной работе с передатчиком. При этом проверяют правильность включения электродвигателей по командам передатчика, а также правильность включения переменного резистора R39 цепи обратной связи. Если рулевую машинку уводит в сторону до упора, то необходимо изменить полярность сигнала обратной связи, поменяв местами провода, идущие к крайним выводам резистора R39. В случае сильных колебаний руля около точки равновесия необходимо уменьшить сопротивление резистора R50 в цепи отрицательной обратной связи сервоусилителя рулевой машинки.

От редакции. Аппаратура пропорционального телеуправления моделями, описанная В. В. Плотниковым, сложная. Поэтому рекомендовать ее надо лишь радиолюбителям, имеющим опыт конструирования дискретной аппаратуры телеуправления.

На принципиальной схеме и рисунке монтажной платы генератора ВЧ передатчика (рис. 1 и 3 в Радио № 8) катушки L1—L4 изображены в экранах. Как показал опыт, экраны лучше удалить, сохранив при этом те же намоточные данные катушек.

На постройку и эксплуатацию передатчика аппаратуры пропорционального управления, как и дискретной аппаратуры, надо иметь разрешение Государственной инспекции электросвязи.