Опорный генератор

л

Расширитель импул!-сов

8г

Рис. 171. Структурная схема регулятора хода.

ометра опорного генератора на среднюю длительность импульса, мы уже вполне можем регулировать частоту вращения серводвигателя от нуля до максимума. Такой двигатель можно использовать в качестве ходового для небольших судовых моделей (длиной около 30 см) . Однако при попытке применить подобный вариант для двигателей больших мощностей сразу проявляются его недостатки (нам потребовались бы, например, ходовая батарея со средним выводом и два одинаковых по мощности транзистора с различным типом проводимости) . Во избежание этих недостатков попробуем найти другое решение.

Основное условие, из которого мы должны исходить, - применение высокоэффективного двигателя с потребляемой мощностью до 250 Вт (10 А/25 В) и возможностью изменения направления вращения, тштаемо-го от одной батареи, без отводов.

Принцип действия регулятора хода рассмотрим сперва с помощью структурной схемы (рис. 171). Многие блоки нам уже знакомы: опорный генератор, переключательное реле, расширитель импульсов, усилитель. Новым для нас является вариант схемы сравнения импульсов.

Для сравнения импульсов воспользуемся логическими схемами базиса И-НЕ. С работой схемы И -НЕ лучше всего ознакомиться с помощью таблицы состояний. Из нее следует: сигнал О на выходе схемы Появится лишь в случае подачи сигналов 1 на оба ее входа. Во всех остальных случаях на выходе будет иметь место сигнал 1 :

Этой логикой мы и воспользуемся для выделения остаточного импульса при сравнении канального и опорного импульсов. Этот способ сравнения импульсов обеспечивает более высокую помехоустойчивость схемы по отношению к импульсным помехам, чем способы сравнения импульсов с помощью переключающего усилителя или сервосистемы. Вышеупомянутое достоинство достигается за счет применения ИС серии ТТЛ и связан-

Хододав батарея

Батарея приемника

Рис. 172. Схема регулятора хода.

Cj. - интегральная схема 74121j ЯС- - интегральная схема 7400, DlOOj - транзистор TUPj - транзистор ВС327, BD136h цр; - транзистор 2N3055, KU606 и др. с радиатором охлаждения; Д^,Д^ -. диоды DUS; Д, -кремниевый диод на \ А\ Р^- реле на 4 или 6 В с контактами, рассчитанными

на большую нагрузку.

Рис. 173. Временнь1е диаграммы напряжений в контрольных точках регулятора хода.

и

и и

Л

а ®

®

Л

л

ного с этим несколько повышенного потребления тока. Для сравнения импульсов с помощью схемы И-НЕ требуются канальные импульсы отрицательной полярности, для чего необходим еще один каскад - инвертор. Сравнение импульсов осуществляют элементы Э, и Э2. Элементы з3 и э4 входят в схему триггера, управляющего работой переключательного реле.

Взаимодействие отдельных функ- ;

циональных блоков становится ясным из рассмотрения принципиальной схемы (рис. 172) и временных диаграмм (рис. 173). Интегральная схема С, вместе с навесными элементами представляет собой ждущий мультивибратор. Длительность генерируемых импульсов в достаточно широких пределах можно регулировать с помощью элементов 4, Cj, подстраивая тем самым схему применительно к нашим требованиям. С помощью резистора к4 длительность опорного импульса устанавливается равной 1,6 мс. Интегральная схема обладает внутренней стабилизацией, поэтому генерируемый ею опорный импульс практически не зависит от напряжения питания и температуры. Таким образом, стабильность опорного генератора зависит только от температурных свойств элементов к4, С2 (поэтому в качестве конденсатора С2 выбирается по возможности тантало-вый электролитический конденсатор). Ждущий мультивибратор запускается положительным перепадом входного импульса, поступающим на вход В (вывод 5 ЯС,), тогда как остальные входы (выводы 3 и 4 MCt) находятся под потенциалом 0. С выхода Q снимается положительный опорный импульс, а с выхода Q - отрицательный. Необходимый для сравнения импульсов отрицательный канальный импульс снимается с инвертора, собранного на транзисторе Ti.

Таким образом, теперь для сравнения импульсов в нашем распоряжении имеются положительные и отрицательные канальные и опорные импульсы.

Предположим сначала, что канальный импульс короче опорного ( кан < tor.) - В этом случае элемент Э2 интегральной схемы Cj сравнивает отрицательный канальный импульс с положительным опорным.

в соответствии с таблицей состояний для схемы И-НЕ сигнал О на ее выходе будет лишь тогда, когда на оба входа поступают сигналы 1 . Но при кан < ton такое состояние возможно лишь при условии, что точка / уже снова находится под потенциалом 1 , а точка 3 еще сохраняет его. Получаемый в результате этого на выходе схемы фавнения отрицательный импульс подается через резистор Kg на расширитель импульсов.

Рассмотрим далее случай, когда tai, > <оп- Теперь элементЭ, сравнивает положительный канальный импульс, поступающий со входа регулятора, с отрицательным опорным, снимаемым с точки 2. На выходе сигнал О будет лишь при условии, что канальный импульс на входе регулятора ещё сохраняет значение 1 , а опорный импульс в точке 2 уже снова принял это значение. Полученный в результате этого отрицательный остаточный импульс поступает через резистор К, на расширитель импульсов.

В третьем случае, когда длительности канального и опорного импульсов равны между собой (кан = *оп)> ни с выхода элемента , ни с выхода элемента Эг остаточных импульсов, управляющих последующими каскадами, не поступает.

Остаточный импульс с максимальной длительностью 0,6 мс повторяется с периодом 25 мс. Для того чтобы регулятор хода в положении Максимальная частота вращения подключал к двигателю также полное напряжение, остаточный импульс длиной 0,6 мс. должен быть растянут до 25 мс. Эту растяжку импульсов осуществляет конденсатор Cg. Через цепочку С\Д2 конденсатор Cg разряжается отрицательным остаточным импульсом пропорционально длительности последнего. В интервале между импульсами (~23 мс) Cg снова подзаряжается через К9, К, о. В случае коротких остаточных импульсов конденсатор Cg разряжается лишь незначительно. Это означает, что заряжается он тоже быстро, и в точке возникает лишь довольно слабо растянутый остаточный импульс. Транзисторами 7з, . . . , 7s растянутый остаточный импульс формируется в прямоугольный и усиливается. Этим импульсом управляется мощный транзистор 7б, через который протекает ток двигателя с максимальным значением 10 А,

В случае длительных остаточных импульсов (например, 0,6 мс) постоянная времени восстановления заряда конденсатора Cg устанавлш-вается с помощью К,о такой, чтобы онсумел полностью зарядиться за время интервала между импульсами (~21 мс). Таким путем мы получаем на Cg растянутые управляющие импульсы с длительностью, точно пропорциональной длительности остаточных (± 0,6 мс). Эти импульсы управляют током двигателя, обеспечивая его вращение в ту или иную сторону.

Электронику надо усовершенствовать таким образом, чтобы при *кан> on двигатель вращался в одну сторону, а при гкан< оп - в

другую. Тогда и скоростью нашей модели можно будет пропорционально управлять при движении как вперед, так и назад. Мы знаем, что при кан *оп остаточный импульс снимается с точки 5, а при {ан > оп - с точки 4. Этими остаточными импульсами можно воспользоваться для управления переключателем полярности, включающим в себя транзистор и реле с двумя контактными группами- (двумя переключающими контактами), которые рассчитаны на ток двигателя 10 А. Переключатель полярности должен реагировать на очень короткие остаточные импульсы, поэтому необходимо позаботиться еще и об электронном блоке, который переключался бы даже при самых коротких остаточных импульсах. В качестве такого блока может быть использован хорошо знакомый нам триггер. Достаточно короткого импульса на одном из его входов, как триггер переключается во вполне определенное состояние. Повторная подача импульса на тот же вход это состояние не меняет. Переключение происхо-,дит лишь при поступлении импульса (пусть даже очень короткого) на другой вход. Такой триггер: называют триггером с установочными входами или RS-триггером. В качестве aKYHBHbix элементов этой схемы используем незадействованные до сйх пор элементы Эз и Э4 интегральной схемы ИС2. Мы уже знаем, что работу логических схем удобно описывать с помощью таблицы состояний. Обозначим входы триггера буквами S (от английского set - установка) и R (от английского reset - сброс), а выходы - буквами Q п Q. Мы уже упоминали, что сигналы с обоих выходов триггера всегда снимаются в противофазе Яруг к другу. Из рассмотрения таблицы состояний

следует, что при подаче на оба входа одинаковых сигналов однозначное состояние схемы не обеспечивается. Поэтому при эксплуатации триггеров подобных комбинаций сигналов на их входах следует избегать.

Из той же таблицы состояний мы видим, что при поступлении сигнала О в точку 5, а следовательно, и на вход5 RS-триггера (свободный вход, элемента Э4), на выходе Q (вывод 6 схемы ИС2), а следовательно, и в точке 7, появляется сигнал 1 . Этот сигнал 1 через 6 подводится к транзистору Т2 и отпирает его,-в результате чего срабатывает реле и двигатель меняет направление вращения. Остаточные импульсы, повторяющиеся через каждые 23 мс, не меняют состояния RS-триггера, Лишь в том случае, когда остаточный импульс появляется в точке 4, т. е. сигнал

Рис. 174. Осциллограммы напряжений в контрольных точках регулятора хода: а - отрицательный канальный импульс, в точке 1; б - опорный импульс в точке 3; в - остаточный импульс в точках 4 или 5; г -растянутый остаточный импульс в точке б; д - управляющий импульс в точке 8; е - импульс тока двигателя при пуске, в точке 9; ж - импульс тока двигателя при поповинной частоте вращения в точке 9; 3 - импульс тока при частоте вращения, составляющей 90% максимальной, в точке 9.

О будет не на входе S, а на входе К, RS-триггер переключается и реле отпускает.

Оба логических элемента в RS-триггере функционально равнозначны, поэтому вход S можно организовать и на элементе Э3. Важно только, чтобы S и Q принадлежали одному и тому же элементу (аНи {) - соответственно другому).

Из всего сказанного можно сделать весьма важный для эксплуатации вывод. Через реле в замкнутом состоянии протекает (в зависимости от типа реле) ток 50-70 мА, сутцественно нагружающий батареи приемника, в результате чего время их работы заметно укорачивается. Поэтому состояние Реле замкнуто выбираем для наименее часто используемого режима хода (задний ход). Состояние ,JPene замкнуто можно установить, перемещая в соответствующую сторону ручку управления на передатчике (направление движения ручки зависит от того, подключен ли резистор /6 к выводу 8 интегральной схемы С2 (выход элемента Э3) или к выводу б (выход элемента ).

С помощью RS-триггера мы, по-существу, привязываем к включенному состоянию реле отфеделенный диапазон отклонений ручки управления на передатчике, причем в случае необходимости эта привязка может регулироваться. Импульсы напряжений в различных контрольных точках схемы показаны на рис. 174. Из их рассмотрения становится ясным, что частота вращетгая двигателя устанавливается не за счет меняющегося по значению постоянного напряжения, а за счет постоянного по знаку пульсирующего напряжения. Длительность импульсов постоянного тока, подводимых к двигателю, мы можем устанавливать пропорциональной отклонению ручки управления на передатчике, а следовательно, можем менять пропорционально и частоту вращения двигателя. К числу достоинств такого процесса регулировки хода относятся улучшение условий разгона двигателя и снижение потерь мощности в установочном транзисторе.

Мы строим Испытаем сперва блоки на экспериментальной

регулятор хода штате. Если есть из чего выбирать, выберем

интегральную схему ИС2 (см. рис. 172) в L-варианте, отличающемся малым потребляемым током. Для надежного управления мощным транзистором транзистор 7; должен иметь макси-альный коллекторный ток /ктах> 500 мА. Мощный транзистор 7б следует выбирать, исходя из его способности обеспечить протекание соответствующего тока двигателя. При эксплуатации моделей необходимо учитывать и то, что транзистор 7б должен быть в состоянии ттереносить значительные перегрузки, в несколько раз превышающие ток двигателя (например, если на судовой винт намотаются водоросли или заклинится ребной вал) Кремниевые транзисторы способны выдерживать кратковременные (до 30 с) перегрузки током, вдвое превышающим номиналь-

M1:i

+ Ч,8В

Батарея приемника

+ 6...2 5

Двигатель

Ходовая ватарея

Рис. 175. Регулятор хода на ИС: а - печатная плата; б - схема расположения деталей.

ный. Весьма способствует этому хорошее охлаждение (большая поверхность радиатора). Для надежности в провод двигателя включается предохранитель 10 А. Соответствующие предохранители вместе с держателями можно приобрести в автомагазинах.

При испытаниях двигатель включим через автомобильную лампочку 12 В/45 Вт. Убедившись в удовлетворительной работе регулятора хода, изготовим печатную плату (рис. 175, а). Для получения более 1фостой конфигурации токопроводов эта плата должна иметь двустороннее металлизированное покрытие. Пять коротких токопроводов нанесены на верхней стороне 1шаты. Их расположение наметим в соответствии со схемой расположения элементов (рис. 175, б). При этом имеет смысл просверлить сперва все точки паек на чистой печатной плате, а затем уже покрывать лаком точки паск и токопроводы. Перенесем на печатную плату все элементы регулятора хода, вплоть до транзистора 1\ (рис. 176). Тран-

Рис. 176. Монтаж регулятора хода на ИС.

Рис. 178. Смонтированный регулятор хода.

Рис. 177. Детали корпуса регулятора хода: а - верхняя часть (жесть); б - нижняя часть (полистирол). >

зистор 1\ из-за необходимости в охлаждении крепится на радиаторе, в роли которого выступает металлическая крышка регулятора хода (рис. 177). Место для переключательного реле выбирается на печатной плате в соответствии с типом применяемого реле и может быть изменено. Для предотвращения взаимных помех контакты реле заблокированы конденсаторами Сю, . . . , С14. ДиодЛз исполняет для мощного транзистора Tf, те же защитные функщти, что и диод Л4 Для реле переключающего усилителя (см. рис. 76). Он необходим, поскольку двигатель представляет собой для 7б индуктивную нагрузку. Печатная плата точно подгоняется к корпусу, в результате чего мы получаем прочную, компактную конструкцию (рис. 178).

По окончании монтажа проконтролируем печатную плату на безупречное исполнение всех паек, а затем проведем первое испытание работоспособности схемы. На этом же этапе проведем и настройку регулятора хода. К клеммам двигателя последовательно с амперметром (5 А) снова вюпочим автомобильную лампочку 12 В/45 Вт. Переменным резистором К4 (см. рис. 172) установим положение переключения. Большей частью оно соответствует среднему положению ручки управления на передатчике. С помощью резистора Яю настраиваем растяжку остаточных импульсов на длительность интфвала. В точке переключения ток должен

быть равным нулю. Своего максимума он должен достигать при отклонении ручки управления на 90°. При этом между точкой 9 и корпусом должно быть приложено полное, не пульсирующее уже более напряжение батареи (за вычетом падения напряжения на /(,). При полной нагрузке транзистор 1\ очень сильно греется. При падении на напряжения I-1,5 В и токе 10 А мощность потерь составляет /=10 15 Вт (почти столько же, сколько требуется для нагревания нашего малого паяльника!) . Отсюда понятно, почему для радиатора транзистора Т^, необходима такая большая поверхность охлаждения.

Регулятор хода требует дня своей работы значительных мощностей, поэтому во избежание выхода прибора из строя при его эксплуатации следует неукоснительно придерживаться некоторых основных правил. Эти правила будут сформулированы ниже вместе с другими рекомендациями по эксплуатации устройства дистанционного управления.

Несколько практических рекомендаций по эксплуатации устройства дистанционного управления

После того как мы приобрели определенный опыт собственноручного изготовления устройств дистанционного управления и в достаточной степени разобрались в их функционировании, нам остается познакомиться с некоторыми правилами эксплуатации этих устройств. Эти правила оправдали себя на практике, их соблюдение оградит нас от досадных неожиданностей.

Как вмонтировать При размещении устройства в модели (даже

устройство в модель jjp свмых первых попытках) не делайте ни-

чего временно. Опыт показывает, что позднее у вас едва ли найдется время заменить временный монтаж более основательным, а ведь такие временные недоделки являются постоянным источником неисправностей. Накопив опыт работы со своим вариантом монтажа и сравнивая этот монтаж с иными вариантами, мы сможем, разумеется, внести в него необходимые изменения. Однако при этом никогда не следует забывать, что обычно простейшее решение самое лучшее. Простое вовсе не означает примитивное; простой вариант монтажа должен быть полноценным во всех отношениях.

Рис. 179. Возможный вариант монтажа антенны на авиамодели.

1 - штыревая антенна; 2 - антенна; 3 - следящая система; 4 - приемник; 5- аккумулятор.