проВлест

Рис. 65. Схема ждущего мультивиа- Рис. 66. Напряжения в контрольных тора. точках ждущего мультивибратора.

лампочка, нужно исключить из схемы транзистор Ti, а эмиттер транзистора Гг замкнуть на корпус. При значениях Л и С, указанных на рис. 64, период колебаний получается около 1,1 с. Свечение и погасание каждой лампочки происходит при этом в одинаковые отрезки времени, равные примерно 0,5 с.

Мы формируем импульсы заданной длительности

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 65. Мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов. В отличие от мультивибратора с самовозб-ждением, где связь между обоими усилительными каскадами емкостная, здесь связь правого плеча с левым емкостная (через Ci), а левого с правым - гальваническая (база транзистора соединена непосредственно с коллектором транзистора Г,). В остальном эта схема напоминает мультивибратор с самовозбуждением не только по структуре, но и по принципу работы. Исследуем ее сперва на экспериментальной плате: собрав схему по рис. 65, будем изменять сопротивление К, от половинного до полного значения.

После кратковременного замыкания тумблера К лампочка зажжется, а затем, спустя некоторое определенное время, вновь погаснет. Длительность свечения устанавливается с помощью Ri. Таким образом, схема имеет одно состояние устойчивого равновесия (исходное положение, когда лампочка не горит) и одно состояние динамического равновесия (рабочий режим, когда лампочка горит) . Напомним, что мультивибратор с самовозбуждением имеет два состояния данамического равновесия (или квазиравновесия), регулярно следующих одно за другим.

Рассмотрим теперь, как работает эта схема. На базу транзистора 7 , с резистора R, поступает постоянное смещение, за счет которого в исходном состоянии Г, находится в режиме насыщения. Транзистор заперт за счет гальванической связи его базы с коллектором насыщенного транзистора Г,. При поступлении на любой из двух входов управляющего импульса определенной полярности жд,ущий мультивибратор скачком

переходит в рабочий режим (состояние квазиравновесия). Для запуска может использоваться, например, отрицательный импульс, подаваемый на базу проводящего в исходном состоянии транзистора Ti. Этот управляющий импульс мы получим путем кратковременного замыкания тумблера К, в результате чего открытый транзистор запирается. Напряжение на его коллекторе скачком возрастает (потенциал 1 ). Этот перепад поступает на базу транзистора и отпирает его. Напряжение на коллекторе транзистора Т2 скачком падает (потенциал О ). Этот отрицательный перепад через конденсатор С, передается на базу транзистора. Tl и поддерживает его в запертом состоянии. Конденсатор Ci разряжается через Rx в течение времени ti =OJRiC, 1,4 с. Когда вследствие разряда напряжение на базе транзистора Ti вновь станет положительным, этот транзистор возвращается в открытое состояние, возникающий на его коллекторе отрицательный перепад (потенциал О ) передается на базу транзистора и запирает его. Длительность состояния квазиравновесия ждущего мультивибратора регулируется подбо^)ом Q и Л,. С помощью Rt одновременно выбирается и рабочая точка с таким расчетом, чтобы в отсутствии запускающего сигнала на входе транзистор Г, находился в состоянии насыщения.

На рис. 66 показаны временные диаграммы напряжений на базе и коллекторе транзистора Т а также на коллекторе транзистора Т2 Независимо от длительности и формы управляющего импульса выходной импульс ждущего мультивибратора получается хорошей прямоугольной формы и определенной длительности, зависящей от параметров схемы.

Теперь познакомимся со схемой, обладающей памятью.

Триггер обладает Дрл взгляде на схему, представленную на

памятью pjj сразу становится ясно, что и здесь

речь пойдет о двух усилительных каскадах на транзисторах Ti и Т2. Однако на этот раз оба каскада связаны между собой гальванической связью (через резисторы Rt и R2) Проведем небольшой опыт. Собрав схему на экспериментальной плате, будем попеременно включать и выключать тумблеры Kt и /fj.

При подключении напряжения питания схема придет в одно из двух возможных устойчивых состояний; например, лампочка JJt горит, Л2 не горит. Если ключ /Г, кратковременно замкнуть, схема скачком перейдет во второе устойчивое состояние: лампочка JJt погаснет, а Л2 зажжется. Это состояние будет сохраняться (схема как бьг запомнит его) до тех пор, пока Не замкнется ключ/Гг. С замыканием ключа/fj схема вновь возвратится в исходное состояние {JJt горит, Лг не горит). В технике такие схемы принято называть триггерами.

Процессы в схеме триггера протекают следующим образом. Предположим, что при включении напряжения питания один из транзисторов, например Г откроется быстрее, чем другой, и лампочка JJt загорится. Напряжение на коллекторе открытого транзистора Г, близко к нулю (потенциал О ) . С выходаЛ, через резистор Rj это напряжение передается на базу транзистора , в результате чего он запирается; на выходе Л 2 напряжение скачком возрастает (потенциал 1 ) .лампочка Л2 него-

0+ ,5 в 3,8В/0,07А

Рис. 67. Схема триггера.

Рис. 68. Напряжения в контрольных точках триггера.

рит. Через резистор этот положительный потенциал поступает на базу транзистора Г, и поддерживает его в открытом состоянии. Если через вход El на базу транзистора Гг подать отрицательный импульс, то состояние схемы не изменится, поскольку база и без того уже находится под запирающим потенциалом, снимаемым с коллектора открытого транзистора Г, через Ri.

Иначе обстоит дело с транзистором Г,. Если через вход подать отрицательный импульс на его базу, то он запрется и лампочка JIi погаснет. Напряжение на коллекторе транзистора Г, скачком возрастает (потенциал 1 ) и, поступая через К, на базу транзистора Tj,отпирает его, лампочка Л г загорается. Триггер переходит, таким образом, в свое второе состояние устойчивого равновесия и выйти из него сможет только при-поступлении отрицательного импульса на вход Е2.

На рис. 68 представлены временные диаграммы напряжений на базах транзисторов T и Г2. Важным для нас является то, что триггер обладает свойством запоминания и может переключаться внешними имульсами.

Мы управляем нашей первой моделыо с помощью импульсов

Под управлением в технике понимают пуск или регулировку каких-либо процессов с помощью управляющих команд. Применительно к дистанционному управлению моделями это означает, что к выполнению соответствующего приказа модель побуждают команды дистанционного управления (например, Разворот вправо или ,JVIoTop стоп ).

При дистанционном управлении несколько технических процессов должны протекать один за другим. Сначала команда, например ,Д>азво-рот вправо , должна быть преобразована в электрический сигнал и закодирована. Это происходит в датчике команд (рис. 69). При необходимости выполнять несколько команд применяют соответствующее число датчиков. Преобразованные в электрические сигналы команды передаются передатчиком команд (ПК) и принимаются приемником команд (ПрК). Последний усиливает сигналы и подает их на исполнительный

ДКг

ДКз

ПрК

-т CKz \

ДКи . .

Рис. 69. Схема дистанционного управления.

ДКц - датчики команд; ПК - передатчик команд; ПрК - приемник команд, CA j, . . ., CR4 - селекторы команд.

механизм (например, на рулевую машинку для управления разворотом модели или переключатель для включения и выключения ходового двигателя) . Кодирование и декодирование могут осуществляться различными способами. Мы рассмотрим сейчас один из них, хорошо зарекомендовавший себя на практике и обладающий таким несомненным преимуществом, как простота технического исполнения.

Любой команде соответствует определенный импульс, который, будучи поданным на переключательное устройство модели, обеспечивает протекание того или иного заранее заданного процесса. Для обеспечения процесса управления длительность командного импульса должна быть переменной, т. е. устанавливаться в некоторых пределах, например от 1,0 до 2,2 мс (рис. 70). Тогда импульсу длительностью 1,0 мс может соответствовать команда ,лъ вправо или ,Двигатель 1 включить , а импульсу длительностью 2,2 мс - команда Руль влево или Двигатель 2 выключить . Средней длительности импульса 1,6 мс может соответствовать среднее (нейтральное) положение руля или команда на выключение обоих двигателей. Однако возможности использования изменения длительности импульсов этим примером не исчерпываются: таким путем можно управлять и другими процессами.

Если мы хотим управлять на расстоянии несколькими функциями модели, то и командных импульсов должно быть несколько, а именно столько, сколько функций. При этом необходимо обеспечить, чтобы все Фзшкции исполнялись одновременно и независимо друг от друга. Такое управление называют совместным. Комбинируя между собой независимые функции, получаем значительно большее число теперь уже зависимых Фзшкций. Для практики это означает, что в любой момент времени может исполняться только одна какая-либо функция. Функционирование моделей с дистанционным управлением, рассматриваемых в настоящей книге, требует совместного управления.

и

Рис. 70. Командные импульсы устройства пропорционального управления: а -импульс средней длительности 1,6 мс; б - наикратчайший импульс 1,0 мс; в -импупьс наибольшей длительности 2,2 мс.

Первый вариант нашего устройства дистанционного управления будет обеспечивать управление на расстоянии лишь двумя функциями, тогда как окончательный его вариант позволит увеличить число функций до семи. По исторически сложившейся традиции такое устройство дистанционного управления принято называть соответственно двух- или семи-канальным. Следует обратить на это внимание, поскольку понятие канал в дальнейшем используется также и в несколько ином смысле.

Технически проблема многоканальной передачи решается таким образом, что командные импульсы длительностью (l ,6 ± 0,б)мс следуют вплотную один за другим и передаются, как телеграмма. Эта телеграмма повторяется через каждый 22 мс, т. е. с частотой около 50 Гц. Передача таких сгруппированных во времени импульсов называется многоканальной передачей с временньш уплотнением каналов (рис. 71). Пауза длительностью 22 - 2,2 7 = 6,6 мс используется для синхронизации декодера на модели с импульсной частью (кодером) передатчика. Благодаря этому достигается то, что в модели через каждые 22 мс командный импульс 1 обязательно появляется на выходе канала 1, даже если управление осуществляется в условиях помех на трассе передачи. Закончив этсРотступле-ние в область теории, займемся постройкой нашей первой системы дистанционного управления и практическим испытанием ее на модели.

(1,6±€,6)мс

ZZMC

Рис. 71. Последовательность командных импульсов для семи пропорциональных каналов.

Генератор канальных Первый ОПЫТ с дистанционным управлением

импульсов проведем для одного канала (для одной функ-

ции) . Прежде всего подумаем, как с помощью известных уже нам схем получить в датчике команд периодически повторяющийся импульс длительностью(1,6±0,б)мс. Для того чтобы каждый импульс выдавался через каждые 22 мс, необходим датчик тактовых импульсов, обеспечивающий соответствующий временной базис. Этот тактовый датчик запускает генераторный каскад, который вырабатывает командные импульсы варьируемой длительности, называемые в дальнейшем канальными. Структурная схема датчика канальных импульсов приведена на рис. 72, а его принципиальная схема - на рис. 73.

Оба последующих усилительных каскада дважды И1йертируют канальный импульс и придают ему хорошую прямоугольную форму. Кроме того, таким путем достигается развязка между генераторным каскадом и подключенным к схеме переключательным устройством, что исключает влияние последнего на длительность импульса.

В качестве датчика тактовых импульсов будем применять мульти вибратор с самовозбуждением, отрегулированный на период повторения

.7 = 0,7К2Сз +0,732 = 1,4- 82кОм- 0,22 мкФ === 25 мс.

При переходе транзистора 72 из закрытого состояния в открытое напряжение на его коллекторе скачком уменьшится и конденсатор начлет перезаряжаться. Транзистор усилительного каскада, именуемый в дальнейшем ключом, запирается, поскольку его база находится теперь под отрицательным потенциалом. Конденсатор С4 разряжается через резисторы R и до тех пор, пока транзистор Г3 спустя время Т = 0,1 {К - + + R8)C\ снова не вернется в открытое состояние. Время пребывания транзистора Т3 в запертом состоянии зависит:

- от емкости конденсатора связи С\, так как он определяет постоянную времени процесса перезаряда;

- от сопротивлений резисторов R и Rf, так как они тоже влияю! на длительность процесса перезаряда;

- 0v величины скачка напряАения на коллекторе транзистора /;. поскольку именно им определяется накапливаемый конденсатором (4 заряд.

С помощью резистора Л7 можно влиять на продолжительность процесса разряда конденсатора С4, устанавливая тем самым пределы изменения длительности командного импульса i0,6 мс. Исходную длительность канального импульса (1,6 мс), соответствующую нейтральному положению руля, зададим, установив в среднее положение подвижный контакт канального потенциометра Rs.

Потенциометр Rs регулирует величину скачка напряжения, который А влияет на продолжительность процесса

Таптвый Генера- ИнВертоа1 ИнВертор1

датчик торный Р* - 2. Структурная схема датчика каналь-

каскай ных импульсов.

Рис. 73. Принципиальная схема датчика канальных импульсов. Ti,... ,Ts - транзисторы TUN.

разряда конденсатора , а значит, и пребывания транзистора в запертом состоянии. Этим удобно пользоваться для изменения длительности канального импульса. Ось потенциометра Rs в дальнейшем будем сопрягать непосредственно с ручкой управления. Изменение длительности импульсов несет информацию о пропорциональном сигнале (о передаваемой команде) соответствующего канала. Таким образом мы получаем командные (канальные) импульсы переменной длительности 7=(l,6± ± 0,6) мс, повторяющиеся через каждые 25 мс. Последующие каскады на транзисторах и усиливают и формируют канальный импульс, придавая ему правильную прямоугольную форму. Схему соберем сперва на экспериментальной плате. Подключив к выходу действующего датчика команд наушники, услышим низкий звук, высота тона которого меняется регулировкой потенциометра Rs. На экране осциллографа получим изобра>кение прямоугольного импульса (рис. 74).

Канальный импульс - носитель информации

Канальный импульс подается на переключающее устройство. В качестве такого устройства может быть использован переключающий усилитель, в структурную схему которого (рис. 75) входят опорный генератор, схема сравнения и переключатели. Командная информация кодируется путем изменения длительности канального импульса на ±0,6 мс. Для вьщеления этой информации из импульса и превращения ее в соответствующую электрическую величину с)ацествуют различные способы. Мы выберем способ сравнения импульсов по длительности, отличающийся простотой и надежность.

Для сравнения импульсов по длительности необходимо в переключающем устройстве выработать эталонный импульс, называемый в технике опорным. Этот импульс будем получать от генератора опорных импульсов (опорного генератора). В качестве такого генератора используется ждущий мультивибратор, запускаемый канальным импульсом и выраба-

н

Рис. 74. Осцилограмма канального импульса.

тывающии опорный импульс определенной длительности. Канальный и опорный импульсы сравниваются в схеме сравнения. Если оба импульса одинаковы по длительности, они взаимно уничтожаются на выходе. При различной их длительности возникает положительный или отрицательный остаточный импульс, который в зависимости от полярности управляет одним из двух подключенных к схеме сравнения переключателей. Подумаем теперь о том, как реализовать указанные функции с помощью известных уже нам электронных схем. Опорный генератор собе рем на транзисторах Ti и Т2 (рис. 76). Этот генератор применяется в даль-нейщем и в других схемах (парусная лебедка и следящая система), в силу чего он несколько отличается от представленного на рис. 65. Емкостная обратная связь осуществляется с помощью конденсатора Ci, гальваническая - с помощью резистора Re - В дальнейщем изменение длительности импульса будет использоваться нами дважды, поэтому рассмотрим сразу оба случая. С помощью R длительность импульсов, вырабатываемых опорным генератором, устанавливается равной средней длительности канального импульса, т. е. 1,6 мс. Потенциометром/?2 длительность импульса можно регулировать в диапазоне от 1,0 до 2,2 мс.

Для того чтобы лучше усвоить последующие объяснения, рассмотрим наряду со схемой временные диаграммы (рис. 77) и осциллограммы напряжений в контрольных точках переключающего усилителя (рис. 78). Положительный канальный импульс сравнивается в точке 2 с отрицательным опорным. Если оба они одинаковы по величине и длительности, остаточный импульс на выходе схемы сравнения отсутствует. Если канальный импульс более длителен, чем опорный, в точке 2 возникает положи-

Л

Схема

Опорный. срабненая генератор

Переключатели

Рис. 75. Структурная схема переключающего усилителя.

Рис. 76. Принципиальная схема переключающего усилителя.

Ти fly Tii, Ts - транзисторы TUN; Г3, Tf, транзисторы TUP; Д1.....Л4 - диоды DUS; Pi, P2 - миниатюрные реле (4-6 В).

тельный остаточный импульс, который отпирает и-/)-п-транзистор Т4. Отрицательный перепад напряжения поступает с его коллектора через К16 на вход транзистора Т^, который также отпирается, а следовательно, срабатывает и реле , включенное в его коллекторную цепь. Однако длительность остаточных импульсов очень невелика, максимум 0,6 мс, а интервал между ними - около 20 мс, поэтому реле вслед за срабатыванием сразу же отпускает, затем снова срабатывает и т. д.; в подобных случаях говорят, что реле трещит . Для устранения этого нежелательного явления необходимо каким-то образом компенсировать паузы между импульсами, т. е. растянуть остаточные импульсы. Эту задачу выполняет конденсатор Q. Когда транзистор открыт. Се быстро заряжается через него до отрицательного потенциала, а в интервалах между импульсами медленно разряжается. Из короткого прямоугольного остаточный импульс преобразуется в протяженный пилообразный. Емкость конденсатора С'б следует выбирать такой, чтобы транзистор Т(, не запирался скачком, а лишь плавно подзапирался, и реле не трещало.

Если канальный импульс окажется короче опорного, в точке 2 возникнет отрицательный остаточный импульс. Теперь проводить ток будет транзистор Тз, а следовательно, и транзистор Ts, база которого через резистор К17 подключена к коллектору транзистора Т3. Сработает реле Pi, включенное в коллекторную цепь транзистора Т^. Растяжку импульса осуществляет в этом случае конденсатор С7.

Рис. 77. Временные диаграммы напряжений в контрольных точках переключающего усилителя.

Offa реле Реле Рг Реле Pf t оВееточены затнуто заыииуто

Рис. 78. Осциллограммы напряжений в контрольных точках переключающего усилителя: а - канальный импульс на входе; б - импульс опорного генератора в точке /; е - остаточный импульс в точке 2; г - растянутый остаточный импульс в точке 3; д - растянутый остаточный импульс в точке 4.

Рассмотренное схемное решение обеспечивает нам то, что в любой момент времени во включенном состоянии может оказаться только одно из двух реле, а в случае равенства длительностей опорного и канального импульсов (при средней длительности канального импульса) оба реле будут выключены.

Датчик канальных импульсов изготовим в виде малогабаритного прибора, который в дальнейшем сослужит нам хорошую службу при испытании работоспособности отдельных блоков устройства дистанционного управления, особенно переключаюшего устройства. Этот прибор будем в дальнейшем называть испытателем сервосистемы.