Принципова схема

Раніше зазначалося, що виключити взаємний вплив каналів можна лише стабілізувавши період повторення канальних імпульсів. В таких схемах командні імпульси формуються чекають мультивібратора, а їх запуск здійснюється імпульсами тактового генератора, який і визначає період повторення.

 

 

На рис. 2.26 наведена схема, в якій реалізовані згадані моменти. Пунктиром обведена частина схеми, що забезпечує двоканальне управління. Період повторення командного посилки Тп обраний рівним 10 мс, тривалості канальних імпульсів в нейтральному положенні ручок управління т0 = 1,5 мс, діапазон зміни канальних імпульсів Дт = ± 0,5 мс.

Вихідні імпульси мають позитивну полярність і амплітуду U = 5 В. При необхідності кількість каналів можна збільшувати аж до восьми, підключаючи додаткові секції до правої частини схеми. Період повторення при цьому необхідно збільшити до 20 мс.

Принцип дії

Розглянемо роботу складових частин схеми. На транзисторах VT1, VT2 та елементах, що їх оточують, зібраний тактовий генератор. Він формує короткі позитивні імпульси, наступні з необхідним періодом повторення Тп. Імпульси знімаються з катода діода VD3 і надходять на запуск чекає мультивибратора першого канального імпульсу.

Тактовий генератор працює таким чином. При подачі живлячої напруги починає заряджатися конденсатор С2 (від позитивної клеми джерела живлення, через резистор R3 і ділянка «База-емітер» транзистора VT1 на корпус). Струм заряду в перший момент максимальний і створює на базі транзистора напруга близько 1 В.

На рис. 2.27, а добре видно, що цієї напруги достатньо для підтримки транзистора у відкритому стані, так як воно перевищує і'о (напруга відмикання транзистора). Величина зарядного струму в перший момент дорівнює t / nHT / (R3 + опір ділянки «база-емітер») і достатня для перекладу транзистора в режим насичення. Напруга на його колекторі, як наслідок, практично дорівнює нулю (рис. 2.27, в). До колектора підключена база транзистора VT2, який в результаті надійно замкнений.

 

 

Струм через нього не тече, і тому напруга на резисторі R4, воно ж іе2, практично дорівнює нулю (рис. 2.27, г). Напруга на конденсаторі С2 наростає по експоненті (рис. 2.27, а), так як постійна часу заряду т3 = R3C2 невелика. Струм заряду, навпаки, зменшується, викликаючи зменшення напруги на базі транзистора VT1 (рис. 2.27, б). У момент часу tj це напруга досягає напруги замикання U6o, і починається лавиноподібний процес «перекидання» схеми.

Звернемо увагу на те, що конденсатор С2 до цього моменту зарядився до напруги, близького до напруги джерела живлення (в розглянутому прикладі це приблизно 4,2 В, як видно з

рис. 2.27, а) таким чином, що на його правою обкладці утворився позитивний потенціал. Як тільки VT1 ??починає замикатися, напруга на його колекторі, а значить і на базі VT2, починає зростати (рис. 2.27, в), приводячи до відмикання транзистора VT2 і, як наслідок, до зменшення напруги на його колекторі.

Це стрибкоподібне зменшення передається через конденсатор С2 на базу транзистора VT1, ще сильніше знижуючи напругу на ній, що викликає ще більше зростання напруги на його колекторі і т. д. Процес сам себе «підштовхує», тобто розвивається лавиноподібно. Закінчується він тим, що транзистор VT2 повністю відкривається, a VT1 – закривається. Опором ділянки «колектор-емітер» відкритого VT2 можна знехтувати.

Через транзистор протікає струм і створює на резисторі R4 напруга порядку 3,3 В (рис. 2.27, г). Зауважимо, що його величина визначається співвідношенням опорів резисторів R3 і R4. Можна вважати, що права обкладка конденсатора С2 через відкритий VT2 підключена до верхнього висновку резистора R4. Негативно заряджена ліва обкладка конденсатора підключена до бази VT1. Таким чином між базою VT1 і корпусом виявляються послідовно включеними дві напруги: негативне з конденсатора С2 (4,2 В) і позитивне з резистора R4 (3,3 В).

Результуюче напруга на базі VT1 в момент tj очевидно буде негативним і має величину Ux = -4,2 +3,3 = -0,9 В (див. рис. 2.27, б). Ця напруга надійно утримує транзистор VT1 в замкненому стані, а велика напруга на його колекторі – транзистор VT2 у відкритому стані.

Конденсатор С2 починає розряджатися через повністю відкритий VT2 і резистор R2. Напруга на ньому зменшується, як наслідок, напруга на базі VT1 зростає (інтервал tj -12 на рис. 2.26, а, б). Весь цей час через резистор R4 протікає струм, забезпечуючи формування на ньому позитивного імпульсу (рис. 2.27, г). Процес припиниться, як тільки напруга на базі VT1 досягне величини U6o (момент t2 на графіках).

Транзистор VT1 почне відкриватися, що призведе до зменшення напруги на його колекторі і на базі VT2. Останній

почне закриватися, стрибок напруги на його колекторі через конденсатор С2 передасться на базу VT1, ще сильніше його відкриваючи, і т. д. Відбудеться лавиноподібне перекидання схеми у вихідне стан, почнеться заряд конденсатора С2, і все повториться спочатку. Оскільки транзистор VT2 виявиться замкненим, стане рівним нулю і напруга на резисторі R4 (рис. 2.27, г).

Період повторення імпульсів є сумою тривалостей позитивного і негативного вихідних імпульсів. На тривалість негативної фази впливає тільки постійна часу ланцюга заряду конденсатора С2 і величина напруги U6o. Ця напруга для більшості малопотужних транзисторів приблизно однаково і становить величину 0,6-0,8 В для кремнієвих транзисторів і 0,4-0,5 В для германієвих.

Звідси можливості з управління тривалістю: зміною величини С2 або R3. Необхідно мати на увазі, що збільшення R3 буде одночасно зменшувати амплітуду вихідних імпульсів, що знімаються з R4, так що тут можливості невеликі. Тривалість буде залежати і від напруги живлення каскаду, що, скоріше, можна віднести до недоліку схеми.

Тривалість позитивної фази, як це видно з рис. 2.27, б, залежить величини иг і від швидкості розряду конденсатора С2 через резистор R2. Uu в свою чергу, можна змінювати, змінюючи співвідношення опорів R3 і R4, що, очевидно, буде впливати і на амплітуду вихідних імпульсів. Останнє небажано. Зручніше змінювати постійну часу ланцюга розряду конденсатора за допомогою R2, що і передбачено в схемі.

Імпульси з емітера VT2 подаються на дифференцирующую ланцюг С4-R6, на виході якої формуються два коротких сплеску, відповідних переднього і заднього фронтах позитивного імпульсу (Рис. 2.27, д). Негативні сплески зрізаються діодом VD3, а позитивні, відстань між якими дорівнює періоду повторення, подаються на запуск чекає мультивибратора першого каналу. Режим мультівібратор зібраний на транзисторах VT3, VT4.

 

 

Повністю аналогічний йому мультивибратор другого каналу, який буде запускатися заднім фронт першого канального імпульсу. Як маніпулятора в пристрої використано стандартний комп'ютерний джойстик типу F-102, в якому зроблені невеликі доопрацювання. Джойстик містить два потенціометра по 100 кОм.

До кожного з них припаюються по чотири резистора (рис. 2.26) для забезпечення необхідного діапазону зміни тривалостей імпульсів при відхиленні ручки джойстика в крайні положення. Відхилення ручки вперед-назад змінюють швидкість і

напрям обертання тягового двигуна моделі, а поперечні відхилення-відповідно кут повороту рульового пристрою.

Джойстик підключається до командоапарата через штатний роз'єм, відповідна частина якого розпаяна на з'єднувачі XI. 1 і XI.2. Природно органи управління можна оформити будь-яким іншим, зручним для моделіста способом. Корисно при цьому зберегти номінали резисторів маніпуляторів.

Запуск мультивібратора відбувається позитивними імпульсами, поданими на базу транзистора VT4. Початковий стан схеми, що передує подачі синхроімпульса, таке (інтервал 0-tj на рис. 2.28). Транзистор VT3 відкритий і насичений за рахунок подачі на його базу позитивного зсуву від джерела живлення через підлаштування резистор R7. Напруга це трохи перевищує напруга відмикання U6o (рис. 2.28, б).

Потенціал колектора при цьому дуже невеликий (рис. 2.28, в). Частина цього потенціалу передається на базу транзистора VT4 через резистор R9 і вона істотно нижче напруги відмикання (рис. 2.28, д). Як наслідок, транзистор замкнений, і напруга на його колекторі дорівнює напрузі живлення (рис. 2.28, е). Права обкладка конденсатора С5 має потенціал бази транзистора VT3. що становить приблизно 0,8 В.

Ліва обкладка через контакт 2 роз'єми XI.1 підключена до движку потенціометра, що знаходиться в джойстику, і її потенціал визначається поточним положенням движка. У розглянутому прикладі це приблизно 2,6 В. Таким чином, конденсатор під час попереднього тривалого проміжку часу був заряджений до напруги Uc5 = 2,6 – 0,8 = 1,8 В (рис. 2.28, г). Схема знаходиться в стійкому стані.

У момент часу tl короткий позитивний імпульс з виходу диференціюються ланцюга через діод VD3 надходить на базу VT4 (рис. 2.28, а). Починається лавиноподібний процес перекидання схеми. Дійсно, цей імпульс, перевищивши поріг U6o, викликає початкове відмикання VT4. Напруга на його колекторі стрибкоподібно зменшується. Цей негативний стрибок напруги через діод VD2 і кон

денсатор С5 передається на базу VT3, забезпечуючи початок його замикання.

Збільшується на колекторі напругу через резистор R9 потрапляє на базу VT4, відкриваючи останній, і т. д. У результаті транзистор VT4 виявляється відкритим. Через малий опір ділянки «колектор-емітер» цього транзистора і діод VD2 ліва обкладка (позитивно заряджена) конденсатора С5 підключається до корпусу. До бази VT3 і раніше залишається підключеною негативно заряджена про ють ад ка цього конденсатора, що надійно замикає транзистор (рис. 2.28, б), забезпечуючи на його колекторі високий потенціал, частина якого, будучи прикладеною до бази VT4, надійно утримує його у відкритому стані (рис. 2.28, д).

Напруга на виході схеми практично дорівнює нулю (рис. 2.28, в). Далі починається стадія формування першого канального імпульсу. Конденсатор С5 перезаряджається по ланцюгу: плюс джерела харчування, резистор R7, діод VD2 і відкритий транзистор VT4. Напруга на ньому зменшується і, як наслідок, підвищується потенціал бази VT3 (інтервал tj – t2 на рис. 2.28, б). Коли конденсатор перезарядитися до такої міри, що результуюче напруга на базі досягне величини (/ бо (момент t2), транзистор VT3 почне відкриватися, і станеться зворотне лавиноподібне перекидання схеми.

На колекторі VT4 буде сформований негативний імпульс, тривалість якого залежить як від постійної часу перезарядження C5R7, так і від величини початкового (в момент tj) напруги на конденсаторі С5. Зміна постійної часу за допомогою R7 використовується при установці середнього значення тривалості командного імпульсу в процесі настройки, а зміна вихідного напруги на конденсаторі за допомогою движка потенціометра джойстика – для регулювання тривалості в процесі управління моделлю.

Після диференціювання негативного імпульсу ланцюгом С7, R12, R13 короткий позитивний імпульс, відповідний задньому фронту канального, подається через діод VD7 на запуск формувача другий канального імпульсу, схема

якого повністю аналогічна щойно розглянутої. Усі наступні формувачі влаштовані однаково.

Формувач командного посилки забезпечує створення на свій вихід прямокутних позитивних імпульсів стандартної тривалості 0,5-0,6 мс, тимчасове положення яких повинне збігатися з кордонами між канальними імпульсами. Реалізований він на трьох інвертора мікросхеми DDI.

Перший імпульс повинен відповідати переднього фронт першого канального імпульсу. Для його формування негативний командний імпульс з колектора VT4 інвертується елементом DD1.1 і подається на дифференцирующую ланцюг СЗ, R5. Короткий позитивний сплеск з її виходу через розв'язують діод VD1 надходить на нормалізатор тривалості і амплітуди, зібраний на інших двох елементах мікросхеми. Сюди ж подаються (через діод VD5) позитивні сплески з виходів дифференцирующих ланцюгів С7, R12, R13 і С11, R19, R20.

Вони, як неважко переконатися, відповідають закінченням пер-вогоивторогоканальныхимпульсовсоответственно (ріс.2.29, а, б). Графік напруги на вході елемента DD1.2 зображений на рис. 2.29, в. Оскільки цей вхід з'єднаний з корпусом через резистор R26, то за відсутності вхідних сигналів на його виході (вивід 10) напруга відповідає логічній одиниці (+5 В). Логічні елементи серії КМОП переходять як з одиничного стану в нульове, так і навпаки, коли вхідна напруга перетинає рівень, приблизно дорівнює половині напруги живлення (2,5 В).

В результаті на виведення 10 DDI формуються короткі негативні імпульси негативної полярності (рис. 2.29, г). На час дії цих імпульсів нижня обкладка конденсатора С6 через діод VD4 підключається до корпусу, викликаючи швидкий розряд конденсатора. Потім слід його заряд через великий опір R10 (рис. 2.29, д).

У моменти перетину напругою на конденсаторі рівня 2,5 В відбуваються перекидання елемента DD1.3, в результаті чого на його виході формуються позитивні імпульси.

 

 

Тривалість цих імпульсів визначається, як це видно з малюнка, постійної часу ланцюга заряду конденсатора С6, і при настройці встановлюється рівною 0,5-0,6 мс підбором величини або С6, або R10. Конденсатор С8, встановлений на виході, трохи завалює фронти формованих імпульсів, тим самим звужуючи їх спектр.

Необхідно це для того, щоб активна ширина спектра випромінюваних сигналів, яка і при амплітудної, і при частотної модуляції залежить від ширини спектра модулюють імпульсів, не перевищувала дозволеної ДІЕ величини. Резистор R14 перешкоджає шунтування цим конденсатором варикапа

 

 

задає генератора передавача (при ЧМ). При амплітудної модуляції вихідні імпульси подаються зазвичай на базу транзисторного ключа, в цьому випадку резистор грає роль обмежувача струму бази, і його величину необхідно зменшити до 10-15 кОм.

Деталі та конструкція

Варіант друкованої плати для двоканальної апаратури зображений на рис. 2.30. Пунктирною лінією на ній зображена перемичка, яку необхідно впаяти з боку розташування деталей. До використовуваним деталей ніяких особливих вимог не висувають, за винятком конденсаторів, що стоять в ланцюгах формування тимчасових інтервалів (С2, С5 і С9). Тут краще всього використовувати плівкові, наприклад типу К73-17, К73-16В. Конденсатори СЗ, С4, С6, С7 і ЗІ встановлені в дифференцирующих (інтегруючих) ланцюгах і теж повинні бути стабільними.

Якщо використовувати на їх місці керамічні конденсатори типу КМ-6, то з низьким температурним коефіцієнтом ємності (група не нижче М1500). Замість мікросхеми K561JIE5 можна застосувати K561JIA7. Транзистори – на КТ3102 з будь-якою буквою, або їм аналогічні. Діоди підійдуть будь-які малогабаритні. Якщо замість джойстика будуть використовуватися ручки управління іншої конструкції, то в них можна встановити по одному потенціометра на 33 кОм, виключивши додаткові постійні.

Оскільки ці потенціометри будуть експлуатуватися в інтенсивному режимі, доцільно застосовувати СП4-1. Підлаштовані резистори-типу СПЕ-38, але можна використовувати будь-які малогабаритні, змінивши відповідно настановні розміри на платі. З метою економії місця останні можна замінити постійними резисторами, попередньо (в процесі настройки) підібравши необхідні номінали.

Налаштування

Налаштування зводиться до встановлення необхідних тимчасових параметрів. Підключивши осцилограф до емітером транзистора VT2 і включивши харчування, необхідно потенціометром R2 встановити період проходження спостережуваних імпульсів рівним 10 мс (для двоканального варіанти) або 20 мс (для восьмиканального). В останньому випадку доведеться збільшити ємність конденсатора С2 до 0,5 мкФ. Співвідношення длительностей позитивних і негативних імпульсів значення не має.

Далі щуп осцилографа підключається до колектора VT4. На екрані повинні спостерігатися негативні прямокутні імпульси (рис. 2.29, а). Встановивши ручку управління в середнє положення, підстроєним резистором R7 необхідно домогтися тривалості імпульсів рівної 1,5 мс. Відхиливши ручку управління в крайнє положення, перевірити величину зміни тривалості.

Якщо Дт менше 0,5 мс, утримуючи ручку управління в нейтральному положенні, необхідно повернути вісь потенціометра (або його корпус) на невеликий кут. Повертати необхідно таким чином, щоб частина опору, включена між контактами 2 і 3 роз'єми XI. 1, збільшувалася. При цьому збільшиться вихідна тривалість канальних імпульсів. Її необхідно повернути до значення 1,5 мс, змінюючи опір R7.

Маніпуляції проводяться до тих пір, поки методом послідовного наближення не будуть задоволені одночасно і вимоги до вихідної тривалості, і до величини Дт. Якщо Дт більше 0,5 мс, процедури аналогічні, але корпус потенціометра потрібно повертати в зворотний бік. Якщо тривалість вихідних імпульсів командного посилки (висновок 11 DDI) істотно відрізняється від 0,5 мс, її коректують підбором або конденсатора С6, або резистора R10.

Дніщенко В. А.

500 схем для радіоаматорів. Дистанційне керування моделями.
СПб.: Наука і техніка, 2007. – 464 е.: мул.