Система радиоуправления моделями "Радиопроп"

Моделист-конструктор 1987 № 01

Моделисты, ещё не достигшие вершин мастерства, с удовольствием изучают материалы о радиоуправляемых. К сожалению, этим зачастую и ограничивается их знакомство с интереснейшими классами моделей с дистанционным управлением. Как ни заманчиво заняться такими, но аппаратура... Руководитель кружка вряд ли доверит сложный и дорогостоящий прибор новичку, а простую и недорогую спортивную аппаратуру наша промышленность пока не выпускает.

Ориентируясь именно на потребности начинающих радиомоделистов, редакция обратилась с просьбой к одному из ведущих специалистов Центрального автосудомодельного клуба ДОСААФ - старшему тренеру сборной команды СССР по судомодельному спорту, мастеру спорта международного класса С. Чухаленко с просьбой спроектировать несложную, аппаратуру для начинающих. С. Чухаленко удалось создать простой в изготовлении и настройке прибор, собрать который по силам радиолюбителю средней квалификации. Как показали испытания, «Радиопроп» - так называется эта аппаратура пропорционального управления - не уступает по своим качествам «фирменной».

Рис. 1. Принципиальная схема передатчика
(VT1 - VT7, VT9, VT12, VT13, VT14 - КТ315Б; VT8 - КГ361Б; VT10 - КТ311В; VT11 - КТ904A; VD4 - КС156А).

Четырёхкомандная аппаратура пропорционального управления, с устройством и технологией изготовления которой мы хотим вас познакомить, предназначена для установки на авто-, авиа- и судомодели. Она позволяет работать одновременно нескольким подобным передатчикам, если разница между соседними каналами будет составлять не менее 50 кГц в разрешённом для управления моделями диапазоне частот (26,965-27,275 и 28,0-28,200 мГц). Выходная мощность передатчика - 300 мВт, модуляция амплитудная, глубиной не менее 80%, чувствительность приёмника - 25 мкВ, ослабление по зеркальному каналу - 10 дБ, промежуточная частота - 465 кГц ослабление сигнала при расстройке несущей частоты на 10 кГц - 30дБ,на 20кГц - 60дБ.

Радиус действия «Радиопропа», установленного на модель с двигателем внутреннего сгорания, - до 300 м; на моделях с электроприводом он уменьшается до 50 м - сказывается влияние помех от двигателя.

«Радиопроп» позволяет пропорционально изменять обороты ходового электродвигателя и направление его вращения, при этом пусковой ток не должен превышать 1 А, а напряжение 12 В. Можно коммутировать и более мощные двигатели, но управлять ими придётся через демпфирующий узел, например через обычную рулевую машинку. Скорость вращения ходового двигателя в таком случае регулируется изменением сопротивления в цепи якоря либо подключением его поочередно к различным по величине источникам напряжения.

Передатчик

Принципиальная электрическая схема передатчика изображена на рисунке 1. Он состоит из шифратора команд, собранного на транзисторах VT1-VT6, задающего генератора высокой частоты (VT10), усилителя мощности высокой частоты (VT11). стабилизатора напряжения (VT7-УТ9) и схемы контроля напряжения питания и высокой частоты (VT13-VT14).

Схема шифратора позволяет реализовать пропорциональное управление, при этом используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с временным разделением каналов управления и синхропаузой. Такая система кодирования сейчас наиболее распространена. На рисунке 2 показана эпюра напряжения на коллекторе моделирующего транзистора VT12, а на рисунке 3 - эпюра напряжений на коллекторах транзисторов VT2-VT6.

Период повторения информации Ткадр=20 мс задаёт мультивибратор, выполненный на транзисторах VT1-VT2. Длительность импульса на коллекторе VT3, несущая информацию для первого канала управления, зависит от величины ёмкости конденсатора С8, сопротивлений резисторов R8 и R7, а также от положения движка потенциометра R5. Импульс на коллекторе VT3 появляется при прохождении заднего фронта напряжения на коллекторе VT2 - в момент перехода VT2 из закрытого состояния в открытое (на рисунке 3 этот момент времени обозначен t0). Конденсатор С8, заряженный до этого по цепи эмиттер - база VT3, С8, R5 примерно до 5 В (напряжение питания шифратора - 5,5 В), начинает разряжаться по цепи R7, R8, С8, R5, коллектор-эмиттер VT2 приблизительно до 2,2 В, если движок R5 находится в середине резистора. В момент разряда С8 к базе VT3 прикладывается отрицательное напряжение относительно его эмиттера и он находится в закрытом состоянии. Если движок потенциометра R5 переместив вниз (по схеме), то напряжение, до которого будет разряжаться С8, уменьшится (напряжение заряженного конденсатора практически не меняется), следовательно, увеличится время разряда С8, а с ним и длительность импульса на коллекторе VT3.

Импульс на коллекторе VT4 появляется аналогично импульсу на VT3, но только после того, как VT3 перейдёт в открытое состояние.

Задними фронтами импульсов напряжений на коллекторах VT2-VT4 (в момент их перехода из закрытого состояния в открытое) через дифференцирующие цепочки RC С7, R6; С11, R10, C15, R14 и буферные диоды VD1-VD3 запускается одновибратор VT5, VT6. Он генерирует импульсы постоянной длительности tи=250-300 мкс с постоянным периодом повторения tкадр=20 мс, но с разными интервалами между собой tк1 и tк2 (см. рисунок 3), зависимыми от положения ручек управления, связанных с движками потенциометров R5 и R9. Для синхронизации работы импульсных блоков передатчика и приёмника используется удлиненная пауза между импульсами (синхропауза) продолжительностью не менее 8 мс.

Рис. 2. Эпюра напряжения на коллекторе модулирующего транзистора VT12.

Рис. 3. Эпюры напряжений на коллекторах транзисторов VT2-VT6

Импульсы с коллектора VT5 одновибратора подаются на базу модулирующего транзистора VT12, который управляет током в цепи эмиттера задающего генератора высокой частоты на транзисторе VT10. Стабилизация высокой частоты осуществляется кварцевым резонатором РК-1, а её усиление - транзистором VT11. Антенна передатчика подключена к выходу усилителя (коллектор VT11) через двойной П-фильтр (С28, L1, С31, С32, L2, С33), обеспечивающий подавление высших гармоник несущей частоты передатчика.

«Удлинительная» катушка L3 служит для согласования антенны с выходным каскадом передатчика. Пороговое устройство, собранное на транзисторах VT13 и VT14 и на стабилитроне VD4, предназначено для контроля напряжения питания передатчика. Стоит ему снизиться до 6,5 В, как загорается сигнальная лампа ЛН-1. При подключении её кнопкой КН1 на выход П-фильтра можно контролировать высокочастотное излучение.

Стабилизатор напряжения питания шифратора собран на транзисторах VT7-VT9. Его особенность в том, что выходное напряжение при повышении температуры падает и при уменьшении - растёт. Это необходимо для стабильной работы шифратора. Для устранения влияния на работу шифратора высокой частоты базы и коллекторы транзисторов VT1-VT6, VT12 и VT13 зашунтированы конденсаторами, подключёнными к транзисторам на минимальном расстоянии от выводов.

Детали. Транзисторы VT1-VT6, VT7, VT9, VT12, VT15 и VT14 могут быть заменены на любые кремниевые с коэффициентом усиления не менее 50. В схеме шифратора лучше всего использовать транзисторы типа КТ342 или КТ3102.

В стабилизаторе напряжения транзистор VT8 можно заменить на КТ326 или КТ203, a VT10 в задающем генераторе высокой частоты - на КТ312Б или КТ316Б. Транзистор VT11 (КТ904А) может заменяться на КТ606А, КТ606Б или КТ904Б.

Постоянные резисторы - любого типа, мощностью не менее 0,125 Вт. Переменные резисторы R5 и R9 - СП-1-A, a R2, R7 и R11 - любого типа, поскольку после настройки шифратора их можно заменить на постоянные.

Конденсаторы С2 и С5 - типа К53-1; С8, С12 и С17 - БМ-МБМ; С21 и С36 - К53-1, К50-6 или ЭТО-1, остальные - типа КМ, КТ-1Аа, КЛС.

Диоды VD1-VD3 - кремниевые, типа Д219, Д220, КД503, КД102.

Для дросселя ДР-1 используется резистор МЛТ-0,25 или КИМ-0,125 сопротивлением 4,7-6,2 кОм, на нём виток к витку намотаны 24 витка провода ПЭЛ-0,1. Дроссель ДР-2 - 50 витков провода, намотанного внавал на резисторе номиналом не менее 10 кОм. Дроссель ДР-3 - 24 витка того же провода на резисторе сопротивлением 1 кОм. Катушки индуктивности L1 и L2 без каркаса, провод ПЭЛ-0,5. Диаметр катушек 8 мм, намотка без разрядки, виток к витку. Катушка L3 намотана проводом ПЭЛ-0,16 на каркасе диаметром 0,5 мм и имеет 15 витков без разрядки; сердечник СЦР с резьбой М4.

Дроссели ДР-1 - ДР-3, а также катушки индуктивности L1-L3 необходимо заливать эпоксидной смолой.

Телескопическая антенна должна иметь длину 1,2-1,5 м. Индикаторная лампа контроля напряжения и высокочастотного излучения - любого типа на напряжение 3-12 В и ток до 50 мА. Схема контроля напряжения питания и высокой частоты может быть заменена на другую, где используется измерительная головка, например от транзисторного магнитофона на номинальный ток до 1 мА (рис. 4).

Конструкция. Корпус передатчика склеивается дихлорэтаном или составом ПС из листового полистирола толщиной 3 мм и покрывается самоклеящейся плёнкой или искусственной кожей.

На лицевую панель прибора выносятся: ручки управления, вращающие оси потенциометров R5 и R9, выключатель питания ВК1, кнопка контроля высокочастотного излучения КН1, индикаторная лампа (или измерительный прибор), гнездо для подключения антенны, ручки триммеров, соединённые с корпусами потенциометров R5 и R9. Оси потенциометров должны поворачиваться на 70-80°, а корпуса их, соединённые с ручками триммеров, на 14-16°. На ручке управления, ответственной за привод руля направления, закрепите пружину, возвращающую рычаг в нейтральное положение, это значительно облегчит управление моделью.

Питание передатчика - от двух плоских батарей типа 3336 или «Планета-1». Для их установки или замены задняя крышка передатчика выполняется съёмной. Чтобы обеспечить надёжное соединение батарей с передатчиком, используются ножевые контакты от приборных разъёмов. Удобно использовать в качестве источника питания аккумуляторы типа Д-0,55 или ЦНК-0,45 (7 элементов). Для их подзарядки необходимо вывести на корпус клеммы или разъём.

Детали передатчика монтируются на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 1,5х63х140 мм.

Рис. 4. Принципиальная схема контроля напряжения и ВЧ-излучения с использованием измерительного прибора.

Рис. 5. Принципиальная схема индикатора напряжённости поля.

Рис. 6. Изображение модулированных ВЧ-колебаний на экране осциллографа.

В высокочастотном блоке соединения между элементами выполняются по возможности короткими. Оси катушек L1 и L2 перпендикулярны друг другу и параллельны плате, ось L3 перпендикулярна плате, сама же катушка должна соединяться с гнездом подключения антенны проводом минимальной длины.

Контакты потенциометров R5 и R9 желательно соединять со схемой проводами в экране: один конец припаивается к корпусу потенциометра, а другой - у эмиттера транзисторов VT2 и VT3. Высокочастотный транзистор VT11 закрепляется на радиаторе - медной пластине толщиной около миллиметра с габаритами 10х80 мм.

Настройка. Потенциометры R2, R5, R7, R9 и R11 устанавливаются в среднее положение, кварцевый резонатор извлекается из разъёма, предусмотренного для быстрой его замены. Передатчик подключается к источнику питания с регулируемым стабилизированным напряжением. Потребляемый ток при напряжении 9 В не должен превышать 40-45 мА. Уменьшая напряжение, нужно определить его уровень, при котором загорается лампа ЛН1. Для питания передатчика от батарей - это 6,5 В, от аккумуляторов - 7,7 В. Уровень напряжения, при котором будет загораться этот индикатор, подбирается с помощью резистора R34, а яркость - R30.

Затем вновь устанавливается напряжение питания 9 В. Проверяется величина напряжения стабилизированного питания шифратора: оно должно составить 5,5-5,7 В между коллектором транзистора Т8 и эмиттером Т7 (регулировка - резистором R20).

Следующий этап - настройка периода повторения серии импульсов. К коллекторам транзисторов VT2-VT6 подключается осциллограф (например, типа С1-55, С1-65 или С1-49) и резистором R2 выставляется Ткадр =20 мс (см. рисунок 3). Если это не удаётся, необходимо поменять С2 или С5, а затем при среднем положении движка R5 установить на коллекторе VT3 потенциометром R7 длительность импульса tк1 = 1,5 мс. Поворачивая ручкой управления ось потенциометра R5, можно изменить tк1 в пределах от 1 до 2 мс. Если эта разница меньше 1 мс, необходимо сдвинуть среднее положение движка потенциометра R5 к шине +5,5 В и наоборот, после чего вновь придётся установить tк1 =1,5 мс подстройкой потенциометра R7.

Длительность импульса на коллекторе транзистора VT4 - tк2 = 1,5 мс устанавливается аналогично длительности tк1. Резистором R16 подбирается длительность импульсов tи=250-300 мкс на коллекторе транзистора VT6.

Очередь за высокочастотным блоком. Подключается кварцевый резонатор; потребляемый передатчиком ток должен возрасти до 120-200 мА (сердечник катушки L3 вывернут). При нажиме на кнопку КН1 индикаторная лампа ЛН1 должна загореться. Вращая ротор подстроечного конденсатора С32, добиваются её максимального свечения. Если добиться этого невозможно, следует заменить конденсатор С31.

Теперь надо настроить катушкой L3 антенну на максимальное излучение высокой частоты, при этом питать передатчик необходимо от батарей или аккумуляторов. Потребляемый ток контролируется миллиамперметром, а уровень ВЧ-излучения осциллографом, выходной кабель которого подключается к катушке из 5-8 витков провода ПЭЛ-1,0 (диаметром 30-40 мм), расположенной в полуметре от передатчика. Можно воспользоваться индикатором напряженности поля - такой же катушкой, подключенной через диод типа VD9 к микроамперметру на 50-100 мкА (рис. 5).

При вворачивании сердечника катушки L3 напряжённость ВЧ-излучения должна увеличиться, а потребляемый передатчиком ток уменьшится до 120-150 мА. Остаётся лишь проверить форму промодулированных ВЧ-колебаний - сделать это можно с помощью осциллографа и описанной выше катушки. При этом на экране должна быть видна размытая широкая полоса, прерываемая модулирующими импульсами (рис. 6).

Если закоротить пинцетом эмиттер и коллектор транзистора VT12, ВЧ-излучение должно быть максимальным и без перерывов, а при соединении эмиттера с базой исчезнуть. Окончательная настройка передатчика проводится с отключенным миллиамперметром и всеми контрольными проводниками, передатчик находится в руках у оператора. При этом подстройкой L3 добиваются максимального ВЧ-излучения.

В состав аппаратуры пропорционального управления, устанавливаемой на модели, входят: приёмник, дешифратор, усилитель управления рулевой машинкой и усилитель управления ходовым электродвигателем.

Приёмник и дешифратор

Принципиальная электросхема этих устройств показана на рисунке 8. Приёмник построен по супергетеродинной схеме. Входной контур L1C1 настроен на частоту работы передатчика в диапазоне 26,965-27,275 МГц или 28,0-28,2 МГц, связь с антенной через конденсатор С2 = 10 пФ. От величины его ёмкости зависит чувствительность приёмника и избирательность по зеркальному каналу. При увеличении С2 первый показатель растёт, второй ухудшается, и наоборот. Надо также учесть, что при больших значениях С2 резонансная частота входного контура будет зависеть от длины антенны, а это нежелательно.

Связь входного контура со смесителем, выполненным на транзисторе VT1, осуществляется с помощью катушки связи L2. Высокочастотное напряжение с гетеродина на транзисторе VT5 подается в цепь эмиттера VT1 через разделительную ёмкость С16, стабилизация частоты осуществляется кварцевым резонатором BQ1. Необходимо отметить, что в передатчике и приёмнике используются кварцевые резонаторы, возбуждаемые на третьей гармонике. Поскольку в приёмнике применены пьезоэлектрические фильтры, в усилителе промежуточной частоты (УПЧ), настроенном на частоту 465 кГц, необходимо выдержать соответствующую разницу между частотами передатчика и гетеродина: для диапазона частот 27 МГц частоты гетеродина должны быть меньше частот передатчика на 465 кГц, а для 28 МГц выше на ту же величину. Если соотношение будет обратным, при одновременной работе нескольких передатчиков в двух диапазонах могут возникать помехи по зеркальному каналу.

Нагрузка смесителя - два пьезоэлектрических фильтра Z1 и Z2. Вместе с Z3 они определяют затухание по соседнему каналу в приёмнике. Резистор R5 (2,7 кОм) - для устранения выбросов на амплитудно-частотной характеристике фильтров. На микросхеме DA1 собраны усилитель УПЧ, детектор и усилитель автоматической регулировки усиления (АРУ), напряжение с которого подаётся на базу транзистора VT1 через резистор R2. Напряжение низкой частоты через резистор R7 и конденсатор С9 поступает на базу транзистора VT2, усиливается и далее формируется в прямоугольные импульсы транзисторами VT3 и VT4. Для правильной работы усилителя-формирователя VT2-VT4 необходимо, чтобы транзистор VT2 был открыт (напряжение между эмиттером и коллектором около 0,1-0,15 В). При работающем передатчике эпюры напряжения на коллекторе транзистора VT4 приёмника и па коллекторе транзистора VT2 передатчика аналогичны (см. рис. 2 в № 1 за 1987 г.), небольшая разница может быть только в длительности импульсов tи. Сформированные импульсы далее поступают на дешифратор. Эпюры напряжений на коллекторах VT4, VT7, эмиттере VT6 и выходах микросхемы DD1 показаны на рисунке 7.

Приёмная часть питается от стабилизированного источника напряжением 3,6-3,8 В.

Стабилизатор собран на транзисторах VT8-VT10. Напряжение на его входе может меняться от 4 до 6 В. Дешифратор подключается к источнику напряжения 4-6 В через фильтр R20C21.

Дешифратор приёмника собран на двух D-триггерах микросхемы К155ТМ2 (DD1).

Выходное напряжение D-триггера при приходе на счётный вход запускающих импульсов должно повторить состояние D-входа, то есть если на входе D - «1», то приходящий на счетный вход запускающий импульс (для микросхемы К155ТМ2 это положительный фронт импульса) перебросит его в «1». Если на D-входе был «0», приходящие на счётный вход импульсы не изменят его состояния на выходе. На счётные входы (контакты 3,11) подаётся серия импульсов с коллектора транзистора VT4. D-вход (контакт 12) второго триггера подключен к выходу первого (контакт 5), D-вход первого триггера подключён к эмиттеру транзистора VT6.

Дешифратор работает следующим образом. В момент времени t0 (рис. 7), то есть вовремя паузы между импульсами, конденсатор С23 успевает зарядиться через резистор R18 до напряжения питания (рис. 8), поскольку транзистор VT7 закрыт. Это напряжение через эмиттерный повторитель (на транзисторе VT6) поступает на D-вход первого триггера. В момент t1 передний фронт первого импульса, поступающего на оба счетных входа триггеров, переключает первый из них из «нулевого» состояния в «единичное» (из «0» в «1»), поскольку на его D-входе был положительный потенциал, а второй триггер остаётся в состоянии «0». Одновременно с приходом первого импульса открывается транзистор VT7, конденсатор С23 быстро разряжается, напряжение на D-входе первого триггера падает до нуля, и следующий импульс, поступающий на счетный вход, переключает его в «0».

Так как D-вход второго триггера подключён к выходу первого, в момент t2 прихода второго импульса на этом входе был положительный потенциал и второй триггер переключится из «0» в «1». Третий импульс переключит его из «1» в «0», так как к этому времени на его D-входе будет «0».

Для стабильной работы схемы необходимо, чтобы положительный потенциал на D-входах пропадал чуть позже прихода импульсов на счетные входы. Для этого предусмотрены конденсаторы С22, С19, С20.

Детали

Антенна - стальная проволока диаметром 0,8 - 1 мм длиной 300-500 мм. Катушка L1 содержит 15 витков многожильного провода диаметром 0,5 мм во фторопластовой изоляции, каркас диаметром 5 мм и высотой 10 мм, сердечник из СЦР (карбонильного железа), катушка L2-2 витка того же провода поверх L1 (вместо многожильного можно применить ПЭЛ диаметром 0,3-0,4). Дроссель L3 - 35 витков ПЭЛ диаметром 0,12-0,16 мм, намотанных на резисторе МЛТ 0,25 с сопротивлением не менее 10 кОм.

Транзистор VT1 - КТ368А; КТ316В, Г; КТ315 серий Б или Г, или КТ311 серий Б или Г (при замене на германиевый транзистор 1Т311 необходимо уменьшить резистор R1 для получения максимальной чувствительности).

Пьезоэлектрические фильтры Zl-Z3 (ФП1П-017) могут быть заменены на ФП1П-0,15, ФП1П-011, ФП1П-013.

Микросхему DA1 можно заменить на К2ЖА372, при этом необходимо контакт 7 микросхемы соединить с общим «минусовым» проводом через резистор номиналом 30-39 Ом, а вывод 8 - напрямую; резистор R6 необходимо уменьшить до 11-12 кОм. Микросхема DD1 (К155ТМ2) - это два D-триггера в одном корпусе, она может быть заменена на К133ТМ2 или аналогичные им К1ТК552 и К1ТК332.

Конденсаторы C1, С2, С15, С17 - типа КТ1-А, КД, КМ; С5, С25, С24, С23, С21 - К50-6, К53-1; остальные - типа КМ, КЛС. Резисторы R1-R24 - МЛТ 0,125, МЛТ 0,25.

Транзисторы VT2-VT9 (КТ315Б) могут быть заменены на КТ315Г, КТ316Б, КТ316В, КТ312В, КТ306Г, a VT10 (КТ361Б) - на КТ326Б.

Рис. 7. Эпюры напряжений на коллекторах транзисторов VT4, VT7, эмиттере транзистора VT6 и выходах микросхемы DD1.

Рис. 8. Принципиальная электрическая схема супергетеродинного бортового приёмника.

Рис. 9. Упрощённая входная часть бортового приёмника (со сверхрегенеративным детектором).

Конструкция

Приёмник с дешифратором размещается на печатной плате из стеклотекстолита размером 40х83 мм и толщиной 1,5-2 мм. Кварцевый резонатор подключается к схеме через разъём. Выходы дешифратора соединяются с усилителями исполнительных механизмов штыревыми разъёмами. Розеточная часть разъёма приклеивается к плате приёмника эпоксидной смолой. Приёмник помещается в корпус, склеенный из полистирола толщиной 1-1,5 мм. Такая конструкция удобна, если используются рулевые машинки со встроенными в них сервоусилителями. Предлагается также ещё один вариант компоновки: приёмник, дешифратор и два усилителя исполнительных механизмов размещаются па печатной плате размером 70х90 мм.

Настройка

Приёмник подключается к стабилизированному источнику напряжением 5 В. Потребляемый ток не должен превышать 30 мА. Проверяется выходное напряжение на стабилизаторе (между эмиттером транзистора VТ9 и коллектором VT10) - оно должно быть в пределах от 3,6 до 3,8 В (регулируется резистором R21). Проверяется напряжение на выходе схемы АРУ между контактом 13 микросхемы DA1 и общим минусовым проводом питания - оно должно составлять 2,8-3,0 В. В наличии высокой частоты на выходе гетеродина можно убедиться с помощью осциллографа, подключив его к эмиттеру транзистора VT1. Затем на вход приёмника с высокочастотного генератора типа Г4-18 А, Г4-102, Г4-107 подаётся высокочастотный сигнал с амплитудой 100 мкВ, промодулированный до 80% низкой частотой. Осциллограф подключается к коллектору транзистора VT2. Плавно меняя частоту генератора, добиваются появления низкочастотного сигнала на коллекторе VT2, причём амплитуда этих импульсов должна быть не менее 0,5 В - это минимальное напряжение, при котором формирователь на транзисторах VT3 и УТ4 начинает работать. Затем необходимо настроить контур L1 С1 на эту частоту. Снизив напряжение на выходе генератора, определяем чувствительность приёмника, то есть напряжение на его входе, при котором на коллекторе транзистора VT4 еще появляются импульсы. Если чувствительность находится в пределах 20-30 мкВ, то этого вполне достаточно, если же она значительно хуже, то есть напряжение больше, то следует изменить режим работы транзистора VT1 резистором R2 и увеличить сопротивление резистора R8, но при этом напряжение на коллекторе транзистора VT2 не должно превышать 0,15 В без сигнала на входе приёмника; можно также изменить режим работы микросхемы DD1 резистором R6 и увеличить чувствительность схемы формирователя, соединив базу транзистора VT3 и шину (+3,7 В стабил.) между точками 1 и 2 резистором с сопротивлением 150-200 кОм.

Следующий этап проверки - точное определение частоты, на которую настроен приёмник и передатчик. В первом случае замеряется частота ВЧ-генератора при максимальной чувствительности приёмника частотомером тина Ч3-36, 43-44, а во втором - замер проводится без модуляции передатчика (вход частотомера подключается к катушке, расположенной около антенны передатчика). Замеренные частоты должны отличаться не более чем на ± 1 кГц, в противном случае необходимо заменить кварцевые резонаторы в передатчике или в приёмнике.

Работу дешифратора проверяют при включенном передатчике. Эпюры напряжений на коллекторе транзистора VT7, эмиттера VT6, а также на выходах микросхемы DD1 (контакты 5 и 9) должны соответствовать рисунку 7.

Схему приёмника можно значительно упростить, собрав его входную часть по схеме сверхрегенеративного детектора (рис. 9). Чувствительность не ухудшится, а вот полоса пропускания по высокой частоте расширится до ±0,5 МГц. Одновременно в этом случае можно будет запускать только две модели, управляя ими на частотах 26,965-27,275 МГц и 28,0-28,2 МГц.

К контактам 1 - 3 схемы (рис. 9) подключаются без изменения формирователь прямоугольных импульсов, дешифратор и стабилизатор (рис. 8). Транзистор VT1 - ГТ313Б (ГТ313А) можно заменить на ГТ310В или П416Б, уменьшив конденсатор С3 до 15-20 пФ, правда, чувствительность при этом несколько снизится. Вместо транзистора VT2-КТ342Б (КТ342В) или КТ3102Б (КТ3102В) можно использовать КТ315 с буквенным индексом Б, Г или Е с коэффициентом усиления по току не менее 150. Катушка L1 - 13 витков провода ПЭЛ диаметром 0,4 мм, отвод от середины, каркас - диаметром 5 мм, высота - 10 мм, сердечник СЦР, катушка L2 - 400 витков провода ПЭЛ диаметром 0,08-0,09 на двух склеенных между собой кольцах Ф1000 размером 7х4х2 мм.

Индуктивность дросселя L3 - 40-80 мкГн. Конденсаторы С1-С11 типа КМ или КТ1А. Резисторы - типа МЛТ 0,125, МЛТ 0,25.

Настройка приёмника со сверхрегенеративным детектором

Проверка работы стабилизатора, формирователя и дешифратора проводится так же, как и при настройке супергетеродинного варианта. Подключив к коллектору транзистора VT2 открытый вход осциллографа, надо замерять напряжение между эмиттером и коллектором. Оно должно составлять от 0,1 до 0,15 В при закороченном резисторе R4. При нормальной работе сверхрегенеративного каскада на транзисторе VT1, на коллекторе транзистора VT2 должен просматриваться шумовой сигнал с максимальной амплитудой не выше 0,2 В. Далее к антенному входу приёмника и общему «минусовому» проводу подключается высокочастотный генератор. Подавая ВЧ-сигнал 28,0 МГц, 20 - 500 мВ, промодулированный до 70-80% звуковой частотой, настраиваем входной контур L1, С5. Резистором R3 подбираем максимальную чувствительность сверхгенератора. При сигнале па входе приёмника амплитудой 15-25 мкВ на коллекторе транзистора VT4 (рис. 7) должны образоваться чётко сформированные прямоугольные импульсы. Понизить чувствительность приёмника, если это потребуется из-за больших искровых помех ходового электродвигателя, можно, уменьшив сопротивление резистора R6.

Рис. 10. Принципиальная электрическая схема усилителя управления рулевой машинкой.

Усилитель управления рулевой машинкой

Принципиальная электрическая схема усилителя показана на рисунке 10. Он состоит из одновибратора, собранного на транзисторах VT1, VT2, схемы сравнения на резисторах R8, R10, R11, R12, двух схем преобразования коротких импульсов в пилообразное напряжение на транзисторах VT4 и VT5, двух схем преобразования пилообразного напряжения в прямоугольные импульсы (транзисторы VT6 и VT7) и схемы управления транзисторами VT8 и VT9 мостовой схемой (транзисторы VT10 - VT13). В диагональ последней включён электродвигатель, который через редуктор перемещает движок потенциометра обратной связи R2.

Усилитель управления работает следующим образом. На вход схемы подается прямоугольный импульс положительной полярности с 1-го выхода дешифратора приёмника. Длительность импульса зависит от положения ручки управления на передатчике (1,5± 0,5 мс). По переднему фронту этого импульса через дифференцирующую цепь С4, R9 и диод VD1 запускается одновибратор. Длительность импульса на коллекторе транзистора VT2 одновибратора зависит от положения движка потенциометра обратной связи R2, и если она равна длительности входного импульса, то напряжение в контрольной точке КТ1 постоянно. Если же импульс одновибратора будет короче, то в КТ1 появится короткий положительный скачок напряжения (рис. 11). Транзистор VT4 откроется, разряжая конденсатор С7, и, как только напряжение на нём скажется меньше 1,2 В, транзистор VT6 закроется, на базе транзистора VT8 появится положительное напряжение (около 1,5 В) и он, в свою очередь, откроет транзисторы мостовой схемы VT10, VT11. Электродвигатель начнёт вращаться, при этом направление вращения его должно быть такое, чтобы движок потенциометра R2, перемещаясь, изменял длительность импульса одновибратора в сторону уменьшения рассогласования его с входным импульсом. Несмотря на то, что транзистор VT4 открывается на весьма короткое время (не более 1 мс с периодом повторения 20 мс), транзисторы VT8, VT10, VT11 будут открыты до тех пор, пока напряжение на конденсаторе С7 не поднимется до такого уровня, при котором транзистор VT6 откроется (примерно 1,2 В). Если входной импульс меньше импульса одновибратора, то в точке сравнения двух импульсов КТ1 появится отрицательный скачок напряжения, откроются транзисторы VT3, VT5, VT9, VT12, VT13, a VT7 закроется. Электродвигатель будет вращаться в другую сторону до тех пор, пока вновь не наступит равенство импульсов.

Чтобы исключить вероятность одновременного открытия транзисторов VT8 и VT9, предусмотрена схема защиты на диодах VD3, VD5. Схема демпфирования на резисторах R17, R18 предотвращает колебания исполнительного механизма относительно нейтрального положения. При вращающемся двигателе часть напряжения с него подается на времязадающую цепь одновибратора (резисторы R5, R2; конденсатор С2), что изменяет длительность импульса в сторону уменьшения рассогласования его со входным. Уменьшение сопротивления резисторов R17, R18 приводит к медленному подходу исполнительного механизма к нейтральному положению, а увеличение их сопротивления может привести к колебаниям относительно нейтрали.

Детали. Вместо элементов, обозначенных на схеме (см. рис. 10), могут быть использованы другие. Так, транзисторы VT1, VT2, VT4 - VT9 взаимозаменяемы с КТ315Г, КТ316 с индексами Б, В или Д, КТ358В, КТ342 с индексами А, Б, В; VT3 - типа КТ326 (А или Б), КТ203Б; VT10, VT13 допустимо заменить на КТ814Б, a VT11, VT12 - на КТ815Б. Диоды VD1, VD2, VD4, VD6, VD7 - VD9 - любые кремниевые типа КД102, КД220, КД219, КД503. Конденсатор С2 типов КМ или К53-1; С3, С4, С9 - КМ, КЛС; С1, С5 - СВ, С10 - К53-1 или К50-6. Резисторы: R1, R3-R33 - МЛТ 0,12 или МЛТ 0,25, R2 - СП3-4аМ или СП-1.

Усилитель рассчитан на работу с рулевой машинкой от аппаратуры «Новопроп». При подключении самодельной её электродвигатель должен иметь ток холостого хода 20-150 мА, пусковой ток до 500-800 мА, рабочее напряжение 3-12 В. Реверсирование осуществляется сменой полярности питания. Редуктор - понижающий (i = 50-400), в зависимости от требуемого момента на выходном рычаге и скорости отработки. Угол поворота выходного рычага ±35°...45°. Потенциометр обратной связи (R2) должен поворачиваться при этом на 60-80% своего рабочего диапазона. Чтобы не поломать движок потенциометра, необходимо предусмотреть концевые упоры на выходном рычаге. Если используется мощный электродвигатель, то потребуются и концевые выключатели, которые будут закорачивать эмиттер и базу транзисторов VT10 и VT13, что значительно повысит надёжность работы исполнительного механизма.

При использовании источника тока с напряжением 6-12 В в контрольной точке КТ2 цепь разрывается, левая часть схемы подключается к +4,5 ...6 В приёмника, а на выходные транзисторы VТ10-VT13 подаётся +6 ...12 В (общим проводом служит минусовая шина).

Рис. 11. Эпюры напряжений на входе и коллекторах транзисторов VT1, VT2, VT4 - VT7, а также в контрольной точке КТ1 усилителя управления рулевой машинкой.

Рис. 12. Принципиальная электрическая схема усилителя управления ходовым электродвигателем

Рис. 13. Блок-схема включения бортовой аппаратуры: ВКЛ - тумблер включения бортового питания, Б1 - аккумуляторы ёмкостью не менее 1 А*ч, Б2 - аккумуляторы ёмкостью не менее 0,25 А*ч.

Конструкция

Усилитель управления рулевой машинкой монтируется на печатной плате вместе с приёмником и дешифратором. Конденсатор С9 располагается на электродвигателе и подключается к щёткам на минимальном от них расстоянии. Одна из щёток подключается к корпусу электродвигателя, что значительно снизит уровень радиопомех из-за искрения. Правда, при этом корпус придётся изолировать. Если выполнить это конструктивно трудно, то щётку электродвигателя можно соединить с корпусом через конденсатор ёмкостью 0,1-1 мкФ.

При разработке редуктора старайтесь по возможности уменьшать массу шестерён, особенно быстро вращающихся. Эта мера существенно снизит момент инерции редуктора, что, в свою очередь, избавит аппаратуру от увеличения электрического демпфирования, предусмотренного в схеме усилителя для устранения колебаний относительно нейтрали рулевой машинки.

Настройка

Для проверки работы схемы усилителя управления рулевой машинкой рекомендуется предварительно собрать её макет. Электродвигатель M1 подключите без редуктора, резисторы R17, R18 отпаяйте. Подайте питание на усилитель. Якорь электродвигателя не должен вращаться. Потребляемый ток при этом не выше 20 мА.

Теперь закоротите пинцетом эмиттер и коллектор транзистора VT4. Якорь электродвигателя начнет вращаться. Его торможение даст увеличение потребляемого тока до 400-500 мА, напряжение между эмиттером и коллектором открытых транзисторов VT10 и VT11 при этом не должно быть выше 0,2 В. Если же оно значительно превышает это значение, закоротите эмиттер и коллектор транзистора VT8 и снова проведите измерения. Если в этом случае напряжение не понизится, придется заменить транзисторы VT10 или VT11, а если понизится - заменяется VT8.

Теперь закоротите эмиттер и коллектор транзистора VT3, при этом вал электродвигателя будет вращаться в другую сторону. Проделайте такие же измерения на транзисторах VT12 и VT13, как и на VT10 и VT11. В мостовой схеме предпочтительнее транзисторы, имеющие минимальное напряжение «эмиттер - коллектор» при больших токах коллектора. Такие гораздо меньше нагреваются, и к тому же, используя их, можно увеличить сопротивление резисторов R13 и R18, уменьшив таким образом демпфирование исполнительного механизма. А это повысит крутящий момент на выходном рычаге вблизи нейтрального положения.

Теперь проверьте схему защиты от одновременного включения двух цепей управления. Для этого закоротите одновременно эмиттер и коллектор транзисторов VT3 и VT4 - якорь двигателя должен вращаться. Если он останавливается и потребляемый ток резко увеличивается, необходимо проверить диоды VD3-VD6.

Следующий этап настройки начинается с подачи на вход усилителя сигнала с выхода (1) дешифратора приёмника: на коллекторе транзистора VT2 появляется отрицательный импульс (рис. 11). Установив движок потенциометра R2 в среднее положение, резистором R5 подбираем длительность этого импульса, равную 1,5 мс. При перемещении движка на угол, соответствующий его повороту в рулевой машинке (±40 ...45°), эта величина должна изменяться от 1 до 2 мс. Если разность между крайними значениями длительностей меньше 1 мс, необходимо уменьшить сопротивления резисторов R1 и R3, если больше - увеличить.

Далее следует проверить форму напряжения в точке сравнения двух импульсов (КТ1): она должна быть похожа на напряжение V - КТ1 (см. рис. 11). Появление «ступеньки» в момент времени t1 - t2 говорит о том,, что необходимо изменить сопротивление резисторов R11 или R10.

Подсоедините электродвигатель к редуктору. Если при этом выходной рычаг уйдёт из нейтрального положения, смените полярность подключения к усилителю. Устраните колебания рулевой машинки относительно нейтрального положения, подбирая резисторы R17 и R18. А точность отработки рулевой машинкой угла поворота ручки управления передатчика можно повысить уменьшением сопротивления резисторов R19 и R20.

Усилитель управления ходовым электродвигателем

Принципиальная электрическая схема этого устройства показана на рисунке 12.

В отличие от схемы, изображённой на рисунке 10, здесь отсутствуют потенциометр, цепи демпфирования обратной связи, изменены номиналы элементов в каскадах преобразования коротких импульсов в пилообразное напряжение для плавной регулировки частоты вращения вала электродвигателя. Одновибратор настраивается резистором R4 на длительность импульса 1,5 мс. А при изменении входного импульса от 1,5 мс до 1 или 2 мс транзисторы VT7 и VT6 должны полностью закрываться, то есть длительность положительных импульсов на коллекторах VT7 и VT6 плавно нарастает вплоть до пропадания отрицательных выбросов. Этого можно добиться, увеличивая сопротивления резисторов R18 и R21. Чрезмерное их увеличение приведёт к быстрому нарастанию частоты вращения вала двигателя даже при небольших отклонениях ручки управления на передатчике.

Остальные этапы настройки проводятся так же, как и настройка усилителя управления рулевой машинкой.

Питание бортовой аппаратуры и ходового электродвигателя

Возможны несколько вариантов. Первый - питание от одного источника (4,5 ...6 В). Это могут быть три аккумулятора типа СЦС-1,5 или СЦС-3, четыре аккумулятора ЦНК-0,9, КНГ-3,5Д, КНБИ-1,5 или КНБ-2, а также четыре батареи типа «Марс» или «373».

Второй вариант предполагает использование в аппаратуре электродвигателей, рассчитанных на напряжение 4,5 ...12 В, то есть когда выходные каскады усилителей подключаются к этому напряжению, а цепи в контрольных точках КТ2 разрываются (см. рис. 10 и 12) и соединяются с плюсовой шиной приёмника, на которую подается напряжение 4,5 ...6 В (рис. 13). Здесь питание возможно от четырёх элементов типа «316» или четырёх аккумуляторов Д-0,25, питание же электродвигателей - от источников, перечисленных выше. При использовании источника напряжением 12 В номиналы резисторов R26, R29 (см. рис. 12) и R29, R32 (см. рис. 10) увеличиваются до 150 Ом. Они должны быть рассчитаны на мощность рассеивания не менее 0,5 Вт. Падение напряжения и в этом случае на переходах эмиттер-коллектор транзисторов VT10-VT13 в усилителе рулевой машинки, как уже упоминалось выше, не более 0,2 В, а в усилителе ходового электродвигателя оно может увеличиться до 0,4 - 0,5 В при токе в цепи двигателя до 1 - 1,3 А.

Раздельное питание приёмника с усилителями управления и выходных транзисторов мостовой схемы предпочтительно - меньше помех в работе аппаратуры от пульсации напряжения на источниках питания.

С. ЧУХАЛЕНКО, мастер спорта международного класса