ЧЕТЫРЕХКАНАЛЬНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ МОДЕЛЯМИ

May 29, 2010 by admin Комментировать »

А. Берестов, М. Васильченко, С. Чухаленко

Неослабевающий интерес широкого круга людей к радиоуправлению моделями и техническими игрушками стимулирует постоянное развитие аппаратуры для этих целей, причем как любительской, так и выпускаемой промышленностью,

Известно, что системы радиоуправления моделями делятся на две большие группы — дискретного и про­порционального управления исполнительными механиз­мами. Радиолюбителям, интересующимся радиоуправ­лением, наверняка знакомы промышленные образцы дискретной аппаратуры «Сигнал», «Пилот», «Старт», «РУМ-2», а также аналогичные им примеры радиолюби­тельских разработок. Однако эта аппаратура не гаран­тирует надежной связи с моделями, особенно авиацион­ными, так как приемник, выполненный по схеме сверх­регенератора, имеет полосу пропускания до нескольких сотен килогерц, что приводит к частому проникновению помех в командные каналы. Кроме того, несмотря на некоторые преимущества приемника, построенного по схеме сверхрегенератора — обычно на первый план вы­двигают простоту изготовления, — добиться его устойчи­вой работы в течение длительного времени не всегда удается. Недостатки передатчиков перечисленных образ­цов аппаратуры связаны, главным образом, с их недо­статочной мощностью.

Аппаратура, описание которой приводится ниже, в своей основе выполнена по принципам построения диск­ретных систем, однако позволяет вносить в процесс управления пропорциональные элементы.

К достоинствам, реализуемым в этой аппаратуре (разработана в Центральном спортивно-техническом клубе авиационного моделизма), можно отнести схему простого и вместе с тем достаточно мощного передат­чика. Приемник выполнен по супергетеродинной схеме. Использование микросхемы в тракте усиления промежу­точной частоты и пьезофильтров вместо фильтров с ка­тушками позволило получить приемник с довольно узкой полосой пропускания. Постройка нескольких образцов показала хорошую повторяемость схемы, а длительная эксплуатация на самых разнообразных моделях — на­дежную и безотказную работу даже в условиях интен­сивных помех, где приемник, выполненный по сверхреге­неративной схеме, вообще не обеспечивает связь.

Техническая характеристика аппаратуры

Рабочая частота, МГц…….. 27Д2±0,6 %

Мощность передатчика, мВт….. 600

Модулирующие частоты передатчика, Гц 800, 1100, 1700, 2350, 3000

Количество командных каналов … 4

Чувствительность приемника, мкВ 5

Схема передающего устройства изображена на рис. 1, она включает схемы шифратора и передатчика.

Основной узел шифратора — автоколебательный сим­метричный мультивибратор на транзисторах VT6 и VT7. Частота вырабатываемых им прямоугольных импульсов определяется значением постоянной времени (R10+R*) С18, где R* — один из резисторов R13 — R17. Если ни одна из кнопок управления не нажата, то подключен резистор R13, что приводит к модуляции высокочастот­ного излучения частотой 3000 Гц. Модуляция излучения при отсутствии сигналов, несущих информацию испол­нительным механизмам, позволяет уменьшить вероят­ность проникновения помех в тракт приемника. При на­жатии одной из четырех кнопок управления SB1SB1 частота колебаний изменяется вследствие изменения сопротивления в частотозадающей RС-цепочке. Таким образом формируются четыре команды.

Напряжение питания шифратора стабилизировано с помощью стабилизатора, выполненного на стабилитроне VD3 и транзисторе VT5. В цепи стабилизатора включен светодиод VD1, предупреждающий о недопустимом сни­жении напряжения источника питания.

В передатчике сигнал, сформированный шиф­ратором, через диод VD4 и буферный транзистор VT4 подается на базу модулирующего транзистора VT3. Модуляция осуществляется путем включения и выклю­чения питания выходного транзистора VT2 (метод ключевания).

Задающий генератор передатчика выполнен на тран­зисторе VT1 с кварцевой стабилизацией частоты. Сле­дует заметить, что этот каскад без изменения номина­лов элементов схемы и при сохранении остальных параметров позволяет менять в небольших пределах ча­стоту излучения простой перестановкой кварцевых резо­наторов.

Напряжение высокой частоты через конденсатор связи С4 поступает на вход усилителя мощности, вы­полненного на транзисторе VT2. В коллекторной цепи транзистора VT2 включено согласующее устройство — двойной П-образный фильтр С8 LI, С11 — С12, L2 С14, предназначенный для обеспечения оптимальной связи усилителя мощности с антенной, а также для фильтра­ции гармоник несущей частоты. Индуктивность удлинительной катушки L3 служит для компенсации емкостной составляющей штыревой антенны, поскольку длина шты­ря обычно бывает равной 1,2…1,5 м, что меньше четвер­ти длины волны излучения (2,5 м).

clip_image001

Рис. 1. Схема передающего устройства

Схема приемного устройства приведена на рис. 2. В его состав входит приемник и дешифратор командных частот. На рисунке, в части, относящейся к дешифрато­ру, приведены два канальных электронных блока, вы­деляющие командные частоты. Остальные два идентич­ны приведенным.

Приемник выполнен, как уже говорилось, по супер­гетеродинной схеме. Входной контур L1C2 настроен на несущую частоту передатчика, связь с антенной емкост­ная. Через конденсатор СЗ высокочастотный сигнал по­ступает на вход резонансного усилителя, выполненного на транзисторе VT1. Такое решение приводит к увели­чению общей чувствительности и избирательности приемника по зеркальному каналу. Транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером, Резистор R3 в це­пи эмиттера создает отрицательную обратную связь и способствует устойчивой работе каскада и его термо­стабилизации. Через резисторы R1 и R2 на базу тран­зистора VT1 подается начальное смещение и поступает управляющий сигнал АРУ.

Нагрузкой УВЧ является резонансный контур L2C5, также настроенный на несущую частоту. Принятый и усиленный сигнал через катушку связи L3 подается на finav тоанзистора VT2t на котором выполнен смесительный каскад. Сигнал гетеродина поступает в цепь эмит­тера смесителя через конденсатор С10.

Гетеродин выполнен на транзисторе VT3. Для ста­бильности его работы сигнал снимается с половины вит­ков дросселя Др1. Заметим, что необходимо, чтобы частота кварцевого резонатора, используемого в гете­родине приемника, отличалась от частоты кварцевого резонатора в задающем генераторе передатчика ровно на 465 кГц, так как нагрузкой смесителя являются пьезокерамические фильтры BQ1, BQ2 (ФШП-0,15, ФШП-0,17, ФШП-0,26), амплитудно-частотную харак­теристику которых изменить нельзя. Следует, однако, заметить, что измерения ее для достаточно большого числа фильтров показали, что она имеет двугорбый вид, причем высокочастотный горб имеет большую амп­литуду и приходится на частоту 468…470 кГц. Поэтому возможно использование кварцевых резонаторов в пе­редатчике и приемнике с разницей в частотах от 465 до 470 кГц.

Усилитель промежуточной частоты приемника вы­полнен на микросхеме DAI (К237ХК2), которая пред­ставляет собой многокаскадный апериодический усили­тель с детектором и цепями АРУ. Ее включение осу­ществляется аналогично рекомендуемому в справочной литературе. Отличительной особенностью является вклю­чение еще одного избирательного фильтра BQ3 между каскадами усилителя микросхемы вместо обычно исполь­зуемой емкостной связи. Это способствует сужению по­лосы пропускания приемника и повышению его избира­тельности. Кроме того, использование пьезофильтров в усилителе промежуточной частоты значительно упро­щает настройку приемника.

clip_image003

Рис. 2. Схема приемного устройства

Сигнал промежуточной частоты поступает на вывод 1 микросхемы, а продетектированный сигнал снимается с ее выхода — вывод 9. С вывода 13 снимается напря­жение АРУ. Сигнал низкой частоты с выхода микро­схемы поступает на вход двухкаскадного усилителя низ­кой частоты, выполненного на транзисторах VT4, VT5 по схеме с общим эмиттером.

Для повышения устойчивости работы приемника на­пряжение питания приемника стабилизировано с по­мощью стабилизатора, выполненного на транзисторах VT6, VT7, VT8. Кроме того, введены цепи развязки R14C15, R9C38.

В дешифраторе напряжение низкой частоты с коллектора транзистора VT5 через конденсатор С23 и резисторы R23, R32 поступает на базы транзисторов VT9, VT10. В цепях баз этих транзисторов включены параллельные LC-контуры, каждый из которых настроен на одну из частот шифратора передающего устройства. Если частота напряжения, поступающего на базы транзисторов, не совпадает с резонансной частотой контура, L4C26 например, то его сопротивление мало, транзи­стор VT9 закрыт, УТЛ открыт; VTJ3, VT15, VT16 за­крыты, и напряжение питания не поступает на электро­двигатель исполнительного устройства. При совпадении одной из командных частот с резонансной частотой кон­тура, его сопротивление возрастает, что приводит к его открыванию и, соответственно, к изменению состояния всех следующих за ним транзисторов, в результате вал двигателя начинает вращаться, а, например, руль моде­ли отклоняется. Если частота управляющего сигнала совпадает с резонансной частотой контура L5C31, то вал двигателя начнет вращаться в обратную сторону.

Диоды VD2, VD5 — защитные, предотвращающие одновременное открывание транзисторов VT15, VT16, VT17, VT18 мостовой схемы, управляющей работой элек­тродвигателя. Вместо электродвигателя можно исполь­зовать силовые реле (их включение показано на схеме).

Детали и конструкция. Данные всех эле­ментов представлены на схемах. Транзисторы КТ315 можно заменить на любые маломощные n — р — n тран­зисторы со статическим коэффициентом передачи тока не менее 150…200. Выходной транзистор передатчика может быть заменен на КТ904, КТ606. Что касается модулирующего транзистора VT3, то здесь лучше использовать германиевые, поскольку у них напряжение насыщения меньше (можно МП25, МП26). В приемнике также возможна замена транзисторов КТ315 на анало­гичные. Что касается транзисторов VT15, VT16, VT17, VT18 в схеме управления двигателем, то следует отме­тить, что пары КТ814, КТ815 или КТ816, КТ817 наибо­лее удачны, поскольку, обладая небольшими габарита­ми, они допускают ток коллектора в насыщенном со­стоянии до 1 А (КТ816, КТ817 — до 3 А), что позволяет управлять практически всеми доступными любителям малогабаритными электродвигателями. Часто рекомен­дуемая пара транзисторов МП38, МП42 очень чувстви­тельна к перегрузкам и требует применения электродвигателей с малым током потребления (не более 150 мА). Все резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы лучше всего брать керамические, например серии КМ (КМ-4, 5, 6). Следует обратить внимание на стабильность конденсаторов С18, С19 в шифраторе, C2S C5 в приемнике и С26, С31 в избирательных фильтрах дешифратора.

В передатчике катушки индуктивности LI, L2, L3 и высокочастотные дроссели Др1, Др2 и ДрЗ следует изготовить самостоятельно. Они должны иметь следую­щие конструктивные данные:

L1 — 15 витков провода ПЭЛ-0,8; намотка бескар­касная, длина катушки 10 мм, диаметр — 7 мм;

L2 — 20 витков провода ПЭЛ-0,8; намотка бескар­касная, длина катушки 12 мм, диаметр — 7 мм;

L3 — 18 витков провода ПЭЛ-0,1; намотка рядовая на гладком пластмассовом каркасе диаметром 5 мм, внутрь каркаса ввертывается высокочастотный ферри-тозый подстрочный сердечник диаметром 4 мм.

Применение сердечников в виде цилиндрического стержня из феррита (для высоких частот) или карбо­нильного железа увеличивает индуктивность катушки в 1,5…2 раза либо позволяет получить требуемую индуктивность с меньшим на 30…40 % числом витков; при этом соответственно уменьшайся сопротивление потерь в проводе катушки и возрастает добротность ка­тушки.

Изменение индуктивности до ±(10…15) % регули­руется продольным перемещением сердечника; для этого сердечники изготовляют с резьбой. Радиолюбители чаще всего применяют сердечники и каркасы катушек гото­вые, от бытовой радиоприемной аппаратуры.

Дроссели Др1, Др2, ДрЗ наматываются проводом ПЭЛ-0,16 на резисторах МЛТ 0,25 (более 20 кОм) и содержат: Др! — 33 витка, Др2 и ДрЗ — 28 витков.

Монтажу приемника предшествует изготовление вы­сокочастотных катушек индуктивности LI, L2, L3 и низ­кочастотных катушек индуктивности L4, L5 и двух их аналогов L6, L7 в другом дешифраторе команд (на схеме не показан). Изготавливается также высокоча­стотный дроссель Др1. Эти элементы должны иметь следующие конструктивные данные:

L1 — 15 витков провода ПЭЛ-0,25; намотка на глад­ком пластмассовом каркасе диаметром 5 мм, внутрь каркаса ввертывается высокочастотный ферритовый под­строчный сердечник диаметром 4 мм;

L2 и L3 — наматываются на аналогичном каркасе; катушка L2 содержит 15 витков провода ПЭЛ-0,25, a L3 — 2 витка провода ПЭЛ-0,25, намотанных поверх обмотки L2, покрытой слоем конденсаторной или дру­гой тонкой прочной бумаги;

дроссель Др1 наматывается проводом ПЭЛ-0,12 и содержит 24 витка с отводом от 12-го вктка.

Особое мастерство требуется при намотке катушек L4 — L7 на тороидальных низкочастотных ферритовых сердечниках (ферритовых кольцах) марки НН или НМ с начальной магнитной проницаемостью 1000 или 2000 (Н1000Н, Н2000НН, Н1000НМ, Н2000НМ). Для каждой катушки применяется сердечник из двух склеенных колец с типоразмерами 10ХбХЗ. Но можно применить кольцо и больших размеров. Число витков в этом слу­чае следует определить опытным путем (методом проб) или рассчитать (расчет дан в журнале «Радио», 1980, № 7).

Печатные платы при конструировании аппаратуры не разрабатывались, при желании их можно разрабо­тать самостоятельно.

Ориентировочные размеры плат печатного монтажа, исходя из габаритов деталей:

передатчика — 110X66 мм;

приемника — 2 платы 65X44 мм.

Фактическая емкость конденсаторов и магнитные про­ницаемости ферритов обычно несколько отличаются от их обозначенных номинальных значений и поэтому ча­стоты настройки резонансных контуров будут тоже не­сколько отличаться от заданных. Точная настройка ре­зонансной цепи на заданную частоту достигается под­бором емкости конденсатора контура или числа витков катушки.

В табл, I приведен вариант данных низкочастотных контуров.

Наладка приемника сводится к настройке резонанс­ных контуров L1C2 и L2C5. Подключив антенну — про­вод длиной 1 м — и вращая поочередно сердечники этих контуров, добиваются устойчивого изображения моду­лирующего сигнала на выходе микросхемы. На коллек­торе транзистора VT5 наблюдают при этом сигнал той же частоты, но с амплитудой, почти равной напря­жению питания.

Таблица 1

Частота настройки контура, Гц

800

1100

1700

2350

Гмкость конденсатора конту­ра, мкФ

0,1

0,068

0,047

0,033

Индуктивность катушки кон­тура, мГн

380

310

186

138

Провод

ПЭШО 0,07 . . . 0,08

Число витков

233

206

125

92

Магнитная проницаемость сердечника

1000

Перед включением передатчика и приемника следует тщательно проверить монтаж. В качестве источ­ников питанит лучше всего использовать малогабарит­ные аккумуляторы емкостью 0,5 — 1,0 А-час (например, Д-0,55, ЦНК-0,45, ЦНК-0,9 и др.). Аккумуляторы об­ладают по сравнению с гальваническими элементами значительно меньшим внутренним сопротивлением, что способствует более надежной работе устройства. Кроме того, уже в течение сезона эксплуатации аппаратуры (как правило, лета) эксплуатационные расходы, связан­ные с покупкой аккумуляторов, оказываются ниже за­трат на покупку гальванических батареек.

Шифратор при правильном монтаже и исправных элементах требует только подгонки частот под рекомен­дуемые в таблице. Осуществляется это подбором сопро­тивлений резисторов R13R17 и контролем частоты по осциллографу, а еще лучше — с помощью частотомера. Обратим внимание на то, что использовать подстроечные резисторы не рекомендуется, они слишком нена­дежны в полевых условиях — лучше подобрать соответ­ствующий постоянный и впаять.

Задающий генератор при исправных деталях также сразу начинает работать, и наладка высокочастотного каскада сводится к согласованию антенны и выходного каскада. Для этого можно контролировать ток, посту­пающий в антенну из антенного гнезда через термомил­лиамперметр (высокочастотный, например, тепловой системы) и добиться максимума этого тока. Второй ва­риант связан с использованием простейшего индикатора напряженности поля на основе детекторного приемника.

Сопротивления резисторов R13R17 (8…33 кОм) определяются опытным путем, настраивая мультивибратор (VT6 — VT7) на генерацию колебаний 3000, 1700, 2350, 800, 1100 Гц. При отжатых кнопках SB1 — SB4 генерируется колебание с частотой 3000 Гц, а осталь­ные частоты генерируются поочередно, при нажатии, соответственно, одной из кнопок SB1SB4. Определя­ется нужный номинал резисторов R13R17 временным подключением переменного резистора любого типа с но­миналом 33…47 кОм.

Настройка дешифраторов заключается в подборе ре­зонансной частоты контуров. Вначале рекомендуется проделать предварительную подгонку частоты избира­тельных контуров дешифраторов с помощью звукового генератора. После предварительной подгонки присту­пают к окончательной настройке, подавая сигнал от шифратора передатчика» Затем проверяют работу устройства в целом. Следует иметь в виду, что приемник и передатчик должны быть достаточно удалены друг от друга. Окончательная проверка осуществляется в поле­вых условиях, дальность связи на земле должна соста­вить 500…600 м.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты