Схема рулевой машинки
В этом варианте удлинитель реализован на операционном усилителе DA2, что повлекло за собой необходимость замены микросхемы DDI на другой тип. Принципиальная сема второго варианта приведена на рис. 7.30.
Канальный импульс положительной полярности подается на один из входов временного дискриминатора, собранного на элементах DD1.3, DD1.4, и на вход инвертора DD1.2. Отрицательный импульс с вывода 10 инвертора также подается на дискриминатор и на дифференцирующую цепь C3R3.
Короткий отрицательный импульс, соответствующий переднему фронту канального, через развязывающий диод VD1 запускает ждущий мультивибратор, в состав которого входят транзистор VT1, инвертор DD1.1 и времязадающий конденсатор С2. Принцип действия этого устройства описан в разделе 7.2.1. Из-за замены микросхемы DDI разностные импульсы на выходе временного дискриминатора теперь имеют отрицательную полярность.
Далее разностные импульсы необходимо подвергнуть удлинению. Рассмотрим эту процедуру для ситуации, когда тк > т0. Удлинитель для этого случая реализован на интегрирующей цепи R7R8C6 и верхней части операционного усилителя DA2, работающего в режиме компаратора напряжений. В исходном состоянии конденсатор С6 заряжен до некоторого напряжения Uc (рис. 7.31, б), которое прикладывается к инверсному входу ОУ.
Опорное напряжение на прямом входе (вывод 2) компаратора выбрано с помощью потенциометра R15 несколько ниже (Uon). В результате потенциал на выходе ОУ (вывод 10) практически равен нулю, транзистор VT2 заперт, заперты и управляемые им выходные транзисторы мостовой схемы VT4 и VT7. По аналогичной причине закрыта и другая пара выходных транзисторов.
Напряжение питания на двигатель не поступает.
Отрицательный разностный импульс с выхода временного дискриминатора (рис. 7.31, а) разряжает конденсатор С6 через резистор R8. Постоянная времени разряда выбрана таким образом, чтобы даже при максимальной величине Лт разряд был практически линеен. В этом случае уменьшение напряжения на конденсаторе пропорционально величине передаваемой команды.
В момент пересечения уровня опорного напряжения, практически совпадающего с передним фронтом разностного импульса, на выходе компаратора устанавливается высокий потенциал (рис. 7.31, в), что приводит к отпиранию транзисторов VT4, VT7. По окончании разностного импульса начинается медленный заряд конденсатора через большое сопротивление резисторов R7 и R8. В момент обратного пересечения порогового уровня напряжение на выходе компаратора возвращается к исходному значению, формируя удлиненный импульс (рис. 7.31, в).
Удлиненные импульсы следуют с периодом повторения равным 20 мс, обеспечивая вращение исполнительного двигателя со скоростью, пропорциональной постоянной составляющей этих импульсов. Двигатель поворачивает рулевое устройство и ось потенциометра обратной связи R1 до обращения в нуль разностного импульса. При этом рулевое устройство занимает новое устойчивое положение, пропорциональное углу отклонения ручки управления в передатчике команд.
Стабилизатор напряжения DA1 обеспечивает стабильность временных процессов в одновибраторе и удлинителе импульсов. Конденсаторы С9, СЮ снижают уровень помех от коллекторного узла двигателя и предотвращают перегрузки выходных транзисторов от ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке двигателя вследствие питания его импульсным напряжением.
Детали и конструкция
Печатная плата устройства приведена на рис. 7.32. На ней предусмотрены места для конденсаторов СО и С26, отсутствующих на принципиальной схеме.
Необходимость в них может возникнуть при использовании двигателей с сильно искрящим коллектором. Оба конденсатора по 0,1 мкФ. Выходные транзисторы устанавливаются вертикально и радиаторов для охлаждения не требуют.
Транзисторы КТ814 и КТ815 могут быть заменены КТ816 и КТ817 соответственно. Операционный усилитель К140УДЗ заменяем К140УД2 без ухудшения качества работы. Потенциометр обратной связи должен быть как можно более износоустойчивым. Наилучший тип из отечественных— РП1-46Д, имеющий гарантированную износостойкость 100000 циклов.
Можно обойтись и СПЗ-4М либо СП4-1, имеющими надежность 25000 циклов. Важной характеристикой потенциометра является также величина усилия, требуемого для поворота оси. Чем оно меньше, тем меньшей мощности можно использовать двигатель в рулевой машинке. Выше получается и точность отработки команд.
Времязадающие конденсаторы С2, С5 и С6 должны быть обязательно пленочными, например типа К73-17, остальные — любого типа. Постоянные резисторы — типа MJIT или С2 мощностью 0,125 Вт (R20 и R21 — 0,5 Вт).
Настройка
Для настройки устройства понадобится генератор импульсов положительной полярности амплитудой 2—3 В, длительность которых можно было бы менять в пределах 1—2 мс. Для этой цели можно воспользоваться формирователем команд самой аппаратуры управления.
Канальный импульс подают на вход устройства и контролируют наличие коротких импульсов с выхода дифференцирующей цепи на катоде диода VD1. Двигатель рулевого устройства временно отсоединяют от выходных транзисторов и, поворачивая шестерни редуктора, устанавливают рулевое устройство (например передние колеса автомобиля) в нейтральное положение.
Ось потенциометра R1, связанную с редуктором, устанавливают в среднее положение. Контролируя с помощью осциллографа импульс ждущего мультивибратора отрицательной полярности на выводе 3 элемента DD1.1, потенциометром R3 устанавливают ее равной 1,5 мс. Вручную вращая шестерни редуктора, устанавливают последовательно рулевое устройство в крайние положения (ось потенциометра должна быть жестко связана с редуктором). Длительность собственных импульсов мультивибратора должна изменяться на ±0,5 мс.
Если изменение длительности больше указанной величины, необходимо установить рулевое устройство в нейтральное положение и освободить ось потенциометра от механической связи с редуктором. Затем повернуть ее на небольшой угол в направлении, соответствующем перемещению движка потенциометра в сторону заземленного вывода (если диапазон меньше ±0,5 мс, то в обратном направлении). Потенциометром R3 вновь установить исходную длительность 1,5 мс. Закрепив ось потенциометра, заново проверяют изменения длительности в крайних положениях редуктора. Методом последовательных приближений необходимо добиться, чтобы и среднее значение импульса и его отклонения соответствовали стандартным.
Далее настраивается удлинитель импульсов. Подав на вход командный импульс, соответствующий одному из крайних положений ручки управления (например 2 мс), убедиться, что на выводе 10 элемента DD1.3 присутствует отрицательный импульс длительностью 0,5 мс (рулевое устройство должно находиться в нейтральном положении). Подключить осциллограф к выводу 13 ОУ и убедиться в наличии на этом выходе удлиненного импульса положительной полярности. Если импульс отсутствует, вращением потенциометра R15 добиться его появления, а затем установить его длительность равной примерно 20 мс.
Подключить исполнительный двигатель и убедиться, что рулевое устройство отслеживает изменения положения ручки управления, расположенной в формирователе команд. Если двигатель отрабатывает в крайнее положение, необходимо поменять местами выводы двигателя. Изменяя в небольших пределах положение оси потенциометра R15 (регулируя, тем самым, коэффициент удлинения), необходимо установить максимальную скорость отработки рулевого устройства, при которой еще отсутствует колебательный процесс на подходе к положению равновесия. Если рулевое устройство отрабатывает в сторону, противоположную отклонению ручки управления, то необходимо поменять местами как выводы двигателя, так и крайние выводы потенциометра R1. При этом может потребоваться переустановка исходного положения оси потенциометра по вышеоговоренной методике.
Следует отметить, что эффективность работы рулевого устройства существенно зависит от используемого двигателя.
Внимание! Нельзя применять двигатели от детских игрушек — такие двигатели имеют большой ток потребления, сильное трение в подшипниках, большую величину напряжения трогания, сильно искрят и т. п.
Приемлемые результаты получаются с двигателями от аудиоплейеров на 1,5—6 В. Наилучшие же двигатели для рулевых машинок — двигатели с полым ротором серии ДПР, обладающие малой инерционностью и небольшим напряжением трогания.
Днищенко В. А.
500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями.
СПб.: Наука и техника, 2007. — 464 е.: ил.