Аналоговый механизм SPAR-9 (США) (см. рис. 10.17) может работать с цифровой системой и с обычной одноканальной аппаратурой (с безрелейным выходом) и с обычной многоканальной аппаратурой с резонансным реле. В обоих последних случаях необходим импульсный сигнал.
Уровень входного сигнала ±3,3 мА (1 кОм). Точность установки ±0,18 мм. Потребление тока 8/225 мА. Время перехода с одного крайнего положения в другое (2X7,5 мм) равно 1 с при нагрузке 4,5 Н. Габаритные размеры — 75x33x25 мм, масса — 69 г.
Кремниевые транзисторы (за исключением оконечных). В диапазоне рабочих температур от —18 до +60°С дрейф нуля равен менее 0,04% на градус. Микродвигатель типа «Micromax» с сопротивлением 3 Ом с планетарной передачей 60:1. Корпус алюминиевый.
Потенциометр угольный с двумя скользящими щеточными контактами для увеличения надежности. При испытаниях исполнительный механизм показал долговечность в 120 тысяч полных отклонений в обоих направлениях под нагрузкой 4,5 Н.
Пример более дешевого механизма для любительских устройств, выпускаемого в продажу в виде комплекта деталей, приводится ниже.
Аналоговый исполнительный механизм ССТ-2 фирмы Teleradio
Аналоговый исполнительный механизм ССТ-2 фирмы Teleradio (Великобритания), основанный на схеме Orbit «Analog» PS-2A (см. рис. 10.18), развивает управляющую силу свыше 13,5 Н. Время перехода с одного крайнего положения в другое (2X10 мм) равно 1,2 с при нагрузке 9 Н. Несмотря на простоту и сравнительную дешевизну этого механизма, он дает хорошие результаты, особенно при работе с микродвигателями с малым сопротивлением (например, фирмы Mitsumi). Передача его состоит из пластмассовых шестерен. Исполнительный механизм выпускается в виде комплекта деталей и узлов. Имеется также более дешевый вариант этого механизма, у которого только четыре транзистора, но установка руля тогда получается пониженной точности.
Аналоговый исполнительный механизм Multiplex (ФРГ)
Аналоговый исполнительный механизм Multiplex (ФРГ) (см. рис. 10.19) работает с аппаратурой цифровой системы, обладает очень хорошими качествами и годится для самостоятельного исполнения при использовании микродвигателя «Micromax» Т05 или Т03. Обращает на себя внимание схема искрогашения щеток коллектора, а именно то, что механический корпус микродвигателя соединен с центральным отводом батареи. В случае работы без стабилизированного напряжения (+5 В) оба провода (+5 В и +5 В) соединяются вместе и подводятся к одной батарее. Подстроенный потенциометр R регулирует (перемещает) нулевое положение схемы (центрирование).
Другие регулировочные элементы исполнительного механизма: конденсатор 1—2 мкФ и сопротивление 22—33 кОм — это регулирование демпфирования; термистор 1—5 кОм — это температурная компенсация (при нагревании усилителя горячим воздухом в сушилке для волос нулевое положение схемы не должно подвергаться изменению); слишком большое номинальное сопротивление термистора вызывает перекомпенсацию, т. е. нулевое положение механизма смещается при нагреве в сторону, противоположную той, в которую оно смещается без термистора; Т — кремниевый или германиевый (что хуже) транзистор с коэффициентом усиления по току р около 60—90 (больший коэффициент р вызывает ненужный рост общего усиления схемы и склонность к возбуждению); R и R1 — компенсация по напряжению; если нет отдельного источника стабилизованного напряжения, то понижение напряжения одной из двух батарей 2,5 В не влияет на изменение нулевой точки схемы, так как транзистор Т подсоединен не к центру батареи 2·2,5 В, а к «искусственному центру» — делителю напряжения, образованного элементами R и R1.
Величины сопротивлений R и R1 должны быть одинаковыми и не слишком большими, так как тогда уменьшается усиление транзистора Т. Максимальная их величина — 470—680 Ом. Слишком малые величины R и R1 вызывают большой ток покоя, который, например, при 2·220 Ом будет более 10 мА. Питание потенциометра Rос и делителя напряжений R и R1 от отдельного источника (дополнительной батареи или электронного стабилизатора напряжения) обеспечивает хорошую компенсацию исполнительного механизма по напряжению.
Цифровой исполнительный механизм Orbit PS-20
Цифровой исполнительный механизм Orbit PS-20 (США) (см. рис. 10.20) отличается высокими КПД и надежностью при небольших размерах. Это достигнуто использованием дополнительных транзисторов и хорошо продуманным решением схемы балансировки усилителя. Здесь использованы кремниевые транзисторы с коэффициентом β, равным 100—200. Оконечные транзисторы могут быть кремниевые или германиевые.
Описание работы исполнительного механизма
Положительные импульсы от дешифратора поступают на базу транзистора Т1 эмиттерного повторителя, служащего трансформатором полного сопротивления между выходом дешифратора и схемой сравнения. Импульсы с эмиттера Т1, находящиеся в фазе со входными импульсами, поступают на суммирующее устройство и одновременно их фронты запускают генератор импульсов сравнения.
Этот генератор состоит из двух транзисторов — Т2 и Т3 (однопозиционного мультивибратора). Шириной его выходных импульсов можно управлять с помощью потенциометра R11. Скользящий щеточный контакт этого потенциометра вращается одновременно с валом механизма. Если информационный импульс, поступающий через резистор R10, имеет такую же ширину, что и импульс сравнения, подводимый через резистор R9, в точке В не образуется разностного импульса и оба плеча усилителя остаются в покое. Если информационный импульс окажется шире импульса сравнения, то в точке В появится положительный разностный импульс в тот момент, когда транзисторы Т2 и Т3 возвратятся в состояние покоя, т. е. в момент окончания действия импульса сравнения. Разностный импульс очень узок (короток) и должен быть расширен и усилен, иначе он не сможет включать микродвигатель.
Положительные импульсы расширяются транзистором Т5, который на короткое время открывается разностными импульсами, подаваемыми на его базу через конденсатор С5. В коллекторе этого транзистора появляется (под влиянием тока разряда конденсатора С5) напряжение пилообразной формы, которое управляет формирующей триггерной схемой на Т7 и T9 (триггер Шмитта) с прямоугольной характеристикой переключения. Транзистор Т7, который нормально открыт, теперь закрывается (после поступления импульса), и вся схема опрокидывается.
Теперь проводит транзистор T9, а с ним — 770, который замыкает цепь питания микродвигателя. Эта цепь остается отпертой на время действия расширенного разностного импульса, заданного постоянной времени интегрирующей цепи. Применяемая емкость конденсатора С7 (соответственно С8 в тракте Т7, Т6, Т8Г Т11 для согласования отрицательных разностных импульсов) расширяет разностный импульс до 10 мс. Микродвигатель питается импульсами тока; иногда он даже включен непрерывно, когда длительность разностного импульса достигает своего максимального значения. Это очень ценное качество.
В цифровом исполнительном механизме можно при медленных движениях ручки управления в передатчике получить импульсное питание микродвигателя, а при быстрых — непрерывное питание, благодаря которому микродвигатель разовьет большие скорость вращения и мощность. В первом случае скорость движения ручки управления должна быть меньше максимальной скорости исполнительного механизма или равна ей, а во втором случае — больше этой скорости.
Возвратимся теперь к моменту, когда транзистор Т10 подключил микродвигатель к верхней половине источника питания. Механическая связь микродвигателя с потенциометром R11 выполнена так, чтобы при работе напряжение на его движке, следовательно, и на конденсаторе С2 увеличивалось. Вместе с увеличивающимся напряжением на С2 пропорционально увеличивается длительность импульса сравнения, генерируемого схемой на Т2, Т3, пока не будет достигнута величина, равная длительности информационного импульса. В этот момент исчезнет разностный импульс, транзисторы Т5, Т7, T9 и Т10 возвратятся в состояние покоя, а цепь питания микродвигателя прервется. Для компенсации инерции механизма, вызывающей «выбеги» или колебания около нейтрали, применяют электрическое демпфирование.
Отрицательный пик напряжения, образующийся благодаря индуктивности обмотки микродвигателя в момент отпирания цепи питания, вызываемого транзистором Т10 (или же положительный пик напряжения, образующийся при отпирании цепи транзистором Т11), подается через резистор R25 на конденсатор С2 генератора импульсов сравнения. Это мгновенно приводит к сужению или расширению импульса сравнения, которое уравновесит расширение (или сужение), вызванное смещением положения покоя под влиянием инерции механизма. Величина демпфирующего сопротивления зависит от динамических параметров механизма, причем эффективность демпфирования обратно пропорциональна величине этого сопротивления. Наиболее полезна самая большая величина, при которой выходной механический привод еще не переходит за нейтраль. Иногда допускается небольшой «выбег», так как слишком большое его подавление приводит к тому, что механизм становится «ленивым».
Конденсатор С2 не должен быть керамическим; тут можно использовать металлобумажный конденсатор. Конденсаторы С7 и С8 должны быть очень высокого качества; лучше всего подходят для этого танталовые конденсаторы. Допуски номинальных значений конденсаторов и резисторов ±10%, минимальное рабочее напряжение конденсаторов — 10 В.
Цифровой исполнительный механизм фирмы Remcon Electronics «Mini-Servo-Quantum»
Цифровой исполнительный механизм фирмы Remcon Electronics «Mini-Servo-Quantum» (Великобритания) (см. рис. 10.21) имеет типовой классический усилитель, применяемый для малых исполнительных механизмов. Для него необходимо использовать транзисторы с большим коэффициентом β. Это простая схема, которая может быть еще более упрощена отказом от транзистора Т1 в разделительном каскаде (в зависимости от конструкции дешифратора в приемнике).
Сравнение импульсов (информационного и сравнения) производится так же, как в схеме рис. 10.20. Положительные импульсы длительностью 1,5±0,5 мс с паузой 20 мс подаются на базу транзистора разделительного каскада Т7. Импульсы сравнения поступают с коллектора транзистора Т1 (инверсия информационного импульса) и транзистора Т2 (импульс сравнения). Генератор импульсов сравнения состоит из транзисторов Т2 и Т3. Эта схема запускается отрицательным импульсом, подаваемым на коллектор Т3 через резистор R4. Потенциометр R, определяющий ширину импульса сравнения, находится в цепи коллектора ТЗ. Благодаря потенциометру R5 можно увеличить или уменьшить отклонения механического привода при данных изменениях ширины входного информационного импульса.
Увеличение последовательного сопротивления вызывает увеличение отклонения и наоборот. Длительность импульса сравнения в положении нейтрали механического выхода устанавливают путем регулировки сопротивления R2. Конденсатор С2 должен быть такого же качества, как и в исполнительном механизме из рис. 10.20. Чтобы характеристика включения имела прямоугольную форму, необходимо, чтобы транзисторы Т6, Т7, Т8 и T9 имели как можно более высокий коэффициент β (не менее чем 200). Остальные транзисторы имеют такие коэффициенты β: Т1—30÷50, Т2—150, Т3—70, Т4—150÷200, Т5—150÷200.
Демпфирование «выбега» можно осуществлять в случае надобности, подбирая величину R12. Уменьшение эффективности демпфирования достигается путем увеличения сопротивления резистора R12 или путем использования резистора R17.
Принцип правильного включения потенциометра R таков: если информационный импульс шире импульса сравнения, то действует тракт усилителя Т4, Т6, Т8, а микродвигатель должен быть включен так, чтобы скользящий контакт потенциометра двигался в направлении коллектора транзистора Т3; в другом случае, в состоянии пропускания находится тракт с транзисторами Т5, Т7 и T9, а скользящий контакт потенциометра R должен удаляться от коллектора Т3. В состоянии покоя усилитель потребляет очень малый ток — 6 мА.
Если напряжение питания 2·3,6 В, то следует добавить ограничительные резисторы R18 и R19 для транзисторов Т8 и T9.
Цифровой исполнительный механизм фирмы ЕК Products «Logictrol»
Цифровой исполнительный механизм фирмы ЕК Products «Logictrol» (США) (см. рис. 10.22) отличается тем, что для него не нужны кремниевые транзисторы p-n-p. Зато для него требуется большее число диодов и резисторов. Транзисторные тройки Т4, Т6, Т8 и Т5, Т7, T9 можно заменить интегральной схемой, например МАА 435 чехословацкого производства.
В отличие от механизмов, приведенных на рис. 10.20 и 10.21, работающих с разностными импульсами с положительной и отрицательной полярностями, здесь оба тракта усилителя используют только положительные разностные импульсы. Схема сравнения состоит из Д1, R8 и Д2, R2. Транзистор Т1 инвертирует входной информационный импульс, что необходимо для работы схемы. Транзисторы Т2 и Т3 образуют однопозиционный мультивибратор, запускаемый передним фронтом информационного импульса. Получаемый положительный импульс поступает на базу транзистора Т3. Если схема находится в состоянии покоя, то в точках А и В получится состояние логической функции — 0. Появление информационного импульса приводит к тому, что транзистор Т1 открывается, а схема Т2, Т3 опрокидывается так, что Т3 будет открыт, а Т2 будет закрыт. В точках А и В сохраняется состояние 0, поскольку положительное напряжение, подаваемое резисторами R2 и R8, шунтируется диодами Д1 и Д2. Все зависит от того, какой из этих импульсов будет уже (короче). Если уже информационный импульс, то транзистор Т1 быстрее возвратится в прежнее состояние, чем схема генератора сравнения Т2, Т3, а диод Д1 запрется. В точке В создается только положительное напряжение (состояние 1), подводимое через резистор R8 от коллектора транзистора Т2, который до сих пор закрыт. Напряжение в точке В (состояние 1) будет сохраняться до тех пор, пока схема сравнения не возвратится в исходное состояние. Образованный таким образом разностный импульс будет подан через конденсатор С5 на базу транзистора Т5 в расширяющей схеме. В дальнейшем схема работает так, как в исполнительном механизме рис. 10.20. Микродвигатель должен быть так включен, чтобы напряжение на скользящем контакте потенциометра R11 уменьшалось (относительно минуса источника питания), когда работает тракт с транзисторами Т5, Т7, T9 и Т11.
Если информационный импульс будет шире импульса сравнения, то в точке А (состояние 1) появится положительное напряжение, а разностные импульсы будут через конденсатор С4 открывать транзистор Т4. Возникающие пилообразные импульсы запустят триггер Шмитта Т6—Т8. Когда открыт транзистор Т8, то открыт и транзистор Т10, а микродвигатель вращается в противоположном направлении.
Правильная работа схемы зависит от диодов Д5 и Д6, которые шунтируют оба тракта и защищают от одновременного открытия транзисторов Т10 и Т11. Эти диоды должны иметь малое сопротивление в прямом направлении и одновременно малую проходную емкость. Тут целесообразно использование германиевых переключающих диодов (например, ОА180, ОА5, ОАЭ). Германиевые плоскостные диоды не подходят, поскольку они вызывают самовозбуждение вследствие больших проходных емкостей.
Если удалить резистор R4, то можно к точке D подсоединить стабилизованное напряжение 5 В.
Цифровой исполнительный механизм фирмы WE-Controlaire S4B
Цифровой исполнительный механизм фирмы WE-Controlaire S4B (США) (см. рис. 10.23) является примером системы нового поколения с интегральной схемой μL914. Благодаря этому усилитель упрощается, уменьшаются его размеры и повышается точность установки руля. Интегральная схема, в частности, эффективно улучшает центрирование и предотвращает явление дрейфа нуля. Это свойство характерно для всех исполнительных механизмов с интегральными схемами. Кремниевые транзисторы Т3, Т5 и Т7 усиливают отрицательные импульсы, а транзисторы Т2, Т4 и Т6 — положительные импульсы.
Потенциометр обратной связи непроволочный. Шестерни нейлоновые.
Цифровой исполнительный механизм «Digitrio»
Цифровой исполнительный механизм «Digitrio» (США) (см. рис. 10.24) предназначен для любительской сборки из комплекта деталей. При этом используется механическая часть различных механизмов заводского изготовления (например, фирмы Orbit). Микродвигатель фирмы Mitsumi. Схемы других механизмов представлены на рис. 10.25, 10.26, 10.27.
Цифровой исполнительный механизм фирмы Simprop D-502 (ФРГ) (см. рис. 14.36 б) основан на исполнительном механизме фирмы Orbit PS-2D. Шестерни нейлоновые, не имеют люфта на выходе управляющего поворотного диска. Потенциометр обычного типа — угольный на гетинаксовой основе. Это — механизм среднего качества. Центрирование он дает неточное, особенно по истечении некоторого времени его эксплуатации. В 1970 г. появился вариант D-502 1C с интегральной схемой и новым микродвигателем «Escap» с серебряным коллектором. Точность установки 0,2—0,3°.
