Общие замечания
До сих пор мы знакомились с принципом действия и изготовлением устройств для управления моделями, прежде всего с точки зрения их пригодности в конструкторской практике радиомоделиста. Материал, содержащийся в предыдущих главах, является обобщением накопленного опыта и современных направлений развития техники дистанционного управления моделями. Дополнением этого материала являются содержащийся в настоящей главе обзор самых интересных промышленных конструкций аппаратуры и краткая ее характеристика.
Технические параметры передатчиков заводского изготовления приведены в табл. 14.1 и приемников в табл. 14.2.
Описываемые в этой главе аппараты сконструированы лучшими специалистами в этой области и имеют интересные схемные и конструктивные решения.
Обзор охватывает устройства одноканальные, многоканальные и для пропорционального управления, а также исполнительные механизмы. Особое внимание обращается на устройства, производимые серийно в виде комплектов для любительского монтажа. Сюда входят схемы и описания аппаратуры, находящейся в текущем производстве, и примеры наиболее интересных решений прошлых лет, которые могут явиться ценной помощью для конструкторов.
Примечание. Все приводимые в этой главе данные относятся к аппаратуре, работающей в диапазоне частоты 27 МГц, данные о другой полосе частот отмечены в тексте отдельно.
Простая одноканальная аппаратура все еще широко применяется в радиомоделизме. Ее общими признаками являются: низкая стоимость, надежность, простота обслуживания, а также малые габариты и масса. Встречаются приемники сверхрегенеративные и супергетеродинные, с реле или без них. Некоторая аппаратура сконструирована еще в 1962 г., а затем улучшалась, другая же сконструирована в последние годы.
Самые последние варианты одноканальной аппаратуры имеют передатчики с размерами 140x90x60 мм и массой до 0,7 кг. Мощность излучения 0,1—0 2 Вт. Модулирующая частота 600—900 Гц. Сверхрегенеративные приемники (например, RCP) с чувствительностью 2—5 мкВ имеют размеры 35Х28Х20 мм и массу 20—28 г без реле и до 40 г с реле. Супергетеродинные приемники с интегральными схемами (например, фирмы RCS марки «Guidance Sistem-III») имеют такую же чувствительность, а размеры 32X25X13 мм при массе 36 г или 55x38x23 мм при массе 40 г для устройств с классическими элементами. Питание от сухих батарей (приемники: от батарей, составленных из 2—3 элементов по 1,5 В или миниатюрной батареи 9 В и батареи из двух элементов по 1,5 В).
Исполнительные механизмы — звездообразные распределители с резиновым приводом (38x25 мм, 13 г; 3 В/200 мА) или с электрическим микродвигателем, вроде показанного на рис. 9.5 б. Корпуса приемников — нейлоновые, ударопрочные. В супергетеродинных приемниках применяются сменные (обычно — три) канальные кварцы. Междуканальный интервал ВЧ — 25 кГц (—6 дБ). Все чаще применяются антенные фильтры против посторонних помех.
Масса всей аппаратуры в модели от 115 до 340 г. Диапазон рабочей температуры от —5 до +50°С. Дальность действия 800—1000 м.
Применяя классические субминиатюрные элементы, можно собрать одноканальный сверхрегенеративный приемник с четырьмя транзисторами массой 3,5—15 г и величиной с ноготь, а питаться он будет от элемента напряжением 1,5 В.
Пульт управления — это чаще всего обычная кнопка — микровыключатель. Ручным управлением можно также получить регулирование приводного двигателя в модели (на принципе: один импульс — руль влево, два импульса — руль вправо, два импульса и третий короткий — регулирование двигателя), но встречаются также электронные манипуляторы с ручкой управления и кнопкой для обслуживания руля направления и регулирования двигателя и даже двух рулей и двигателя (см. рис. 14.4).
Аппаратура марки «Standard, Mars» (ЧССР)
Рис. 14.1. Аппаратура одноканальная. Передатчик 190X140X34 мм, масса 0,7 кг. Мощность излучения 0,2 Вт, 9 В/60 мА, 700 Гц±5%. Диапазон рабочей температуры от —10 до —45°С. Подавление гармоник ^55 дБ (при полностью выдвинутой антенне и держании передатчика обеими руками за боковые стороны корпуса так, что антенна образует е плоскостью местности угол от 45 до 80°). Приемник сверхрегенеративный, 55X47X27 мм, масса 60 г. Чувствительность 3 мкВ. Питание 4,5 В (минимум 3 В) или 3 В (минимум 2 В). Выход безрелейный (максимум 500 мА). Модулирующая частота 700 Гц (можно перестроить до 5 кГц). Электромагнитный исполнительный механизм EMV-1 или MV-1 с микроэлектродвигателем. Выпускается с 1970 г.
Аппаратура «Mini Reptone» фирмы REP (Великобритания)
Рис. 14.2. Аппаратура одноканальная для управления летающими и другими радиомоделями. Передатчик-А2 (700 Гц). Приемник сверхрегенеративный, размерами 75Х44Х40 мм и массой 85 г, исполнительный механизм (звездообразный с резиновым приводом) — 21 г, общая масса аппаратуры в модели вместе с батареей 4,5 В — 150 г. Выход безрелейный. Катушка исполнительного механизма шунтирована диодом и резистором 10 Ом, соединенными последовательно.
Аппаратура «Combo» фирмы MacGregor (Великобритания)
Рис. 14.3. Аппаратура одноканальная, производится с 1968 г. Размеры передатчика 150X90X40 мм, масса 0,65 кг. Длина антенны 1 м (без противовеса). Питание 9 В/50 мА. Приемник сверхрегенеративный, размерами 45x38x23 мм и массой 29 г. Питание 9 В/9 мА и 3 В/510 мА. Чувствительность 3 мкВ. Дальность действия на земле свыше 500 м. Исполнительный механизм — электромагнит 8 Ом. Обращает на себя внимание то, что почти во всей аппаратуре здесь используются кремниевые транзисторы одного и того же типа.
Аппаратура BCT/BCR фирмы Babcock (США)
Рис. 14.4. Аппаратура одноканальная с использованием распределительно-временной селекции. Позволяет независимо друг от друга выбирать четыре операции (руль направления и руль высоты) и регулирование приводного двигателя. Размеры передатчика 140x75x68 мм, масса 0,65 кг. Подводимая мощность 0,2 Вт. Приемник супергетеродинный, 64 г. Исполнительные механизмы — звездообразные распределители с резиновым приводом. В части электронного манипулятора подобное схемное решение использовано и в японской аппаратуре фирмы Futaba, известной также в Европе.
Аппаратура «Mule» фирмы Controlaire (США)
Рис. 14.5. Передатчик одно-канальный. Первые варианты этой аппаратуры питались напряжением 18 В от миниатюрных батарей. Размеры передатчика 156x129x52 мм, масса 0,62 кг. Подводимая мощность 0,4 Вт. Обращает на себя внимание то, что каскад мощности ВЧ не имеет настроенного контура. Его заменяет средняя удлинительная катушка антенны. Передатчик выпускается также в виде комплекта элементов для любительского монтажа. Регулирование упрощено (единственный настроечный элемент находится в кварцевом генераторе).
Аппаратура OS «Pixie» (Япония)
Рис. 14.6. Аппаратура одноканальная для управления летающими и прочими радиомоделями. Передатчик размерами 92X63X32 мм и массой 0,23 кг. Длина антенны 0,94 м со средней удлинительной катушкой. Антенна телескопическая (шесть секций). Питание 9 В/23 мА (А1) и 38 мА (А2—700 Гц). Подводимая мощность 0,095 Вт. Приемник сверхрегенеративный, размерами 51X28X25 мм, массой 57 г. Питание 3 В/4 мА (50 мА при сигнале 300—1000 Гц). Диапазон рабочей температуры от +4 до +54°С. Приемник залит силиконовым каучуком. С 1967 г. выпускается новый вариант передатчика 9S с кремниевыми транзисторами n-p-n-типа С536Е. Распределитель звездообразный с резиновым приводом (3 В). Подводимая мощность ВЧ 0,2 Вт. Модуляция импульсная 100%-ная.
На рис. 14.7 приведена схема супергетеродинного приемника с пьезокерамическими фильтрами.
Аппаратура SH-112 фирмы Controlaire (США)
Рис. 14.8. Один из наиболее широко распространенных супергетеродинньх приемников. Выпускается с 1965 г. с классическими элементами. Размеры 50X40X26 мм, масса 55 г. Корпус алюминиевый, разъемный. Питание 2,4—3,6 В. Потребление тока 6 мА (48 мА при сигнале 400—1200 Гц). Диапазон рабочей температуры от —18 до +54°С. Требует модуляции глубиной 95—100%. Выпускается также в виде комплекта элементов для любительского монтажа. Применяется в импульсных системах, а именно в простой аппаратуре для пропорционального управления и в аппаратуре цифровой системы.
Аппаратура «Пилот» (СССР)
Аппаратура двухканальная, стала выпускаться в 1970—1972 гг. Передатчик размерами 205X130X45 мм, массой (без батареи) 0,7 кг. Семь транзисторов. Мощность излучения 0,3 Вт. Стабилизация кварцевая. Питание 12,5—15 В/120 мА. Длина антенны 1,08 м. Измерительный прибор. Корпус металлический. Приемник сверхрегенеративный с несколькими реле. Восемь транзисторов. LC-фильтры 2300 и 3200 Гц. Размеры приемника 73X70X36 мм, масса 135 г. Чувствительность 10 мкВ. Питание 9 В (минимальное 7,5 В). Потребление тока 10 мА (максимальное 60 мА при сигнале). Длина антенны 0,6—0,8 м. Исполнительный механизм двухканальный с игрушечным двигателем МДП-1 и с электрическим возвратом в нейтраль.
В 1970 г. появилась простая одноканальная аппаратура «Сигнал» для управления игрушками и плавающими, и колесными моделями с дальностью действия до 60 м. Передатчик и приемник питаются от миниатюрных батарей 9 В, Приемник сверхрегенеративный, с четырьмя транзисторами и одним реле.
Аппаратура РУМ-2 «Полет» (СССР)
Аппаратура шестиканальная, с LC-фильтрами, производимая серийно с конца 1972 г. Масса приемного устройства 300 г. Намечается производство двух — восьмиканальной аппаратуры. Приемник сверхрегенеративный.
Аппаратура «Топох» (ЧССР)
Рис. 14.9. Управляющая аппаратура с LC-фильтрами. Производилась серийно в 1967—1968 гг. Передатчик полностью транзисторный; мощность излучения 0,1 Вт. Производился в одно-, двух-, четырех-, шести-, восьмиканальном вариантах. Размеры 195X100X45 мм; питание 12 В. У шести- и восьмиканальных вариантов была возможность одновременной посылки двух управляющих сигналов. Частоты каналов: 800, 1110, 1700, 2350, 3000, 3670, 4300 и 5700 Гц. Антенна с центральной удлинительной катушкой.
Приемник сверхрегенеративный, чувствительностью 6—10 мкВ, с УВЧ. Модульная конструкция: приемник Р00 (размеры 18x55x83 мм, масса 70 г) и двухканальные модули с реле RP (размеры 18X55X83 мм, масса каждого 85 г). Питание 6 В/225 мА·ч. Соединения штекерные.
Исполнительные механизмы с электрическими микродвигателями.
Аппаратура «Mecatron-2» (ФРГ)
Рис. 14.10. Это интересная и довольно распространенная двухканальная аппаратура. Производится с 1965 г. Отличается большой стойкостью к помехам. Фирма проявляет стремление к упрощению производства, отказываясь от индуктивных элементов НЧ в передатчике и приемнике. Приемники, исполнительные механизмы питаются от кадмиево-никельной батареи 6 В (225—500 мА·ч). Передатчик размерами 135X105x50 мм и массой 0,64 кг. Его мощность 1 Вт. Приемник сверхрегенеративный с усилителем ВЧ. Размеры его 66X40X20 мм, масса 70 г. Исполнительный механизм 195/3, размерами 56X36X20 мм, массой 55 г. Микроэлектродвигатель «Microperm» (редуктор 6:1 + ходовой винт). Потребление тока от 300 до 650 мА. Время отклонения 0,56 с, длительность возврата 0,46 с. Шаг 2X5 мм. Управляющее усилие 6 Н. Допустимая перегрузка до 20 g.
При работе первого канала передатчик посылает непрерывную несущую ВЧ, модулированную частотой 2,1 кГц; второй канал управляется той же частотой, прерываемой периодически: 5 мс — импульс, 5 мс — пауза и т. д. (100 Гц). Генератор НЧ соединен с трансформатором, питающим анодную цепь лампы, а мультивибратор формирует прерывистый сигнал.
Аппаратура «Telecont» (ФРГ)
Рис. 14.11. Передатчик в алюминиевом корпусе, имеющем форму фотоаппарата. Приемник очень прочный (металлическая несущая конструкция в корпусе из эластичной пластмассы), очень капризен в эксплуатации (часто теряется связь на отдельных каналах НЧ). Это происходит из-за использования фильтров с последовательным резонансом, что поставило перед сверхрегенеративным приемником строгие требования равномерной передачи полосы частот 2—12 кГц. Супергетеродинный приемник работает лучше.
Частоты каналов: 2,14; 3,02; 3,93; 5,1; 6,3; 7,5; 8,7; 10; 11,6 кГц. Ширина рабочей полосы фильтров 5—10%. Точность заводской настройки каналов НЧ 0,2%. Реле отрегулированы для срабатывания при токе 16—20 мА и отпускания при 12—14 мА. Фильтры работают правильно при уровне входных сигналов 0,6—2 В. Седьмой и восьмой каналы примерно на 20% менее чувствительны В результате изменений температуры окружающей среды в диапазоне от —15 до +50°С частоты генераторов НЧ в передатчике изменяются максимально на 0,2%. Изменения напряжения, питающего передатчик, от 9 до 15 В вызывают перестройку не более чем на 0,2%. Фильтры в приемнике работают устойчиво в диапазоне температуры от —20 до +50°С. Колебания напряжений от 4,5 до 7,5 В вызывают изменения их чувствительности на 20%. Приемник собирается из нескольких частей основного модуля (приемника) и модулей-приставок (трех-, пяти- и девятиканальных). Все соединения штекерные.
Аппаратура «Variophon-Varioton» (ФРГ)
Рис. 14.12, 14.13, 14.14 и 14.15. Первые передатчики имели RC-генераторы НЧ (схема двойного Т-моста). После того как выяснилось, что они недостаточно стабильны, с 1964 г. стали применять LC-генераторы («Variophon-S»). Одновременно изменили модуляцию, т. е. перешли с прямоугольной на синусоидальную форму сигнала в связи с более жесткими правилами пользования передатчиками во многих странах. Эта аппаратура является примером хорошо продуманного конструктивного решения — модульных блоков, содержащих приемник (сверхрегенеративный или супергетеродинный) и общие для них двухканальные фильтры. Эти модули можно собирать в двух-десятиканальные узлы (от одного до пяти модулей), скрепляемые друг с другом резиновым кольцом. Рабочие частоты каналов НЧ и (полосы пропускания фильтров), Гц: 825 (175), 1100 (200), 1700 (300), 2325 (400), 3000 (450), 3670 (550), 4300 (500), 5700 (500), 6350, 7150. Фильтры работают с синусоидальными или прямоугольными сигналами, модулированными на глубину 30—100%. Передатчик работает в диапазоне напряжений питания от 10 до 13,5 В, а приемник — от 5,5 до 7,5 В. Диапазон рабочей температуры от —10 до +55°С.
Миниатюрный передатчик двух- или четырехканальный «Variophon-2/4»; его размеры 135X90X43 мм, а масса 0,5 кг. Антенна длиной 1,46 м. Питание 12 В/45 мА. Мощность излучения 0,15 Вт. Глубина модуляции 80%. Каналы: 825, 1100, 1700 и 2325 Гц.
Передатчик «Variophon-S» четырех-, восьми-, десятиканальный, размерами 200X145X55 мм, массой 1,5 кг. Антенна длиной 1,25 м. Питание 12 В/95—150 мА. Мощность излучения 0,22 Вт. Глубина модуляции 2x50% (возможность одновременной передачи двух управляющих сигналов).
Супергетеродинный приемник «Varioton-S» размерами 58x38x16 мм, массой 41 г. Сверхрегенеративный приемник «Varioton» размерами 56X40X16 мм, массой 29 г, чувствительность 6 мкВ (см. рис. 14.14), имеет апериодический УВЧ без настроенного контура. Это не улучшает селективность, но, пожалуй, расширяет полосу приема. Чувствительность в 6 мкВ может быть достигнута и без УВЧ. Обращает на себя внимание применение в детекторе очень редко встречающейся теперь схемы с независимым гашением. Для этого служит особый контур, благодаря которому можно точно задавать частоту гашения. Кроме того, такая схема обеспечивает достижение максимального уровня полезного сигнала НЧ от детектора, который через дроссель НЧ и диод подается на базу первого транзистора УНЧ. В приемнике через обратную связь взаимодействуют друг с другом детектор и первый каскад УНЧ. Их режимы взаимно компенсируются по температуре и по усилению. Когда на детектор поступает сигнал с большим уровнем, транзистор первого каскада УНЧ под действием обратной связи понижает усиление. Выходной сигнал НЧ, поступающий на фильтры, имеет прямоугольную форму с уровнем 3,3 В. Таков же выходной уровень напряжения шума сверхрегенерирования. Однако канальные фильтры предохранены от случайного срабатывания путем включения блокирующих резисторов (см. рис. 14.15). Их роль рассмотрена в параграфе 13.4,
Конструктивно каждый модуль состоит из монтажной платы в экране из алюминия, который прикреплен к толстому пластмассовому основанию, с краями, выступающими за стенки металлического экрана. Все соединения штекерные.
Выбор одного из пятнадцати каналов ВЧ осуществляется путем замены кварцев в передатчике и супергетеродинном приемнике (рис. 14.16). Питание передатчика 12 В/500 мА·ч, приемника — 6 В/150 мА·ч, исполнительных механизмов — 2,4 В/500 мА·ч (кадмиево-никелевые аккумуляторы). Продолжительность работы передатчика 4,5 ч.
С 1968 г. в каскаде усилителя мощности ВЧ (см. рис. 14.13) применяется транзистор Т8 с повышенной мощностью. Благодаря повышенной мощности излучения достигнуто увеличение дальности действия аппаратуры (прежний вариант передатчика «Variophon-S» обеспечивал дальность действия с моделью в воздухе 500 м), но одновременно это ухудшило экономичность. Теперь продолжительность работы передатчика уже не превышает полутора часов, а потребление тока равно 150 мА.
Экспериментальное использование в передатчике «Variophon-S» антенны с центральной удлинительной катушкой увеличило втрое уровень напряженности электромагнитного поля. Антенна этого типа излучает примерно в 10 раз эффективнее, чем обычный штырь с нижней удлинительной катушкой. Переделка передатчика сводится к отключению находящейся в нем антенной катушки и к соединению гнезда антенны с выходом передатчика. Следует также уменьшить емкость конденсатора 160 пФ до 90—100 пФ. Для определения оптимального значения впаивают конденсатор 90 пФ, подсоединяют антенну с центральной удлинительной катушкой и, держа передатчик так, как при управлении, наблюдают за показаниями измерителя напряженности электромагнитного поля. Дополнительно впаивая параллельные конденсаторы емкостью 2—3 пФ, стараются получить самые большие показания измерителя.
В модуляторе передатчика находятся генераторы НЧ. Они подстраиваются сердечниками, а потенциометры, расположенные рядом, служат только для регулирования уровня выходного напряжения НЧ от каждого генератора.
Имеется несколько возможностей практического увеличения числа каналов в восьмиканальной аппаратуре без необходимости внутренних переделок, с получением таким образом девяти или десяти каналов. Необходима только способность аппаратуры к одновременному обслуживанию двух операций в модели. Можно, например, использовать в модели «автоспуск» фотографического типа, который через 15 с после старта отключит от «+» питания (через микровыключатель) исполнительный механизм руля направления и включит триммер руля высоты. Руль направления используется, как правило, только при старте, а далее модель управления элеронами.
Другой способ заключается в снабжении исполнительного механизма регулирования оборотов приводного двигателя модели микровыключателем, переключающим механизм руля направления на триммер руля высоты. В положении «Большой газ» включен триммер, во всех иных положениях включен руль направления. Это устройство действует весьма эффективно. Руль направления может быть использован почти во всем диапазоне оборотов двигателя, а триммер руля высоты — только при полном газе.
В восьмиканальной аппаратуре «Variophon-Varioton» можно, кроме того, получить девятый канал путем простой переделки канального модуля «7/8» (разрыв трех нижних проводящих дорожек на печатной схеме). Теперь канальный модуль «3/4» будет действовать только как переключатель канала «7», в который включен механизм руля высоты и его триммер. В этом решении одноканальный исполнительный механизм регулирования оборотов приводного двигателя в модели обслуживается каналом «8». Передатчик не нуждается в других изменениях. Триммер обслуживается после замыкания канала «7» ручкой управления «3/4».
Аппаратура «Competition-10 МК II» фирмы RCS (Великобритания)
Рис. 14.17. Эта аппаратура является примером новейшего способа решения проблемы стабильности генераторов НЧ в передатчике, взаимодействующем с приемником с резонансным реле без использования LC-элементов. Здесь имеется возможность посылки двух сигналов одновременно (второй, такой же генератор НЧ включается между точками X—X). Потенциометры R позволяют перестраивать частоты отдельных каналов в диапазоне ±15 Гц.
Передатчик десятиканальный, имеет размеры 180x133x80 мм и массу 1,5 кг. Длина антенны 1,7 м. Частоты каналов 350—650 Гц. Приемник супергетеродинный с резонансным реле без промежуточных реле. Размеры его 76Х47Х25 мм, масса 100 г. Питание 7,2 В/5 мА (45 мА при сигнале). Передатчик может также работать с любым супергетеродинным приемником.
На рис. 14.18 приведена схема сверхрегенеративного приемника.