Автор: Миль Г.
Теги: техника средств транспорта водный спорт судостроение конструирование водный транспорт морские судна
Год: 1984
Текст
г. миль
МОДЕЛИ
С ДИСТАНЦИОННЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ
Femgesteuerte
Gunter M ei Modelie
selbstgebaut
Aufbau
und Betrieb
funkfemgesteuerter
Schiffs-
und
Flugmodelle
Urania—Verlag
Leipzig - Jena • Berlin
Г. Миль МОДЕЛИ
С ДИСТАНЦИОННЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ
Постройка и эксплуатация
радиоуправляемых плавающих
и летающих моделей
Перевод с немецкого
Л. Ф. Маков кина
Ленинград
„Судостроение”
1984
ББК 75.717.96
М60
УДК 629.12.001.572
Научный редактор канд. техн, наук В. В. Никитин
Миль Г.
М60 Модели с дистанционным управлением: Пер. с нем. — Л.: Судо-
строение, 1984. — 288 с., ил.
ИСБН
Книга является руководством по конструированию моделей судов, кате-
ров, моторных и парусных яхт. Содержит много полезных советов и рекомен-
даций по конструированию аппаратуры телеуправления, по организации рабо-
чего места моделиста и развитию у него навыков работы с измерительной
и настроечной аппаратурой.
Предназначена для моделистов-любителей.
3605030000-066
048 (01)-84
67-84
. 75.717.96
©Издательство „Судостроение”, 1984г.
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
Дистанционное управление моделями кораблей и самолетов получи-
ло в последние годы весьма широкое распространение. Устройства дистан-
ционного управления моделями выпускаются промышленностью, и моде-
листу остается только приспособить их к своим моделям. Советскому
читателю знакома уже книга доктора Гюнтера Миля (ГДР) „Электрон-
ное дистанционное управление моделями”, перевод которой издан в
1980 г. издательством ДОСААФ. Эта книга посвящена как раз устройст-
вам дистанционного управления, выпускаемым промышленностью.
Однако многих моделистов-спортсменов привлекает создание соб-
ственных конструкций устройств дистанционного управления, наиболее
полно отвечающих их запросам и специально приспособленных к изго-
товляемым ими моделям. Хорошим руководством для таких моде-
листов явится книга Гюнтера Миля , ,Мо дел и с дистанционным управлени-
ем”, рассчитанная на начинающих моделистов.
В книге достаточно полно и популярно излагаются основы электро-
и радиотехники, позволяющие широкому кругу любителей активно
включиться в конструирование.
Предлагаемый перевод сделан с последнего (1981 г.) издания книги,
выгодно отличающегося от предыдущего наличием конструкций с ис-
пользованием новейшей, наиболее перспективной элементной базы —
интегральных схем.
Читатель может познакомиться с принципами работы всех основных
узлов устройств дистанционного управления, а также с основными зако-
нами гидро- и аэродинамики, определяющими поведение моделей в вод-
ной или воздушной среде.
Разработанные и опробованные автором схемы доведены до готовых
образцов печатных плат и схем размещения на них навесных деталей.
Даются рекомендации по технологии изготовления печатных плат и от-
дельных узлов устройств дистанционного управления.
Большое внимание уделяется в книге источникам питания и пра-
вилам их эксплуатации. Приводятся схемы и конструкции несложных
приборов для проверки и настройки блоков и узлов устройств дистан-
ционного управления.
5
В книге содержатся* строительные чертежи и описание технологии
изготовления моделей моторной и парусной яхт и планера. Даются советы
по отысканию и устранению неисправностей, возникающих в процессе
эксплуатации, и методические указания по обучению дистанционному
управлению моделями и запуску их в различных природных и погодных
условиях.
При переводе книги был исключен материал о порядке оформления
в ГДР разрешения на эксплуатацию радиоаппаратуры дистанционного
управления моделями. Советскому моделисту для эксплуатации подоб-
ной аппаратуры необходимо оформить соответствующее разрешение
через местные органы Государственной инспекции электросвязи Мини-
стерства связи СССР.
Русский перевод дополнен таблицами параметров отечественных
элементов и деталей и таблицами взаимозаменяемости транзисторов,
диодов и интегральных схем, выпускаемых промышленностью СССР
и ГДР.
ПРЕДИСЛОВИЕ
К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Микроэлектроника — одно из самых перспективных направлений
современного приборостроения. Она находит применение в различных
сферах человеческой деятельности. В предлагаемой книге в качестве
области применения микроэлектроники выбрано дистанционное управле-
ние авто-, авиа- и судомоделями. Автор ставит перед собой задачу на ба-
зе простых экспериментов познакомить читателя с основами микроэлек-
троники и дать некоторые рекомендации по построению систем дистан-
ционного управления. Книга позволит моделисту грамотно подойти
к решению многообразных задач, возникающих при разработке схем,
включая кодирование и декодирование команд, передачу сигналов, опре-
деление технологии изготовления электронных схем и приборов. Читатель
сможет найти также рекомендации по построению судо- и авиамоделей.
Объем книги обусловил весьма сжатое изложение теоретических
положений и краткость практических рекомендаций. Поэтому при изго-
товлении и настройке электронных схем необходимо внимательно и точ-
но выполнять все указания, так как даже незначительная небрежность
или неточность изготовления нередко препятствуют успеху в работе.
Читатель, однако, не должен рассматривать книгу как свод готовых
рецептов. В большинстве случаев построить электронную схему и добить-
ся надежной ее работы можно и при использовании других транзисторов,
интегральных схем или материалов, нежели указанные в книге. То же
самое относится и к моделям. Традиционный материал для их построе-
ния — дерево. Но их можно изготовить и из картона, текстолита, полисти-
рола или стеклопластика — все зависит от изобретательности моделиста.
Содержание книги достаточно популярно, а предлагаемые модели
рассчитаны на начинающего моделиста. Несмотря на это, читатель быстро
заметит, что даже простейшая техника может быть очень интересной.
Автор весьма признателен всем моделистам, которые советами и за-
мечаниями способствовали созданию этой книги, и особенно своему другу
доктору Лютцу Шрамму, который конструировал и строил модели пла-
неров.
Эрфурт, март 1984 г. Д-р Гюнтер Миль
7
НЕСКОЛЬКО ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ
ЗАМЕЧАНИЙ
Число любителей-моделистов растет из года в год. Определяется это,
безусловно, не только тем, что у людей стало больше свободного от ос-
новной работы времени, но и постоянным совершенствованием тех-
нических возможностей для разумных занятий в ч^сы досуга. Новые
материалы, детали и наборы деталей значительно облегчают и упрощают
создание моделей. Увлечение этим в равной степени полезно как детям,
так и взрослым. В процессе работы моделисты приобретают навыки раз-
личных видов ручного труда, знакомятся с практическим применением
законов природы, получают представление о путях решения сложных
технических задач. Начиная строить модели „по образцам”, моделист
вскоре приходит к созданию оригинальных конструкций по собственным
планам. Модельный спорт обладает огромной притягательной силой и
требует от человека полной отдачи. Но тот, кто хоть раз по-настоящему
испробовал себя в нем, едва ли оставит его.
Настоящая книга посвящена созданию моделей с дистанционным
управлением. Читатель познакомится с электронными конструктивными
элементами, с простыми радиопередающими и радиоприемными устройст-
вами, с кодированием и декодированием сигналов, с законами аэро- и
гидродинамики и не в последнюю очередь с технологией моделирования.
Для более легкого восприятия физические взаимозависимости мы будем
излагать, где это возможно, в значительно упрощенной форме, без каких
бы то ни было сложных преобразований.
Свои схемы дистанционного управления мы собираемся испытывать
не только на стенде, но и, главным образом, на моделях, точной и акку-
ратной постройке которых следует уделить самое пристальное внимание.
Прежде чем строить сложные плавающие или летающие модели, следует
накопить некоторый опыт работы над простыми недорогими моделями.
Поэтому мы будем описывать постройку простых моделей по традицион-
ной технологии. Овладев их изготовлением и эксплуатацией, можно риск-
нуть перейти к более сложным и мощным спортивным моделям, описа-
ние которых дается в специальной литературе (журналах и книгах).
Для дистанционного управления моделями отводятся следующие
диапазоны частот: 13,56 МГц ±0,05%; 27,12 МГц ±0,6%; 433,92 МГц±
± 0,2%. Почти все изготовленные самостоятельно или предприятиями
промышленности устройства дистанционного управления используют
для работы диапазон 27,12 МГц. Описанные в настоящей книге устройства
также рассчитаны на работу в эхом диапазоне.
8
МЫ ОБОРУДУЕМ
РАБОЧЕЕ МЕСТО
До того как приступить к экспериментам, следует продумать, какие
инструменты, материалы и принадлежности будут необходимы для нашей
работы.
Прежде всего позаботимся о подходящем рабочем месте. В прос-
тейшем случае им может стать обыкновенный хорошо освещенный дере-
вянный стол. Не беда, если в жилых комнатах нет свободного уголка —
можно отлично устроиться и на кухне. В одном из ящиков кухонного сто-
ла разместим необходимый на первый случай запас материалов, а в стен-
ном шкафу — инструменты и принадлежности. Неподалеку от стола
должна находиться штепсельная розетка (желательно с защитным контак-
том) , к которой в случае необходимости можно подключить удлинитель-
ный шнур с „тройником”.
Рис. 1. Вариант оборудования инструментальною шкафа.
9
Теперь несколько слов об инструментах.
Любому домашнему мастеру никак нельзя обойтись без тисков.
При покупке следует выбирать тиски с губками шириной не менее
100 мм. Если собственного верстака у вас нет, то тиски должны иметь
струбцину для крепления.
Из механических инструментов нам необходимы (рис. 1): ручная
дрель 7; лобзик 2; станок для лобзика 2; струбцина 4; молоток 5
(250 г); гаечные ключи 6 (5,5/7; 8/10; 9/11 и 12/14 мм); измеритель
7 (150 мм) ; плоскогубцы 12 (130 мм) ; боковые кусачки 13 (130 мм);
пассатижи 14; заготовочный нож 15 (шириной 20 мм); отвертки 16
(3 и 4 мм); набор часовых отверток 17; ножницы по металлу 18; дра-
чевые и личные напильники 79 (200 мм) - плоские, полукруглые и круг-
лые; чертилка 20; кернер 27; пинцет 22; стальная линейка 24 (300 мм);
сверла 25 (0,8; 1,0; 1,6; 2,0; 2,4; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0 мм) ;
наборы метчиков 26 (М2, М3, М4); вороток 27 (140 мм); лерки 28
(М2, М3, М4) с леркодержателем; угольник 29 (120 мм); чертежные
трубки 30 (1мм).
Следует дополнить этот перечень некоторыми электрическими инстру-
ментами и вспомогательными приспособлениями. К ним относятся: элек-
тропаяльник 10 на 100 Вт; электропаяльник 77 на 20 Вт для электронных
схем; измерительные шнуры (самодельные) 8; испытательные щупы
(пробники) 9; оловянный припой 23; подставка для паяльника 31;
канифоль 32. Кроме того, следует иметь большое число штекеров с пру-
жинящими контактами и зажимов типа „крокодил”.
Особое внимание нужно обратить на уход за инструментами. Они от-
благодарят вас не только долгой службой, но и точностью работы. Инстру-
менты всегда должны быть под рукой. Стенной шкаф или большая стен-
ная доска удобнее для их хранения, чем выдвижной ящик.
Поговорим теперь о необходимых материалах. Одни из них следует
постоянно иметь в запасе, другие в случае надобности можно купить.
Медный лакированный провод (диаметром 0,5 и 0,1 мм) необходим
для изготовления катушек, многожильный провод — для измерительных
шнуров. Все электронные схемы предполагается выполнять на печатных
платах, поэтому нам понадобятся фольгированные пластины с односторон-
ним покрытием, которые можно купить в магазинах типа „Умелые руки”
или „Юный техник”. Предпочтительнее покупать пластины из стеклоплас-
тика, обладающие высокими механическими и электрическими свойства-
ми. Для наших целей вполне подходят пластины толщиной 1 и 1,5 мм.
Соединительные провода печатной схемы рисуют с помощью чертежной
трубки на покрытой медью стороне платы разбавленным нитролаком.
Поэтому нам истребуется небольшой запас нитролака, разбавителя и тра-
вильного раствора, например хлорного железа (FeCl3). Другие материалы
(стальной лист, алюминиевый лист, прессшпан, фанеру, рейки и искусст-
венную кожу) будем покупать по мере необходимости.
Для пайки будем применять нейтральные флюсы. Очень хорош для
этой цели спиртовой раствор канифоли. Флюсы, содержащие активные
химические соединения, могут с течением времени разъесть места паек
в схеме, что иногда является причиной возникновения неконтролируе-
10
Рис. 2. Важнейшие элементы электротехнической арматуры.
мых источников ошибок. Такие флюсы мы будем применять лишь в тех
случаях, когда какую-либо деталь надо припаять к стальному листу
или к железу. Паяльник в этом случае должен быть снабжен специальным
жалом. Полезно для наших работ иметь и мягкие припои, например спе-
циальную паяльную оловянную проволоку с впрессованной в нее кани-
фолью.
Для всякого рода работ, связанных со склеиванием, необходимо
иметь различные клеи, например целлюлозные для бумаги, дерева и
тканей, двухкомпонентные (на базе эпоксидной смолы) для металлов,
контактные для .склеивания любых больших поверхностей и латексные
для дерева.
Следует иметь в инструментальном шкафу и достаточное количество
стандартных крепежных элементов — винтов М2, М3 и М4 с гайками и
полых заклепок (диаметром 2 и 3 мм).
Существенную помощь в работе окажет небольшой запас различных
контактных разъемов, штекеров, переключателей, индикаторных лампо-
чек и т. п. На рис. 2 показаны некоторые из этих элементов.
Важную роль в приборах дистанционного управления и во вспомога-
тельной аппаратуре играют штекерные соединения. Для них нам будут
нужны стандартные телефонные гнезда, измерительное клеммы и ште-
керы с пружинящими контактами. Помимо этого для устройства с дистан-
ционным управлением на печатных схемах нам придется самим изготов-
лять штепсельные разъемы из контактных колодок.
Необходимы будут и разного рода выключатели и переключатели.
Чаще всего в схемах применяются одно- или двухполюсные переклю-
чатели, поэтому их следует запасать побольше.
И
Рис.З. Экспериментальная плата с монтажом схемы.
Мы будем использовать также электронные вспомогательные и изме-
рительные приборы. Некоторые из них будем изготовлять сами, другие
брать напрокат.
Одним из вспомогательных устройств, которое сослужит нам добрую
службу при проверке почти всех электронных схем, является экспери-
ментальная плата (рис. 3).
Рис. 4.Авометры.
12
На пластинке из диэлектрика (гетинакс толщиной 2 мм) размерами
160x120 мм начертим 20-миллиметровую сетку. В точках пересечения
просверлим отверстия диаметром 3 мм и расклепаем в них заклепки
с контактными лепестками. Схем придется проверять очень много, поэто-
му заготовим сразу две такие экспериментальные платы. Как видно из
рис. 3, к контактным лепесткам можно припаивать элементы схемы,
создавая так называемую „навесную” пробную конструкцию. Это сулит
нам ряд преимуществ :
1) все элементы схемы остаются пригодными к дальнейшему приме-
нению, так как их выводы не укорачиваются;
2) конструирование занимает мало времени;
3) расположение элементов схемы и их крепление наглядны; все кон-
трольные точки легкодоступны;
4) замена элементов может осуществляться без всяких трудностей.
После того как все конструктивные узлы прошли успешную провер-
ку на экспериментальной плате, их переносят на печатную плату.
Какие измерительные приборы нам потребуются? Ни один экспери-
мент с электронными схемами невозможен без многоцелевого измери-
тельного прибора для измерения сопротивлений, токов и напряжений —
авометра (рис. 4). Рано или поздно нам все равно придется решиться
на его приобретение. Вполне достаточно для наших целей иметь прибор
Рис. 5. Осциллограф.
13
с внутренним сопротивлением Rj >10 кОм/B, с помощью которого
можно измерять напряжение (постоянное и переменное) и ток (постоян-
ный и переменный). Более дорогие приборы позволяют, кроме того,
производить измерение сопротивлений и емкостей.
Во многих случаях большую помощь может оказать применение
электронно-лучевого осциллографа (в дальнейшем для краткости име-
нуемого просто осциллографом) (рис. 5). Для наших целей вполне до-
статочно иметь малый осциллограф. При необходимости получить значи-
тельно более точные результаты следует пользоваться большими демон-
страционными и импульсными осциллографами.
В ряде работ хорошую помощь может оказать использование генера-
тора колебаний синусоидальной формы (звукового, генератора) или ге-
нератора прямоугольных колебаний.
Итак, мы перечислили важнейшие инструменты и материалы, необ-
ходимые для нашей работы. Познакомимся теперь с электронными эле-
ментами схем, их функциями и характеристиками. Прежде всего оста-
новимся на основных законах электроники. Точное знание физических
зависимостей позволит нам не только строить и запускать модели с дис-
танционным управлением, но и (что ничуть не менее важно) системати-
чески ограничивать и устранять возникающие неисправности.
ГЛАВА
Что нам следует знать об элементе
схемы — резисторе? Прежде всего то,
что резисторы могут быть постоянными
и переменными — регулируемыми
(рис. 6).
Постоянные резисторы подразделя-
ются по их сопротивлению, способу
подключения выводов (аксиальному или
радиальному) и по габаритным разме-
рам. В основном находят применение
углеродисто-пленочные резисторы. На по-
верхность керамического корпуса такого
элемента наносится резистивная пленка
(в виде спирали), которая затем шли-
фуется. Выводы формируются из метал-
лических колпачков и облуженных сое-
динительных проводов или лепестков. С
целью защиты от влаги и климатических
воздействий такие резисторы покрывают
лаком. Для однозначного изображения
резисторов различного типа и назначения
на электрических схемах применяют
соответствующие обозначения (табл. 1).
По производственно-техническим
причинам сопротивления резисторов
всегда имеют некоторое отклонение от
номинальных значений. Так, для пленоч-
ных резисторов существуют междуна-
родные стандартные шкалы ЕЗ, Е6,
Е12, Е24 (см. приложение 1). В боль-
шинстве случаев для наших целей вполне
достаточно иметь резисторы стандарта
Е12. Значение сопротивления маркирует-
основы
ДИСТАНЦИОННОГО
УПРАВЛЕНИЯ
Резистор — важнейший
элемент схемы
Рис. 6. Внешний вип резисторов: а - пленочные постоянные резисторы; б пленоч-
ные переменные резисторы - установочные регуляторы; в пленочные перемен-
ные позисторы потенциометры.
ся на корпусе резистора*. Например, маркировке 4,7 К или 4К7 соответ-
ствует сопротивление 4,7 кОм, а маркировке 180 — сопротивление 180 Ом.
Сама единица измерения ом (Ом) в маркировку и, как мы увидим в даль-
нейшем, в схемные обозначения не входит.
Наряду с постоянными во многих случаях нам будут необходимы
и переменные, регулируемые резисторы. Такие резисторы в обиходе
принято называть потенциометрами. Они имеют три маркированных
вывода: А — начало, S — скользящий контакт, Е — конец** ***. Контактный
лепесток на корпусе резистора припаивается обычно к корпусу схемы.
Кроме потенциометров, в схемах находят применение регулируемые
резисторы, которые носят название подстроечных резисторов или устано-
вочных регуляторов. Их сопротивление подбирается при настройке
схемы и, будучи однажды установленным, более не меняется.
Промышленностью выпускаются переменные резисторы следующих
номинальных значений* * *:
* На зарубежных резисторах значения сопротивлений изображаются иногда
в виде цветовых колец, где каждому цвету соответствует определенное цифровое
значение. (Здесь и далее прим, перевд
** На отечественных резисторах принято обозначать цифрой 1 вывод, у которого
останавливается скользящий контакт при вращении подвижной системы против
часовой стрелки до упора, цифрой 3 противоположный вывод и цифрой 2 вывод
от скользящего контакта.
*** Номиналы отечественных переменных резисторов приведены в приложении 1.
16
Таблица 1. Схемные обозначения резисторов
1; 2,5; 5; 10; 25; 50; 100; 200; 500 кОм;
1; 2,5; 5; 10МОм.
Отклонения от номиналов бывают при этом порядка ± 20%. Сопротив-
ление переменного резистора меняется в зависимости от угла поворота
движка. Различают переменные резисторы с линейной, позитивной лога-
рифмической и негативной логарифмической характеристиками. Напри-
мер, потенциометр с маркировкой 5К1 имеет сопротивление 5 кОм ±
± 20% между выводами А и Е* и линейную характеристику. Последняя
цифра маркировки обозначает тип характеристики: 1 — линейная, 2 —
позитивная логарифмическая, 3 — негативная логарифмическая.
Проведем теперь эксперименты с резисторами и познакомимся поб-
лиже с их физическими свойствами. Для этого нам нужно знать еще две
физические величины: электрическое напряжение Uи силу электрического
тока I. Под силой электрического тока будем понимать число носителей
электрических зарядов, протекающих через сечение проводника в единицу
времени. За единицу силы тока принят ампер (А). Наличие электрическо-
го тока можно обнаружить по нагреванию проводника, по наличию маг-
нитного поля вокруг токонесущего провода, по сопутствующему перено-
су вещества в структурах с ионной проводимостью.
За единицу другой интересующей нас величины — напряжения принят
вольт (В). Электрическое напряжение можно создать различными спосо-
бами: путем индукции, с помощью электрохимических элементов, термо-
элементов, пьезо элементов.
Для нашего первого эксперимента потребуются четыре угольно-
цинковых элемента с напряжением на клеммах 1,5 В, резисторы сопротив-
лением 470 Ом и 1 кОм (с допустимой мощностью до 0,125 Вт) и аво-
метр (с рабочей шкалой 10 мА). Элементы включим последовательно
так, чтобы можно было получать напряжения 1,5; 3; 4,5 и 6 В (рис. 7, а).
* 1 и 3 на отечественных потенциометрах.
17
Рис. 7. К исследованию свойств резистора, включенного в электри-
ческую цепь.
Измерив ток через резистор R при всех значениях напряжения, полу-
чим для сопротивлений 470 Ом и 1 кОм следующие значения:
U, в /, мА
R =470 Ом R = 1 кОм
1,5 3,2 6,4
3,0 6,4- 3,0
4,5 9,6 4,5
6,0 12,8 6,0
Построив по этим значениям графики зависимости тока, протекающего
через резистор, от приложенного к нему напряжения, убеждаемся, что
обе характеристики изображаются прямыми линиями (рис. 7,6). Наклон
такой характеристики определяется так называемым коэффициентом
крутизны (или просто крутизной) U/I, в рассматриваемом случае посто-
янным. Значение этого коэффициента есть не что иное, как сопротивление
Я, т. е.
U
R =-----
I
Единицей сопротивления является Ом:
1В
1 Ом =-----.
1А
Говорят, что резистор обладает омическим сопротивлением.
Рассмотрев рис. 8, б, убеждаемся, что обе построенные характеристи-
ки различаются между собой только крутизной. В зависимости от сопро-
18
тивления резистора через него течет больший или меньший ток. Это свой-
ство электрической цепи можно использовать для определения сопротив-
ления неизвестного резистора.
Возьмем из нашего запаса какой-либо резистор и измерим протекаю-
щий через него ток при напряжении на клеммах 1,5 В. Сопротивление
С
вычислим по формуле R = -----. Это и есть простейший способ измерения
сопротивлений, которым мы будем в дальнейшем пользоваться.
В наших опытах мы часто будем иметь дело с очень малыми или очень
большими величинами. Поэтому наряду с основными единицами в прак-
тике принято пользоваться и их долями или многократно увеличенными
значениями, названия которых образуются с помощью следующих при-
ставок:
Множитель Приставка Обозначение приставки
10- 12 ПИКО п
10-9 нано н
10- 6 микро мк
10 - 3 милли м
10 3 кило к
106 мега М
Например, 1 пА =10 12 A; 1 нФ = 10 9Ф; 1 мкВ =10 6 В; 1 мВ -
= 10“3 В; 1 кОм = 103 Ом; 1 МОм =-106 Ом.
Если через резистор пропускать ток, он будет нагреваться. Для того
чтобы в результате нагревания резистор не вышел из строя, определяет-
ся верхняя граница допустимой электрической мощности, которую в сос-
тоянии рассеивать данный резистор. Резистор больших размеров имеет
соответственно и большую допустимую рассеиваемую мощность, чем
резистор того же типа меньших размеров. Для нас представляют интерес
резисторы с номинальной допустимой мощностью рассеяния 0,05; 0,125;
0,25; 0,5; 1 и 2 Вт. Чаще всего мы будем иметь дело с резисторами на 0,05
и 0,125 Вт.
Номинальная рассеиваемая мощность Рр рассчитывается для темпера-
туры окружающей среды 40°С и убывает с ростом последней, достигая
при температуре около 150°С нулевого значения. Это означает, что при
150°С поверхность пленочных резисторов разрушается.
Как же проверить, не перегрузим ли мы резистор? Электрическая
мощность рассчитывается как произведение приложенного напряжения
и протекающего тока по формуле
Р = 1Л.
Считают, что 1 Вт = 1 В • 1 А.
Подсчитаем мощности, рассеиваемые резисторами во время
нашего опыта:
19
Ppi = 1/1Л = 6,0 В- 12,8 мА = 76,8 мВт;
Рр2 = и21г - 6,0 В* 6,0 мА = 36,0 мВт.
Допустимая рассеиваемая мощность наших резисторов составляет
125 мВт, следовательно, в обоих случаях резисторы перегружены не будут.
n V ж
Подставляя значения тока и напряжения из формулы к - -у- в фор-
мулу Р = U1, получим
U U2
р = и = и—=------иР = 1Л = IRI = I2R.
R R
Таким образом, оказывается, что рассеиваемую мощность можно
вычислить, не зная значения протекающего через резистор тока. Например,
Ul 62В2 36В2-А
Р ! ---------------------------76,8 мВт.
470 0м 470 В
Во многих случаях использование преобразованных формул быстрее
приводит к окончательному результату.
В первом опыте мы исследовали оба резистора порознь. В двух после-
дующих выясним, что произойдет, если включить в схему оба резистора.
Соберем сперва схему с последовательно включенными
резисторами (рис. 8, а) и измерим ток и напряжение. Получим примерно
такие значения:
1=4,1 мА; (1=6,0 В; [Д = 1,9 В; U2 =4,1 В.
Мы видим, что:
— в цепи протекает всего один ток;
— составляющие напряжения Ux и U2 меньше результирующего напря-
жения U (равного напряжению источника питания Е) ;
— сумма составляющих напряжения равна результирующему напря-
жению;
Рис. 8. Включение двух резисторов: а - последовательное; па-
раллельное.
20
— на большем из составляющих сопротивлений падает большее состав-
ляющее напряжение;
- составляющие напряжения относятся друг к другу как соответст-
вующие значения сопротивлений.
Последнее следует также из расчетов (при I = const). Имеем
U=Ur + (А иК + Я2,
следовательно,
Ц Ц 1R1 К1 R1
и Ut+Ut IRt+IRi Ri+R2 R
Rt
откуда иг=и-------.
R
Итак, по результирующему (приложенному) напряжению и и отно-
Ri
шению сопротивлений --------- мы можем определить составляющее
Ki + К2
напряжение Ц.
Подставляя в формулу известные в начале опыта значения величин,
получаем 47П
что совпадает со значением напряжения, измеренным во время опыта.
Из вышесказанного следуют весьма важные для дальнейшей работы
выводы:
1) При последовательном соединении резисторов результирующее
сопротивление получается путем суммирования составляющих. Если для
каких-либо целей нам требуется сопротивление, не соответствующее
шкале номиналов (например, 80 кОм), мы можем получить его, вклю-
чая последовательно несколько стандартных резисторов (например,
47 кОм + 33 кОм).
2) При последовательном соединении резисторов приложенное напря-
жение делится пропорционально их сопротивлениям. Поэтому путем со-
ответствующего подбора резисторов делителя можно снять любую
желаемую долю приложенного напряжения.
Пример. Предположим, что для каких-либо целей нам необходимо
получить напряжение 0,3 В при токе 1 мА через делитель R1/R2. Прило-
женное напряжение составляет 4,5 В.
Ц Rt
Из соотношения----= ----получаем R} = R----
JU R U
U 4,5 В
Рассчитаем сперва R =---= -------= 4,5 кОм, после чего выберем
I 1 мА
по шкале номиналов R = 4,7 кОм.Тогда
0,3 В
Rr =4,7 кОм--------=0,31 кОм = 310 Ом.
4,5 В
21
По шкале номиналов выбираем Ri = 300 Ом и R2 = 4,3 кОм.
3) Деление напряжения можно применять для расширения ди-
апазона измерений вольтметра. Например, если в нашем рас-
поряжении имеется вольтметр со шкалой 10 В и внутренним сопротивле-
нием 100 Ом, а нам требуется измерять напряжения до 20 В, то следует
включить последовательно с вольтметром резистор с сопротивлением,
равным внутреннему сопротивлению вольтметра, т. е. 100 Ом. Подобным
образом можно рассчитать значение дополнительного сопротивления для
любого желаемого расширения диапазона измерений.
Далее исследуем схему с параллельным включением
(рис. 8, б) двух резисторов. Измерив снова напряжение и ток, получим
следующие величины:
U = 6,0 В, I = 18,8 мА; Ц = 12,8 мА; 12 = 6,0 мА.
Мы видим, что:
— напряжение на обоих резисторах падает одно и то же;
— составляющие токи Ц и 12 меньше, чем общий ток /;
— сумма составляющих токов равна общему току;
— через меньшее сопротивление течет больший ток;
— составляющие токи относятся между собой, как обратные значения
сопротивлений.
Последнее следует также из расчетов (при 17= const). Имеем
1 1 1
I = Л +Z2 и — =----
R Ri R2
откуда R =---------.Следовательно,
Ri + R2
I ! Ц U/R, RiR2 R
I 7i + /2 U U Я1(Я1+Я2) к/
-------------------+ ----
Rr R2
К
откуда /, = 7---.
Я1
Таким образом, по общему (результирующему) току 1 и отношению
. Я
сопротивлении —— = ———— мы можем определить составляющий
/V 1 IV ] » Л2
ток. Подставляя в формулу заданные величины, получаем
RtR2 470 Ом- 1000 Ом
R =---------= —-------------------= 320 Ом
Ri+R2 1470 0м
И 320 Ом
/, = 18,8 мА- -------=» 12,8 мА,
470 Ом
что совпадает с результатами опыта.
Из сказанного следуют важные выводы:
1) При параллельном соединении резисторов результирующее сопро-
тивление меньше наименьшего из составляющих. Включив, например
22
параллельно два резистора с сопротивлением по 10 Ом, получим резуль-
тирующее сопротивление 5 Ом. Рассеиваемая мощность делится в этом
случае равномерно на оба резистора. Таким образом, при необходимости
иметь сопротивление 4,7 Ом с допустимой мощностью рассеяния 0,25 Вт
можно получить его путем параллельного включения двух резисторов
сопротивлением по 10 Ом с допустимой мощностью рассеяния 0,125 Вт.
2) При параллельном включении резисторов отношение составляю-
щих токов обратно отношению соответствующих сопротивлений. Если
через резистор может протекать максимальный ток лишь какого-то
определенного значения, то „излишний” ток мы можем практически
отвести через параллельно включенный второй резистор. Это свойство
широко используется при расширении диапазона измерений амперметра.
Мы знакомимся с конденсатором
Простейший конденсатор представляет собой две металлические
пластины с диэлектриком между ними (роль диэлектрика может испол-
нять и воздух). Важнейшее свойство конденсатора состоит в том, что на
обеих его пластинах накапливаются заряды противоположной полярности,
т. е. конденсатор электрически заряжается. Говорят, что конденсатор
обладает емкостью. Между зарядами на пластинах образуется электри-
ческое поле, которое можно представить силовыми линиями. По каса-
тельным к этим силовым линиям приложены силы, воздействующие на
заряды. Емкость конденсатора зависит не только от размеров пластин
но и от вида диэлектрика, поскольку в различных диэлектриках силовые
линии концентрируются по-разному.
Емкость вычисляется по формуле
А
С ~ CqCj. 9
d
где е0 — абсолютная диэлектрическая постоянная (в вакууме); ег - от-
носительная диэлектрическая постоянная (параметр данного диэлектри-
ка) Л — площадь пластины; d — расстояние между пластинами.
Стандартные схемные обозначения конденсаторов (в соответствии
с их типом и назначением) показаны в табл. 2.
Соберем схему по рис. 9, а. При положении 1 ключа конденсатор С
заряжается (/зар - ток заряда) , при положении 2 - разряжается. Всплеск
разрядного тока 7разр измерим с помощью авометра. Этот ток является
количественной мерой стекающего с конденсатора заряда. Для различных
конденсаторов (2x50 мкФ, 100 мкФ и их комбинации) получим при ис-
точнике напряжения 6 В следующий ряд значений тока /разр :
С, мкФ 50 100 150 200
^разр’мА 0,5 1,0 1,5 2,0
График зависимости /разр=/(С) представляется прямой линией
(рис. 9, б). Из этого следует, что накопленный заряд Q пропорционален
емкости С конденсатора (Q ~С).
23
Таблица 2. Схемные обозначения конденсаторов
Наименование
Схемное
обозначение
Наименование
Схемное
обозначение
Конденсатор постоянной
емкости
Конденсатор проходной
Конденсатор электролити-
ческий
поляризованный
Конденсатор перемен-
ной емкости
неполяризованный
Конденсатор подстро-
ечный
Затем исследуем влияние зарядного напряжения на накопленный
заряд. При включенном в схему конденсаторе емкостью 200 мкФ будем
от измерения к измерению повышать зарядное напряжение от 1,5 до
6,0 В. Получим следующий ряд значений тока /разр:
с/, в 1,5 3,0 4,5 6,0
^разр» мА 0,5 1,0 1,5 2,0
Убеждаемся, что полученная характеристика (см. рис. 9, б) также
указывает на строгую пропорциональность, на этот раз между зарядом
Q и зарядным напряжением (Q ^U) . Объединяя обе зависимости, получим
уравнение Q = CU.
Принято считать
1 А- с = 1 Ф- 1 В,
где А • с (амперсекунда) - единица заряда.
Рис. 9. К исследованию свойств конденсатора, включенного в электрическую цепь.
24
Рис. 10. Внешний вид конденсаторов: а - керамические конден-
саторы; б — керамический дисковый подстроечный конденса-
тор; в - пленочные конденсаторы; г - алюминиевые электро-
литические конденсаторы; д — танталовые электролитические
конденсаторы для печатных схем
В основном промышленностью выпускаются конденсаторы со зна-
чениями емкостей, соответствующими шкалам Е6 и Е12 (см. приложе-
ние 2).
Познакомимся теперь с конструкцией конденсаторов (рис. 10)
У керамических к о н д е н с а т о р о в диэлектрик состоит из
керамической массы, обладающей малыми потерями. Функции конденса-
торных пластин выполняют нанесенные термическим способом на кера-
мику серебряные покрытия. Для защиты от внешних воздействий кон-
денсатор покрывается снаружи лаком. По внешнему оформлению разли-
чают трубчатые и дисковые конденсаторы. На конденсаторах имеется мар-
кировка, включающая в себя номинальное значение емкости, допусти-
мые отклонения от него и рабочее напряжение *.
Для получения регулируемых значений емкостей существуют под-
строечные конденсаторы. Как правило, пользуются шайбо-
выми подстроечными конденсаторами с однократной установкой опреде-
ленной емкости при настройке. Они состоят из керамического статора, на
котором вращается (также керамический) ротор. Функции конденсатор-
ных пластин выполняют нанесенные на статор и ротор серебряные покры-
тия. Путем поворота роторной шайбы с фиксирующим подстроечным
* В обозначениях отечественных типовых малогабаритных конденсаторов
указывается номинальная емкость и допускаемые отклонения. Буквой П обозна-
чаются пикофарады, буквой Н - нанофарады и буквой М - микрофарады, причем
буква одновременно выполняет роль запятой. Номинальные емкости до 100 пФ
выражаются в пикофарадах; от 100 до 1000 пФ — в сотых долях нанофарады;
от 1000 пФ до 0,1 мкФ - в нанофарадах; от 0,1 до 1 мкФ - в сотых долях микро-
фарады; от 1 мкФ и выше - в микрофарадах. В конце ставится буква, обозначаю-
щая допуск: И для ± 5%, С для ± 10%, В для ± 20%. Например, конденсатор с номи-
нальной емкостью 1500 пФ и допустимым отклонением ±10% обозначается 1Н5С.
25
винтом можно менять значение емкости от начального до конечного.
Номинальная емкость шайбового подстроечного конденсатора печатается
на его корпусе.
С помощью керамических конденсаторов можно реализовать емкости
в диапазоне от 0,2 пФ до 47 нФ. В случае необходимости получения более
высоких значений емкостей следует обратиться к другим типам конден-
саторов: пленочным, бумажным, металлобумажным и лакопленочным.
У всех этих конденсаторов диэлектрик изготовляется в виде ленты (плас-
тиковой или бумажной). На обе ее стороны наносится металлизированное
покрытие или металлическая фольга и затем лента свертывается в рулон.
Пленочные конденсаторы с полистиролом в качестве
диэлектрика называют полистироловыми или стирофлексными. Их поло-
жительными свойствами являются: незначительные отклонения емкости
от номинала, высокая стабильность значений емкости, низкий коэффици-
ент потерь и высокая эксплуатационная надежность. Полистироловые
конденсаторы изготовляются на емкости, соответствующие шкалам
Е6, Е12 и Е24, вплоть до 0,47 мкФ.
У бумажных конденсаторов диэлектриком служит про-
питанная специальным составом бумага. Их электрические свойства не
столь высоки, как у пленочных конденсаторов.
Следующим видом конденсаторов, широко применяемым в тран-
зисторной технике, являются низковольтные электролити-
ческие конденсаторы. Различают алюминиевые и танталовые
электролитические конденсаторы. Первые представляют собой рулон
из двух полосок алюминиевой фольги, разделенных слоем бумаги. На
поверхности одной полоски фольги, так называемого анода, формируют
тонкий оксидный слой, являющийся диэлектриком; этот электрод явля-
ется одной обкладкой конденсатора. Другой обкладкой является электро-
лит, которым пропитана разделяющая полоски фольги бумага, а вто-
рая полоска фольги, называемая катодом, служит лишь выводом от
электролита. Различают конструкции с гладким и травленым (шерохова-
тым) анодом. Шероховатость анодной фольги увеличивает эффективную
внешнюю поверхность, анода. При незначительных габаритах электроли-
тические конденсаторы обладают емкостями от 0,5 до 5000 мкФ.
Для наших опытов будут нужны поляризованные конденсаторы,
пригодные только для постоянного напряжения. Анодный вывод таких
конденсаторов отмечен знаком У неполяризованных конденсаторов
полярность постоянного напряжения можно менять; для работы с пере-
менным напряжением они непригодны. По внешнему виду электролити-
ческие конденсаторы весьма разнообразны. Очень важно обратить внима-
ние на значение допустимого напряжения, помеченное на корпусе конден-
сатора. Это значение никогда не должно быть меньше суммы постоянного
напряжения и амплитудного значения переменного напряжения. При не-
правильной полярности включения или превышении допустимого напря-
жения электролитический конденсатор может выйти из строя.
Низковольтные электролитические конденсаторы изготовляются для
напряжений 3, 6, 10, 15, 25, 35, 50 и 70 В.
26
Рис. 11. К исследованию переходных
процессов в ЯС-цепи: а - схема; б — вре-
менные зависимости изменения напряже-
ния при заряде и разряде.
Наиболее употребительны алюми-
ниевые электролитические конденса-
торы емкостью 0,5; 1; 2; 5; 10; 20;
50; 100; 200; 500; 1000; 2000 и
5000 мкФ при отклонении от номина-
ла от-10 до+100%.
Танталовые электролитические
конденсаторы являются шагом вперед
по сравнению с алюминиевыми. Они
представляют собой поляризованные
конденсаторы с жидким или твердым
электролитом. Их анод состоит из
спекшегося танталового порошка,
диэлектрик — из слоя тантал пенток-
сида, а катод - из диоксида марган-
ца. Конденсаторы либо встраиваются
в металлические запаянные стаканчи-
ки, либо заливаются пластмассой
(тропический вариант). Значения до-
пустимых напряжений такие же, как
U.B
у алюминиевых электролитических конденсаторов. В продаже имеются
танталовые конденсаторы со значениями емкостей по шкале Е6. Откло-
нения от номиналов составляют ± 20%,
В отличие от резисторов при параллельном ьключении двух кон-
денсаторов их общая емкость представляется суммой емкостей составля-
ющих конденсаторов:
^общ “ + ^2,
поскольку при параллельном включении эффективная действующая
поверхность пластин увеличивается. При последовательном же включении
двух конденсаторов как бы увеличивается расстояние между пластинами,
так что общая емкость находится из соотношения
1 1 1
----= + ,
^общ-------^2
CiC2
откуда Собщ= .
С J + С<2
Пример. Нам требуется малогабаритный конденсатор емкостью
С = 0,25 мкФ. Включив последовательно два алюминиевых конденса-
тора по 0,5 мкФ, получаем
27
0,5 мкФ • 0,5 мкФ
Собщ =---------------------------- 0,25 мкФ.
0,5 мкФ + 0,5 мкФ
Итак, мы познакомились со свойствами конденсатора, включенного
в электрическую цепь. Исследуем теперь, как влияют ток и напряже-
ние на конденсатор, включенный совместно с резистором.
В схеме, приведенной на рис. 11, а, конденсатор заряжается и разря-
жается через резистор. Напряжение на конденсаторе Uq будем контроли-
ровать с помощью вольтметра, включенного параллельно обкладкам
конденсатора. Напряжение на резисторе Ur вычислим по формуле Ur =
= /3apft или Ur =/разрПри этом зарядный /зар и разрядный /разр
токи пропорциональны Ur, а значит, измеряя Ur, мы можем непосред-
ственно судить и об изменениях указанных токов.
Построим таблицу для измерений четырех величин: ^Сзар,^Язар
для заряда и Uc разр, Ur разр для разряда. При разряде полярность вклю-
чения измерительного прибора меняется на противоположную той, что
была при заряде. Значения напряжений будем считывать через каждые
10 с и результаты измерений заносить в таблицу. Получим следующие ря-
ды значений:
t, с Мс зар’ В Mr зар’ в разр’ В Mr разр’ в t, с Мс зар’ В Mr зар’ в МС разр’ В UR разр’ В
0 0 5,5 5,5 -5,5 60 4,8 0,7 0,55 -0,7
10 1,7 4,0 3,8 -4,2 70 5,0 0,5 0,4 -0,5
20 2,9 2,8 2,5 -2,9 80 5,1 0,4 0,25 -0,4
30 3,7 2,0 1,8 -2,0 90 5,2 0,3 0,2 -0,3
40 4,2 1,4 1,2 -1,4 100 5,3 0,2 0,1 -0,2
50 4,5 1,0 0,8 -1.0 110 5,35 0,15 0,1 -0,15
По измеренным значениям построим графики (рис. 11, б), поясняю-
щие полученные результаты. В процессе заряда ток протекает через ре-
зистор, который ограничивает его силу, т. е. число носителей, накапливае-
мых на обкладках конденсатора. Из опыта видно, что в начале заряда
напряжение на пластинах конденсатора, пропорциональное числу накоп-
ленных на пластинах носителей заряда, растет довольно быстро. Чем силь-
нее заряжается конденсатор, тем меньше носителей заряда попадает в еди-
ницу времени на его пластины, т. е. тем сильнее падает зарядный ток,
пока, наконец, при полностью заряженном конденсаторе он не станет рав-
ным нулю. Напряжение на пластинах заряженного конденсатора достига-
ет значения напряжения источника питания.
При разряде конденсатора происходят аналогичные процессы. Заряды
стекают с пластин конденсатора через резистор. При этом ток имеет
28
направление, противоположное зарядному. При заряде и разряде Lfo,
а значит, и tfc, и /, меняются по экспоненциальному закону. Важнейшей
величиной в этом процессе является постоянная времени т. Она служит
мерой скорости зарядного и разрядного процессов. За время, равное
0,7 т, напряжения Uc и l/д достигают примерно половины установившего-
ся значения (Jo. В процессе заряда за время, равное 7зар, Uq достигает
значения
а при разряде за время, равное 7разр, Uq достигает значения
ис=Ц>—,
е
где е = 2,7182 ... — основание натуральных логарифмов.
Постоянная времени вычисляется по формуле т = RC. В нашем опыте
сопротивление R — одно и то же как для заряда, так и для разряда (тзар =
= тразр). Из соотношения т = RC видно, что зарядно-разрядные процессы
будут протекать тем быстрее, чем меньше R и С.
Последовательное включение резистора и конденсатора называют
КС-цепью. С КС-цепями мы будем встречаться во многих схемах цифро-
вой техники.
Итак, если к конденсатору подключить источник постоянного напря-
жения, то через него потечет зарядный ток, который с течением времени
уменьшается до нуля, т. е. заряженный конденсатор из-за диэлектрика
между его пластинами ведет себя как бесконечно большое сопротивление.
Если ключ в схеме, приведенной на рис. 11, а, переключать в быстром тем-
пе то на заряд, то на разряд, в схеме потекут попеременно зарядный
и разрядный токи. Это означает, что при включении конденсатора в цепь
с переменным напряжением через него потечет переменный ток, причем
тем больший, чем чаще происходит смёна полярностей напряжения источ-
ника. А коль скоро через конденсатор протекает переменный ток, он
должен обладать и сопротивлением переменному току. Подключив кон-
денсатор к источнику прямоугольных импульсов напряжения (будем
рассматривать их как особую форму переменного напряжения) , убедимся
в результате опыта, что входное напряжение (/, напряжение на конденсато-
ре Up и ток / будут изображаться кривыми различной формы. Для техни-
ки в силу целого ряда обстоятельств большой интерес представляет напря-
жение, форма которого не меняется при включении в цепь конденсатора.
Оказывается, что таким является напряжение, график которого имеет
форму синусоиды. Оно так и называется синусоидальным напряжением,
а иногда просто переменным напряжением. Именно такое напряжение
(рис. 12) снимается с выхода универсального генератора. Мы будем
встречаться с ним очень часто, поэтому поговорим о нем несколько под-
робнее.
29
Математическое выражение такого напряжения
и = Umsina,
где и — мгновенное значение; Um — максимальное значение, амплитуда;
а — угол.
Рассматривая синусоиду, мы прежде всего обращаем внимание на ее
периодический характер (рис. 13). В каждом периоде она имеет один
максимум и один минимум. Периоды следуют друг за другом с большей
или меньшей быстротой. Мерой этой быстроты является времязависимая
величина — круговая частота си, связанная с углом а зависимостью а = cot.
За время t = Т точка пробегает по синусоиде целый период. Величина
Т так и называется периодом повторения. Число периодов, повторяющих-
ся в единицу времени, называют частотой и выражают ее формулой/ = 1 /Т.
1
За единицу измерения частоты принят герц (Гц), причем 1 Гц = 1— •
с
соидального напряжения.
Генератор
6 6 о
Рис. 13. Графическое представление
синусоидальных напряжения и тока.
Рис. 14. Фазовый сдвиг между напря-
жением Uи током / .
Рис. 15. К определению емкостного
сопротивления конденсатора при прило-
жении синусоидального переменного
напряжения: а - схема; б- характерис-
тики.
30
В электрических цепях кривые переменных напряжения и тока одина-
ковой частоты не совпадают во времени. Для оценки этого несовпадения
служит величина фазового сдвига <р. С учетом его уравнение синусоидаль-
ного напряжения приобретает вид
и = Umsin(GJt + .
Круговая частота выражается формулой
2 я
со = 2я/ =--.
Т
Протекание переменного тока i через резистор приводит к нагрева-
нию последнего. Затрачиваемую на это мощность нельзя вычислять непо-
средственно по амплитудным значениям Um и Im. Для таких расчетов
введено понятие об эффективной величине, в результате воздействия
которой резистор нагревается так же, как при действии соответствующего
постоянного тока или напряжения. Для эффективных величин напряжения
и тока получены выражения
Измерительные приборы для переменного напряжения и переменного
тока проградуированы как раз в расчете на эффективные величины.
При исследовании коммутирующих процессов в ЯС-цепи можно за-
метить, что изменения тока и напряжения на конденсаторе не совпадают
во времени. Приложив вместо постоянного напряжения(прямоугольных
импульсов) синусоидальное переменное напряжение, мы видим, что на
обоих элементах схемы R и С напряжение и ток сохраняют синусоидаль-
ную форму. Однако кривые тока и напряжения на конденсаторе оказыва-
ются сдвинутыми по фазе. При этом ток опережает напряжение, на 90°
(рис. 14).
Подключим к генератору переменного напряжения конденсатор
С - 47 нФ и измерим авометром протекающий через него ток (рис. 15,а).
Амплитуду переменного напряжения генератора установим на максимум,
так чтобы в результате этого на выходе оказалось „несимметричное”
переменное напряжение около 1,4 В. Меняя частоту генератора и измеряя
при этом соответствующие значения тока, получим следующие результа-
ты измерений:
Л кГц 0,5 1 2 4
Z, мА 0,2 0,42 0,83 1,6
Построив по полученным данным график, видим, что он представляет
собой прямую линию (рис. 15, б). Это означает, что ток растет пропорцио-
нально частоте. Однако ток обратно пропорционален сопротивлению.
31
Следовательно, сопротивление конденсатора переменному току обратно
1
пропорционально частоте, и мы можем записать .
/
Сопротивление конденсатора переменному току, называемое реак-
тивным, проявляется в результате постоянно следующих друг за другом
процессов заряда и разряда. В отличие от омического сопротивления,
называемого также активным, в котором электрическая энергия необра-
тимо переходит в иную форму (тепловую), конденсатор накапливает
электрическую энергию, которая не переходит в нем ни в какие другие
формы, а сохраняется в виде энергии электрического поля.
Измерим теперь ток при частоте / = 2 кГц для различных значений
емкостей. Получим такую последовательность результатов измерений:
С, нФ 10 22 47 100
I, мА 0,17 0,38 0,83 1,75
График, построенный по этим значениям (рис. 15,6), также представляет
собой прямую линию. Таким образом, мы приходим к выводу, что ток
прямо пропорционален емкости конденсатора, тогда как реактивное
сопротивление конденсатора Xq обратно пропорционально его емкости:
1
Хс ~ — • С учетом круговой частоты получаем из обеих зависимостей
С
следующее уравнение:
1 1
2л/С gjC
По этой формуле можно рассчитать реактивное сопротивление конден-
сатора. Отметим главное свойство: реактивное сопротивление конденса-
тора тем меньше, чем больше значение его емкости и чем больше частота
приложенного переменного напряжения.
Пример. Рассчитаем реактивное сопротивление конденсатора с С =
= 4,7 нФ для fx = 1 кГц (стандартный звуковой сигнал в радиовещании)
и для f2- 27,12 МГц (частота передатчика дистанционного управления):
1 с- В В
ХС1 ---------------------------------=33,8- 103— =33,8 кОм;
2 - 3,14- 103-4,7- 10’9 А- с А
1 с- В В
ХС2 ------------------------------------= 1,25---- = 1,25 Ом.
2-3,14-27,12- 106-4,7-10~9 А-с А
Из сравнения обоих результатов видим, какое влияние оказывает частота
приложенного напряжения на реактивное сопротивление. В УКВ-диапазо-
не емкость 4,7 нФ представляет собой столь незначительное реактивное
32
сопротивление, что во многих случаях можно рассматривать его как ко-
роткое замыкание по переменному току.
Что следует знать
о катушках индуктивности
Формы конструктивного исполнения катушек индуктивности весьма
многообразны (рис. 16).
Простейшая катушка индуктивности — однослойная цилиндрическая.
Выполненная из медной проволоки диаметром 0,7 — 1 мм, она настолько
прочна и стабильна, что при малом числе витков может монтировать-
ся прямо в схему, без каких бы то ни было креплений. В случае боль-
шого числа витков механическая стабильность обеспечивается намоткой
однослойной катушки на пластиковый полый каркас. Такая конструкция
обладает тем преимуществом, что, благодаря ввинчивающемуся сердечни-
ку, оказывается возможным менять в известных пределах электрический
параметр катушки — индуктивность, определение которого будет дано
ниже. Этой возможностью мы будем пользоваться в схемах, требующих
настройки.
Схемные обозначения катушек приведены в табл. 3.
Познакомимся поближе с электрическими свойствами катушек.
Если свойства конденсатора как элемента схемы проявляются в создании
электрического поля, то свойства катушек — в формировании магнит-
ного поля. В самом простейшем исполнении катушка представляет собой
несколько витков проволоки. Если по такой катушке потечет электри-
ческий ток, то вокруг нее образуется магнитное поле, которое молено
изобразить в виде силовых линий (рис. 17, а). Совокупность силовых
линий, исходящих из катушки, называют магнитным потоком Ф. Плот-
ность магнитного потока зависит от силы протекающего по катушке тока
/, числа витков катушки и свойств среды, в которой он распространяет-
ся. Например, железо обладает для магнитного потока весьма незначитель-
ным сопротивлением. Иными словами, железо — хороший магнитопровод.
Поэтому для катушки, с помощью которой при заранее определенных
силе тока и числе витков нужно сформировать сильное магнитное по-
ле, необходимо предусмотреть замкнутый железный сердечник (см.
рис. 17, б).
Ток всегда сопровождается магнитным полем. С другой стороны,
любое изменение магнитного потока вызы-
вает возникновение напряжения на зажимах
катушки. Этот процесс описывается уравне- -
нием
Рис. 16. Внешний вид катушек: а - катушка
без сердечника; б - катушка, намотанная на
каркасе; в — каркас с сердечником.
аФ
U=-N-----,
dt
где U — наведенное напряжение катушки; N — число витков катушки;
аФ
----- — изменение потока во времени.
a t
Таблица 3. Схемные обозначения кату-
шек
Если в катушке происходит изменение потока -- , то в ее обмотке
d t
наводится напряжение U, противодействующее вызвавшему его измене-
нию потока — отсюда и знак минус в уравнении. Для удобства расчетов
преобразуем уравнение, выразив поток Ф через электрический ток /, число
витков /V, магнитную проницаемость материала, в котором распространя-
ется поток, д , площадь поперечного сечения катушки S и среднюю длину
силовых линий I. Отбрасывая знак минус, получим
A'pS di
U= N—----------
I dt
Рис. 17. Магнитное поле катушки: а без железного сер-
дечника; б - с железным сердечником.
34
Магнитная проницаемость вычисляется по формуле
М = Мо + ,
где До — постоянная магнитного поля (индукционная постоянная),
а дг — относительная магнитная проницаемость, характеризующая данную
среду.
Все конструктивные параметры катушки объединяют в единый
параметр - индуктивность L, определяемую из выражения
Алцоц S
Л =---------—
I
Единицей индуктивности является генри (Гн), определяемый как
1 В- 1 с
1 Гн =-------
1 А
Для катушек, магнитный поток которых замыкается через сердечник
по определенному пути, все постоянно действующие факторы объединяют
в единый коэффициент индуктивности
VoHrS
al =---------.
I
Таким образом, L = № , что значительно облегчает расчет катушек.
В - схемах, предлагаемых далее, катушки наматывают в основном
медным лакированным проводом диаметром 0,10—0,15 мм. Поэтому
необходимо обеспечить прочность выводов начала и конца обмотки.
В начале намотки (соединительный провод и два-три витка) проволоку
складывают вдвое и скручивают. Поверх этой скрутки натягивают труб-
ку из лакоткани^ которую прихватывают последующей намоткой. То же
Рис. 18. К определению индуктивного сопротивления катушки при
приложении переменного напряжения: с - схема; б — характеристики.
самое проделывают и в конце намотки, только трубку из лакоткани
привязывают здесь к каркасу прочной крученой ниткой, чтобы витки
обмотки не смещались.
Проделаем опыт, который позволит нам выяснить зависимость меж-
ду L, / и L для случая, когда к катушке приложено переменное напряже-
ние синусоидальной формы. Намотаем катушку с индуктивностью L
% 8 мГн (/V = 100 витков, манифер 163, сердечник 14x8, ПЛ 0,1 мм) и
подключим ее к генератору переменного напряжения (рис. 18,а). Выход-
ное напряжение генератора установим перед опытом равным 1 В (исполь-
зуем авометр). Измерив при различных частотах *ток, протекающий
через испытуемую катушку, получим следующие результаты:
/, кГц 1, мА 1//, 1/мА
2 1,0 1,0
3 0,65 1,54
4 0,50 2
6 0,33 3
8 0,25 4
Здесь наряду со значениями токов вычислены обратные им величины.*
Построенные по полученным данным характеристики показывают, что
между частотой и величиной, обратной току, существует линейная зави-
симость. Величина 1// прямо пропорциональна реактивному сопротивле-
нию катушки А/ , поэтому можно утверждать, что реактивное сопротив-
ление катушки также растет пропорционально частоте, т. е. —f.
Намотаем далее еще две катушки (Л2 = 150 витков и Х3 =200 вит-
ков) и измерим ток, протекающий через каждую из них (на одной и той
же частоте f = 2 кГц) опять при L'= 1 В. Получим следующие результаты:
L, мГн / , мА 1/1 , 1/мА
8 1,0 1,0
12 0,66 1,53
16 0,5 2,0
Представив полученные данные в виде графика (рис. 18, 5), снова
получим прямую линию. Следовательно, мы можем сделать вывод, анало-
гичный полученному в первой части опыта: реактивное сопротивление
катушки прямо пропорционально ее индуктивности: Х[ ~ L. Вводя
круговую частоту со = 2я/,объединим обе полученные зависимости в одно
уравнение:
\7 = 27tfL = gjL .
36
Таким образом, мы свели сложные для наших целей законы индукции
к формуле, с помощью которой легко сможем производить расчеты.
Пример. Рассчитаем реактивное сопротивление, равное сопротив-
лению испытуемой катушки с L = 8 мГн на частоте 2 кГц:
1 В- с
X, = gjL = 2тт- 2- 103----------8- 1Q-3----------« 100 Ом.
с А
Колебательный контур — схема
с особыми свойствами
Включив конденсатор и катушку параллельно, мы получим колеба-
тельный контур. Название это с первого взгляда вовсе не очевидно; для
подтверждения его оправданности рассмотрим, какие электрические
процессы происходят в таком контуре. Лучше всего познакомиться
с ними на опыте. Подключим колебательный контур к импульсному ге-
нератору. Для наших целей в качестве импульсов можно использовать
пилообразное напряжение развертки осциллографа (рис. 19, а). Катушкой
индуктивности будет служить изготовленная самостоятельно пробная
катушка. В качестве конденсатора возьмем бумажный конденсатор.
Смонтируем колебательный контур на экспериментальной плате. При
включении генератора на экране осциллографа можно наблюдать зату-
хающий колебательный процесс (рис. 19, б). Как объяснить это явление?
Конденсатор заряжается от напряжения развертки осциллографа. Разря-
жается он через катушку. Процессы в конденсаторе и в катушке протека-
ют согласованно во времени. Накопив энергию электрического поля,
конденсатор сам становится источником электроэнергии — в цепи поте-
чет ток. Одновременно в катушке электрическая энергия переходит в
магнитную. В процессе разряда энергия электрического поля конденсато-
ра постепенно уменьшается до нуля, тогда как энергия магнитного поля
катушки нарастает за то же время до максимального значения. Затем
весь процесс протекает в обратном направлении и вновь повторяется,
Рис. 19. К изучению процессов в электрическом колебательном кон-
туре: а схема р резонансная кривая
37
Рис. 20. К изучению резонансных явлений в параллельном колебатель-
ном контуре: а - схема; б - резонансная кривая.
период за периодом, до тех пор, пока вся колебательная энергия полнос-
тью не потратится на тепло (джоулевы потери). Именно поэтому мы и
видим на экране осциллографа затухающие колебания. Степень затухания
можно изменять, вводя в цепь резистор и меняя его сопротивление.
Свойства электрического колебательного контура исследуем в очеред-
ном опыте. Подключим к генератору переменного тока (с выходным
напряжением 1,4 В) колебательный контур из пробной катушки индук-
тивностью L =8 мГн и конденсатора емкостью С = 0,1 мкФ (рис. 20, а)
и будем измерять протекающий через контур ток, меняя частоту от 3,6 до
8,7 кГц. Результаты измерений занесем в таблицу:
/, кГц /, мА Z, кОм /, кГц /, мА Z, кОм /, кГц /, мА Z, кОм
3,6 1,0 1,4 5,4 од 14 6,7 0,5 2,8
4,1 0,77 1,82 5,64 0,05 28 7,2 0,62 2,26
4,6 0,5 2,8 5,8 0,1 14 7,7 0,8 1,75
4,9 0,35 4,0 6,15 0,21 6,68 8,2 0,93 1,51
5Д 0,22 6,37 6,4 0,35 4,0 8,7 1,00 1,4
Как видно из таблицы, при некотором значении частоты (/ = 5,64 кГц)
ток, протекающий через контур, будет иметь минимальное значение.
Для пояснения этого свойства параллельного колебательного контура
введем коэффициент Z, равный отношению приложенного переменного
U
напряжения II к силе тока /, т. е. Z = ^у~ . Нетрудно видеть, что по раз-
мерности Z представляет собой сопротивление. Это сопротивление скла-
дывается из реактивных сопротивлений конденсатора и катушки и из
сопротивления потерь, например омического сопротивления катушки,
и называется полным (кажущимся) сопротивлением. Таким образом,
нам известны теперь три вида сопротивлений: активное (омическое),
реактивное (конденсатора или катушки) и полное (кажущееся) как
комбинация реактивного и активного сопротивлений. Построив по вычис-
38
ленным значениям Z график зависимости полного сопротивления парал-
лельного колебательного контура от частоты (рис. 20, б) , видим, что при
частоте f = 5,64 кГц полное сопротивление достигает максимума. Подсчи-
тав реактивные сопротивления катушки и конденсатора для данной
частоты, получим
XL = ZTifL = 6,28- 5,64 кГц- 8 мГ 283 Ом
I 1
Хг =----------=-------------------------------------~ 283 Ом
с 2irfC 6,28- 5,64 кГц- 100 нФ
Итак, мы установили, что оба реактивных сопротивления равны. Следо-
вательно, для этого особого случая мы можем записать
1
Хт = Хг или 2л/Г =---------
L С 2irfC
откуда
гях/Ес' ’
Свойство колебательного контура, представленное характеристикой,
приведенной на рис. 20, б, называют резонансом, а частоту, на которой
проявляется это свойство, — резонансной частотой fpe3. С помощью
формулы /рез = --------— , известной под названием формулы Том-
2я у/L С
сона, можно вычислить резонансную частоту для любой комбинации
L и С. Свойством параллельного колебательного контура иметь макси-
мальное полное сопротивление на резонансной частоте мы будем пользо-
ваться в дальнейшем для многих целей. Пока же упомянем только, что это
свойство весьма ценно для выделения колебаний одной определенной час-
тоты из некоторой их совокупности (для селектирования).
Для оценки остроты резонанса служит ширина полосы пропускания
Д/. Как и частота, ширина полосы пропускания измеряется в герцах.
Полосу пропускания принято определять для уровня 0,707, т. е. считая,
что значения полного сопротивления на граничных частотах этой полосы
составляют 0,707 от резонансного Zpe3. Итак, для Д/ полагают
Z
-----=0,707.
^рез
Для исследуемого нами колебательного контура ширина полосы
пропускания Д/^0,2 кГц. Ширину полосы пропускания Д/ называют
также абсолютной. Однако пользоваться ею можно только для оценки
свойств вполне определенного колебательного контура. Получив для
/рез = 5,64 кГц значение Д f = 0,2 кГц, мы увидим, что для другой резо-
39
нансной частоты, например/рез = 40 кГц, значение Д f будет совсем иным
Поэтому вводят коэффициент, равный отношению абсолютной ширины
полосы пропускания к резонансной частоте
Af
/рез
получая таким образом относительную ширину полосы пропускания
или затухание (формульное обозначение d). В нашем примере затухание
0,2 кГц
d =----------= 0,035 = 3,5%.
5,64 кГц
Затухание служит мерой добротности колебательного контура.
Гальванические элементы
как источники питания
Для работы приборов устройства дистанционного управления (пере-
датчика и приемника) нужны соответствующие источники напряжения.
Мы будем пользоваться практически только стандартными химическими
источниками напряжения (гальваническими элементами), в которых
химическая энергия в результате электрохимических процессов преоб-
разуется в электрическую. На рис. 21 представлены наиболее распростра-
ненные типы гальванических элементов. Гальванические элементы под-
разделяют на первичные и вторичные. В первичных элементах электри-
ческая энергия образуется в результате разложения отрицательного элек-
трода (цинка) в электролите. В процессе работы отрицательный электрод
или деполяризатор, служащий для связи ионов водорода, постепенно
Рис. 21. Внешний вид гальванических элементов: а — угольно-
цинковый элемент R6 (миньон); б — кадмиево-никелевый эле-
мент R6 (миньон); в — кадмиево-никелевый дисковый элемент;
г — батарея из кадмиево-никелевых дисковых элементов.
40
расходуется и элемент теряет свои свойства. Отработанный элемент
должен быть заменен новым.
Вторичные элементы известны под названием аккумуляторов. Акку-
мулятор может отдавать электрическую энергию лишь в том случае,
если был *1редварительно заряжен. При заряде электрическая энергия пре-
образуется в химическую и накапливается. При разряде аккумулятора
этот процесс протекает в обратном направлении: накопленная химичес-
кая энергия снова переходит в электрическую. Аккумуляторы можно
многократно заряжать и разряжать.
Для начала кое-что
о первичных элементах
Конструкция наиболее употребительного пер-
вичного элемента, угольно-цинкового, показана
на рис. 22. Положительный электрод этого
сухого элемента состоит из угольного стержня, погруженного в деполя-
ризатор (двуокись марганца). Электролитом служит одно из обладающих
поглощающей способностью веществ (пшеничная мука, древесные опил-
ки, бумага и др.), пропитанное раствором аммиака. Цинковый корпус
гальванического элемента служит одновременно и его отрицательным
электродом. Корпус герметизируется смолой или парафином (откуда
и название — сухой элемент), в силу чего элемент годен к работе в лю-
бом положении. Наряду с единичными элементами широко пользуются
также целыми их батареями, представляющими собой несколько вклю-
ченных совместно и смонтированных в единый блок элементов.
Элемент R6, известный под названием „миньон”, самый малогабарит-
ный из выпускаемых промышленностью РДР*. При повторно-кратко-
временной работе его допустимый ток составляет 20 мА. Ток короткого
замыкания /к 3 = 6 А. Для больших нагрузок необходимо запастись бо-
лее мощными элементами.
Под названием „моно” известен элемент R20**. Он выпускается в сле-
дующих исполнениях: обычном (1К 3 7А) , накальном (/к 3 - 9 А) и гер-
метичном (/К З~18А). Элемент в накальном исполнении (называемый
также приборным) отличается от элемента обычного исполнения более
высокими эксплуатационными свойствами (удвоенная емкость и улучшен-
Рис. 22. Конструкция угольно-цинкового элемента.
7 — металлический колпачок (положительный электрод) ;
2 - герметизирующая масса; 3 - электролит (ci ущенный
раствор аммиака) ; 4 - деполяризатор (двуокись марган-
ца/ ; 5 — угольный стержень; 6 — цинковый корпус (отри-
цательный электрод).
* Отечественная промышленность выпускает аналогичные элементы.
** Отечественная промышленность выпускает аналогичный ему элемент 373.
41
Рис. 23. К изучению разряда угольно-цинкового элемента R6 в зави-
симости от нагрузки: а — схема; б — характеристики.
ная герметизация) и допускает повторно-кратковременный разряд при
токе 180 мА.
Во многих случаях мы будем применять плоскую батарею 3R12* . При
повторно-кратковременном разряде от нее можно получить ток 60 мА.
Напряжение на зажимах одной ненагруженной батареи составляет
1,55—1,75 В, при нагрузке оно падает до 1,3—1,6 В. Иными словами, на-
пряжение в большой степени зависит от нагрузки, а также от типа элемен-
та и степени его разряда.
Зависимость напряжения на зажимах элемента „миньон” от нагрузки
и степени разряда элемента проследим на опыте (рис. 23, а). Нагрузим
новый элемент R6 соответственно на резисторы 4,7 Ом (0,5 Вт) ; 22 Ом
(0,25 Вт) и 150 Ом (0,25 В) и измерим напряжение на его зажимах в на-
чале опыта, по прошествии 12 и 25 мин, а также через 1,2, 10,40 и 100 ч.
По полученным значениям построим разрядные характеристики для трех
разных нагрузок, проградуировав ось времени в логарифмическом мас-
штабе (рис. 23, б). Характеристики показывают сильную зависимость
напряжения на зажимах от нагрузки и степени разряда элемента. Анализ
характеристик позволяет сделать выводы, весьма важные для эксплуа-
тации первичных элементов в приборах дистанционного управления:
1) для наиболее полного использования элементы следует по возмож-
ности меньше нагружать;
2) в случае предельных нагрузок следует переходить на иные типы
элементов, обладающие большей емкостью;
3) в электронных схемах рабочее напряжение следует стабилизиро-
вать.
* Отечественная промышленность выпускает аналогичную ей 336Л.
42
При длительном хранении угольно-цинковый элемент вследствие
саморазряда истощается и без нагрузки. Характерным признаком исто-
щенного сухого элемента является его повышенное внутреннее сопротив-
ление, вследствие чего ток короткого замыкания элемента уменьшается.
Определим этот ток с помощью авометра (со шкалой 6А). Если сила
тока составляет 50% номинального значения и менее или во время измере-
ния она резко падает, то это означает, что сухой элемент истощен и для ра-
боты непригоден. Измерения не должны длиться более 2 с. Значения тока
короткого замыкания сухих элементов или батарей различных заводов-
изготовителей отличаются друг от друга, поэтому приходится принимать
в расчет лишь ориентировочные значения.
И еще один совет по применению батарей сухих элементов. Не су-
ществует элементов и батарей, абсолютно гарантированных от вытекания
раствора аммиака или выхода агрессивных паров. Поэтому источники
питания следует размещать в приборах так, чтобы непредвиденная утеч-
ка раствора аммиака не привела к порче прибора.
Аккумуляторы
экономичнее первичных
элементов
Наряду с первичными элементами все шире
применяются в настоящее время вторичные
элементы, что объясняется главным образом
их высокими техническими свойствами. Вто-
ричные источники напряжения подразделяются по материалам, из кото-
рых изготовлены их электроды. Для интересующих нас приборов с дистан-
ционным управлением годятся только стандартные герметичные кадмие-
во-никелевые и свинцовые аккумуляторы.
Остановимся сначала на кадмиево-никелевых аккумуляторах. По
сравнению с другими элементами они обладают рядом преимуществ:
— высокой механической прочностью и виброустойчивостью;
— относительно постоянным напряжением разряда в диапазоне рабо-
чих токов;
— способностью к перезарядке в течение долгого срока службы
(при точном выполнении инструкций по уходу и обслуживанию аккуму-
ляторы могут служить до 10 лет, позволяя при этом произвести до 1000
и более зарядно-разрядных циклов);
— простотой обслуживания;
— благоприятными накопительными свойствами. Даже при длитель-
ном хранении аккумуляторов происходит лишь очень незначительный
их саморазряд.
Недостатками кадмиево-никелевых аккумуляторов являются:
— относительно большая масса;
- высокая по сравнению с угольно-цинковыми элементами покупная
цена.
Для работы с приборами с дистанционным управлением нас интере-
суют в первую очередь дисковые аккумуляторы и составленные из них
батареи. Конструкция кадмиево-никелевого дискового аккумулятора
показана на рис. 24. Корпус такого аккумулятора, выполненный в виде
чашки, является одновременно его положительным полюсом. В чашке
43
Рис. 24. Конструкция герметичного кадмиево-никеле-
вого дискового аккумулятора.
1 — крышка; 2 — контактная пружина; 3 — уплотни-
тельное кольцо; 4 — никелевая проволочная сетка;
5 — чашка; 6 — положительный электрод; 7 — отри-
цательный электрод; 8 — диафрагма; 9 — донная про-
кладка.
находятся положительный электрод из гидроокиси никеля и графита,
а также отрицательный электрод из окиси кадмия — и тот, и другой в
форме таблеток. Электроды пропитаны электролитом, разделены мелко-
пористой прокладкой и запрессованы в сетчатую коробочку из никелевой
проволоки. Корпус аккумулятора закрыт крышкой, отделенной от чашки
изолирующим уплотнительным кольцом . С помощью контактной пружи-
ны крышка соединена с отрицательным электродом и служит отрицатель-
ным полюсом аккумулятора. Герметичный кадмиево-никелевый аккуму-
лятор представляет собой замкнутую систему. Его нельзя открывать
и он не требует добавления электролита.
С эксплуатационными свойствами аккумуляторов, как и первич-
ных элементов, познакомимся с помощью их разрядных характеристик.
Кадмиево-никелевые аккумуляторы продают заряженными, поэтому
опыт по снятию разрядной характеристики можно провести с новым
аккумулятором (например, емкостью 450 мА • ч). Изготовив затем
зарядный прибор, мы сможем снять также и его зарядную характеристи-
ку. В соответствии со схемой, показанной на рис. 25, а, аккумулятор
включается последовательно с резистором 240 Ом/0,5 Вт. Будем измерять
напряжение на зажимах через каждый час, пока оно не упадет до значе-
ния 4,4 В. По полученным значениям построим разрядную характеристи-
ку, представленную на рис. 25, б. Из характеристики вйдно, что напряже-
ние на зажимах при разряде аккумулятора падает гораздо медленнее,
чем при разряде угольно-цинкового элемента. Наряду со способностью
Рис. 25. К изучению разряда герметичной кадмиево-никелевой бата-
реи (4,8 В/450 мА • ч): а — схема; б — разрядная характеристика
при токе разряда 0,5
44
Рис. 26. Зарядная характеристика герметичной U,B
кадмиево-никелевой батареи (4,8 В/450 мА -ч) 6,0 г
при токе заряда 0,5 75.
.у- X
перезаряжаться (более чем 1000 заряд- У
но-разрядных циклов) и большим сроком ~/
службы (более 5 лет) стабильность на-^г_________।______।______i
пряжения на зажимах является сущест- ’ Я 10 12
венным преимуществом кадмиево-нике-
левых аккумуляторов.
Измеряя напряжение на зажимах при заряде, можно построить заряд-
ную характеристику, типовой ход которой показан на рис. 26. Заряд
прекращают при подъеме напряжения на зажимах до 6,0 В (по 1,5 В на
каждый элемент). Если аккумулятор был предварительно полностью
разряжен (напряжение на зажимах 4,4 В), то для его заряда потребуется
примерно 14 ч.
Изготовитель герметичных кадмиево-никелевых аккумуляторов в
ГДР (комбинат гальванических элементов в г. Цвикау) дает следующие
указания по уходу за аккумуляторами.
Обслуживание ограничивается только зарядом и чисткой мест контак-
та. У аккумуляторов различных типов предусмотрены лепестки для пай-
ки, и припаивать провода разрешается только к ним. На аккумуляторных
элементах и батареях указаны месяц и год их изготовления.
Заряд. Заряд герметичных кадмиево-никелевых аккумуляторов
производится только постоянным по значению и направлению током.
Окончательное напряжение заряженного аккумулятора составляет при-
мерно 1,5 В на элемент. Номинальный зарядный ток составляет 0,5 75. В
начале заряда ток не должен превышать значения 0,55 75. Коэффициент
заряда герметичного кадмиево-никелевого аккумулятора составляет 1,4,
т. е. энергия, затрачиваемая на заряд аккумулятора, в 1*4 раза превышает
отбираемую у него при разряде. Перезаряд недопустим. Он уменьшает
срок службы герметичного аккумулятора.
Замечание. ls — постоянный ток, протекающий при пятичасовом
разряде полностью заряженного аккумулятора (например, у аккумулято-
ра емкостью 250 мА • ч 75 =90 мА).
Разряд. Номинальный разрядный ток составляет 75. В соответст-
вии с ним рассчитывают номинальную емкость. Однако при некоторых
режимах работы номинальный разрядный ток поддерживать невозможно.
В таких режимах при длительном разряде максимальный разрядный
ток не должен превышать 2,5 7S. Необходимо также следить, чтобы раз-
рядное напряжение не стало к концу разряда ниже номинального. При
разрядном токе, превышающем номинальный, емкость аккумулятора
уменьшается. Например, при разряде током 2,5 /5 полезная емкость ак-
кумулятора составляет примерно 70% номинальной. Для разряда устанав-
ливается определенный допустимый диапазон температур: от —20 до 35°С.
В случае разряда током /5 при температуре —20° С полезная емкость сос-
45
тавляет примерно 30% номинальной, а при температуре 35°С—90% номи-
нальной емкости. Герметичные аккумуляторы работоспособны и вне
пределов указанного температурного диапазона. Однако при температу-
рах ниже —20° С колебания емкости аккумулятора увеличиваются и
становятся непредсказуемыми, а в случае частых разрядов при темпера-
туре свыше 35° С приходится считаться с укорочением срока службы
аккумулятора.
Замечание. Допустимое значение напряжения в конце разряда указы-
вается изготовителем и составляет 1,0—1,1 В.
Наряду с герметичными кадмиево-никелевыми аккумуляторами
в продаже имеются также герметичные свинцовые аккумуляторы (ем-
кость 0,3 и 0,5 А • ч, ^напряжение на зажимах 2,0 В), отличающиеся высоки-
ми эксплуатационными свойствами. Конструкция их аналогична конст-
рукции обычных свинцовых аккумуляторов, только электролит в них
сгущен путем добавления каолина или кремниевой кислоты, а полиэти-
леновый корпус наглухо заварен. Следует указать, что герметичный свин-
цовый аккумулятор также представляет собой замкнутую систему й от-
крывать его нельзя. По своим свойствам он очень близок к кадмиево-
никелевому, в силу чего и указания по его обслуживанию остаются по
существу теми же самыми. Герметичные свинцовые аккумуляторы заря-
жаются током 0,5 /10 до напряжения 2,3 В на один аккумулятор (при
больших значениях напряжения возможны нарушение герметичности и
вспучивание корпуса). Напряжение в конце разряда составляет 1,8 В на
один аккумулятор. Свинцовые аккумуляторы не очень чувствительны
к глубокому разряду и перегрузкам даже до 10 Ц 0 •
Данные о- степени заряда аккумулятора конструктору моделей с ди-
станционным управлением нужны в той же мере, что шоферу информа-
ция об уровне бензина в баке. Возьмем поэтому за правило проверять
степень заряда аккумулятора перед каждым стартом.
Мы строим прибор
для проверки
аккумуляторов
ванной пластины (по
щиной 1,5 мм). Если
Схема прибора для проверки аккумуляторов,
который мы собираемся строить, представле-
на на рис. 27. Изготовим прежде всего печат-
ную плату заданных размеров из фольгиро-
возможности с односторонним покрытием и тол-
в нашем распоряжении имеются только пластины
+| 4J-68
12Вз-----
390м
390м
2,48
-►>
с двухсторонней металлизацией, то с
одной из сторон медную фольгу
следует удалить. Печатную плату вы-
пиливают лобзиком и высверливают
в ней отверстия в соответствии с
рис. 28.
Для получения трех разрывов в
токопроводе прорежем медный слой
Аккцмцля-'Балластный АВометр
тор резисторы
Рис. 27. Схема прибора для проверки ак-
кумуляторов.
V
Рис. 28. Печатная плата {а) и схема расположения элементов (б) прибора
для проверки аккумуляторов.
скальпелем или другим ножом дважды для каждого разрыва (расстоя-
ние между прорезями 2 мм) и удалим получившиеся медные полоски
пинцетом. Зачистим далее медный слой до блеска мелкой наждачной
бумагой и смажем разведенной канифолью. Затем привинтим к плате три
телефонных гнезда и припаяем резисторы. Резисторы являются нагрузкой
кадмиево-никелёвого аккумулятора с номинальным током заряда /5, по-
этому со шкалы авометра мы можем считывать непосредственно напря-
жение на зажимах нагруженного аккумулятора. Наш прибор должен быть
пригодным для любых напряжений на зажимах аккумулятора, поэтому в
нем предусмотрены ответвления на меньшие напряжения: 2,4,В; 4,8 В;
6 В. Аккумулятор присоединим к прибору с помощью обычного зарядно-
го кабеля. По приложению 3 определим, насколько разряжен проверяе-
мый аккумулятор, т. е., иначе говоря, долго ли его надо заряжать до
полной емкости. Однако следует иметь в виду, что разрядные характерис-
тики аккумулятора, проработавшего несколько лет, подчас совсем не те,
что у нового. Поэтому ежегодно путем контрольного разряда (измеряя
через каждые полчаса напряжение на зажимах при /5) , необходимо прове-
рять, соответствует ли еще наша таблица характеристикам аккумулятора.
При цаличии отклонений таблицу следует корректировать.
47
Мы строим зарядим Для обеспечения правильного заряда аккуму*
устройство ляторов смонтируем зарядное устройство. Это
устройство должно отвечать следующим тре-
бованиям:
1) обеспечивать заряд всех применяемых кадмиево-никелевых акку-
муляторов, в том числе и бортовых, устанавливаемых на самоходных
моделях судов. Поэтому должны быть предусмотрены соответствующие
напряжение и ток заряда для каждого типа аккумуляторов;
2) обеспечивать одновременный заряд нескольких малых аккумуля-
торов.
Схема зарядного устройства представлена на рис. 29, а. Мы видим,
что аккумуляторы совместно с балластными резисторами подключаются
к выпрямителю Дь . . . , Д4. Путем соответствующего подбора этих
резисторов добиваются требуемого значения зарядного тока. Из инструк-
ции по эксплуатации кадмиево-никелевых аккумуляторов известно,
что начальный разрядный ток может составлять максимум 0,55 /5, а в
конце заряда ни в коем случае не должен превышать 0,5 /5. Конечное
значение зарядного напряжения (1,5 В на каждый аккумулятор) контро-
лируем с помощью подключенного параллельно с аккумулятором аво-
метра. Сопротивление балластных резисторов Кб вычисляем по формуле
„ 41 “ 4 min
«»-------;
ном
где Uл — напряжение на зажимах зарядного устройства; L/3min — началь-
ное зарядное напряжение; 7НОМ — номинальный зарядный ток.
Для заряда бортового аккумулятора (12 В/250 мА) получаем при
t/4 = 25 В; 14min = 11 В; 4ом = 250 мА
24В-11В 14В
Кб =-----------=--------= 56 Ом.
е 250 мА 250 мА
А
-EZ3 С @
250мА
^2^в/0,0М
"ХУ—t © 50 мА
лкЛ4В10А5А
' © 50мА
ТАГ"с © 50мА
Рис. 29. Зарядное устройство: а - принципиальная схема; б - печатная плата; в
схема расположения элементов на плате.
48
Мощность потерь на балластном резисторе составляет
Рб = - Ч, шпЛом = И В 250 мА = 3,5 Вт.
Выбираем резистор на 56 Ом/5 Вт.
Рассчитаем также сопротивление балластного резистора для зарядного
канала 6 В/250 мА, а для заряда еще трех аккумуляторов (24 В/0,5 А)
в качестве балластных сопротивлений возьмем 50-миллиамперные
лампы накаливания Лх, . . . , Л3 (телефонные индикаторные лампочки).
Это дает следующие преимущества:
1) мы можем заряжать любой аккумулятор с напряжением на за-
жимах от 1,2 до 12 В приближенно постоянным током 50 мА;
2) все три зарядных канала взаимозаменяемы.
После запуска моделей определим с помощью испытательного при-
бора оставшуюся емкость аккумулятора (необходимое время подзаряда)
и подключим аккумуляторы передатчика и приемника к соответствую-
щим зарядным фишкам. Загорание лампочек служит хорошим конт-
рольным сигналом о процессе заряда. При заряде положительный по-
люс аккумулятора подключается к положительному полюсу зарядного
устройства, а отрицательный — к отрицательному. При первом заряде
необходимо контролировать силу зарядного тока.
Сделаем еще несколько замечаний по схеме.
Данные трансформатора: = 220 В, U2 = 25 В, /2 = 250 мА. Если при-
обрести готовый трансформатор не удастся, можно сделать его самосто-
ятельно, пользуясь каким-либо руководством.
Печатную плату для выпрямителя изготовим, как и ранее, путем сре-
зания с пластинки медной фольги (рис. 29, б, в).
Монтаж самого зарядного устройства предельно прост, что явствует
из рис. 30. Кроме уже упомянутых деталей нам потребуется еще планка
с лепестками для припайки балластных сопротивлений, три ламповых
патрона и антенные гнезда для выходных фишек. Для защиты трансфор-
матора и выпрямителя от перегрузок применяется предохранитель
(250 мА). Все детали монтируются на угловой плате из 1,5-миллиметро-
вого алюминия.
Зарядное устройство питается от сети переменного тока (220 В)’, по-
этому необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Все
сетевые провода должны быть хорошо изолированы и надежно защищены
от соприкасания с кожухом (зарядное
устройство монтируется в кожухе!).
Готовый прибор следует показать спе-
циалисту-электротехнику, который оце-
нит качество работы и проверит надле-
жащим образом соблюдение £сех правил
техники безопасности. Привлечение спе-
циалиста необходимо только при пост-
Рис. 30. Внешний вид зарядного устройства
без кожуха.
49
Рис. 31. Типы миниатюрных реле, применяемых в устройствах
дистанционного управления моделями.
ройке зарядного устройства. Все другие самодельные приборы работают
либо вовсе без источников напряжения, либо с напряжениями ниже допус-
тимой границы контактного напряжения 42 В.
Для приборов с дистанционным управлением можно применять три
типа электропитания. В начале наших опытов целесообразнее всего поль-
зоваться дешевыми сухими элементами. Для первых экспериментов
с дистанционно управляемым приводом их вполне достаточно. При час-
той эксплуатации устройств следует обратиться к аккумуляторам. При
продолжительной повседневной работе с дистанционно управляемыми
моделями абсолютно необходимо применять не требующие тщательного
ухода никель-кадмиевые аккумуляторы. В случае длительной эксплуата-
ции они обходятся дешевле всего, поскольку могут служить в течение
нескольких лет.
Реле — электромеханический ключ
Реле — первый электромеханический конструктивный элемент, с ко-
торым мы познакомимся. Из всего множества разрабатываемых про-
мышленностью типов остановимся на стандартных миниатюрных реле
(рис. 31). Они изготовляются с высокой точностью и гарантируют требуе-
мую для дистанционного управления эксплуатационную надежность.
Миниатюрные реле обладают высокой вибропрочностью, монтировать
их можно в любом положении.
Теперь несколько слов о функциях и использовании реле. Реле — это
электромеханический ключ. Оно приводится в действие электрическим
током (управляющим током) й позволяет передавать сигналы от одного
токового контура к другому или сразу к нескольким. Его большое до-
стоинство состоит в том, что с помощью малых токов (порядка несколь-
ких миллиампер) можно переключать значительно более высокие токи
(1 А и выше). При покупке реле следует обращать внимание на номиналь-
ное напряжение. Нам будут необходимы миниатюрные реле с номиналь-
ным напряжением 6 В (годятся и 4-вольтовые) и 2 В.
50
Электродвигатель преобразует
электрическую энергию
в механическую
Электродвигатели послужат нам в качестве приводов для рулевых
или исполнительных машинок на моделях, а также в качестве ходовых
двигателей (например, у автомобилей или моторных лодок). В соответ-
ствии с различным назначением весьма многообразны и конструктивные
формы миниатюрных электродвигателей, используемых в практике мо-
делирования. Познакомимся с принципом действия и рабочими свойства-
ми этих электромеханических конструктивных элементов.
Обратимся к несложному опыту. В соответствии с рис. 32, а размес-
тим трапецию из толстой медной проволоки (диаметром 2 мм) так, что-
бы ее перекладина находилась в поле постоянного магнита. Если через
трапецию пропустить сильный постоянный ток (от мотоциклетного акку-
мулятора) , она качнется перпендикулярно магнитным силовым линиям.
Рассмотрим для пояснения рис. 32, б. Слева изображены магнитное поле
постоянного магнита и поле, образующееся вокруг проводника при про-
текании по нему тока. Оба поля суммируются в одно (на рисунке спра-
ва) . Вследствие сложения магнитных полей на проводник действует сила
F,равная
F = BIL,
где В — магнитная индукция; / — протекающий по проводнику ток;
L — длина проводника в магнитном поле.
Сила F максимальна, если векторы трех величин (F, В и /) взаимно
перпендикулярны.
Попробуем теперь качание трапеции обратить в непрерывное враща-
тельное движение. Преобразуем для этого трапецию в замкнутый виток,
оба конца которого подключены к разделенному надвое поворотному
кольцу — токосъемнику (каждый конец. — к своей половине). Этот
Медная проволока
Отдельные поля Суммарное поле
Рис. 32. К изучению сил, действующих на Проводник с током в магнитном по-
ле: а - экспериментальная конструкция; б - физический принцип действия.
51
Рис. 33. Схематическое изображение электродвигателя.
1 — токопроводящий виток; 2 — коммутатор (коллек-
тор); 3 — угольная щетка.
токосъемник называют коммутатором тока или
коллектором (рис. 33). Подвод и съем тока осу-
ществляются с помощью угольных щеток — из смеси
графита и медного порошка. Название коммутатор
указывает на вторую функцию токосъемника —
переключение тока. Если, например, результирующая
сила вытолкнет верхнюю половину витка из магнит-
ного поля, то эта сила, являющаяся причиной враща-
тельного движения витка, уменьшится до нуля. Однако из-за инерции
виток еще некоторое время будет продолжать вращаться, пока та его
половина, что находилась прежде под северным полюсом магнита, не
переместится к южному. Если ток будет сохранять прежнее направление,
то произойдет отталкивание витка навстречу прежнему направлению
вращения. Во избежание этого необходимо в нужный момент изменить
направление тока, что и осуществляет коммутатор (коллектор). Совер-
шенно аналогично обстоит дело и со второй Половиной витка.
Коммутатор, представляющий собой разрезанное пополам кольцо
(см. рис. 33), меняет направление тока каждый раз, когда виток пово-
рачивается на 180°, чем и обеспечивает непрерывное его вращение. Задача
состоит лишь в том, чтобы добиться как можно более высокого коэффи-
циента полезного действия вращающей силы (вращающего момента М на
валу). Путем преобразования формулы F =BIL получаем уравнение
М =С1Ф!
(cj — коэффициент пропорциональности), которое удовлетворительно
описывает поведение двигателя в зависимости от его физических пара-
метров.
На рис. 34 представлены схематические изображения двух миниа-
тюрных двигателей. Схема должна помочь нам лучше разобраться в кон-
струкции таких двигателей. В соответствии с вышеприведенным уравне-
нием для получения необходимого вращающего момента М требуется
поток Ф определенной величины. В миниатюрных двигателях этот поток
создается сильным постоянным магнитом из пермаллоя. При необходи-
мости обеспечения высоких механических мощностей, для чего требует-
ся весьма значительный магнитный поток, используется специальная
обмотка возбуждения. На наших моделях в качестве приводных и испол-
нительных будем применять по возможности миниатюрные двигатели
с постоянным магнитом, не требующие дополнительной энергии возбуж-
дения.
С целью максимального использования потока Ф для получения
заданного вращающего момента М следует по возможности применять
замкнутый магнитный контур, представляющий для потока незначитель-
ное сопротивление. Этот контур состоит из ярма, полюсных башмаков
52
Рис. 34. Схематическое изображение миниатюрного двигателя: а -
с обмоткой возбуждения; б - с постоянным магнитом.
7 — клеммы обмотки возбуждения; 2 — обмотка возбуждения; 3 —
обмотка якоря; 4 — полюс; 5 — коллектор; 6 — клеммы якоря;
7— угольные щетки; 8 — постоянный магнит.
и якоря. Воздушный зазор между якорем и полюсными башмаками
стараются делать как можно меньше, так как воздух по сравнению с же-
лезом обладает весьма высоким сопротивлением. Обмотка (на рис. 33
она состоит всего из одного витка) наматывается на железный сердеч-
ник — якорь. У самых миниатюрных двигателей якоря выполняются в
виде двухтаврового ротора или трехлучевой звезды; у миниатюрных
двигателей большой мощности (моторы стеклоочистителей) якорь имеет
форму барабана. Из сказанного выше следует, что мы не должны вносить
больших изменений в конструкцию магнитопровода электрического дви-
гателя (например, с целью изменения его массы), разве лишь для умень-
шения воздушного зазора.
Вернувшись к рис. 33, рассмотрим два магнитных поля: поле воз-
буждения, создаваемое постоянным магнитом, и поле якоря. Сила поля
якоря, называемого также поперечным полем, зависит от тока в якорной
обмотке. От силы суммарного поля зависит в конечном счете вращающий
момент. При высоких нагрузках двигателя из-за большого тока в обмот-
ке поле якоря становится очень сильным и может оказать обратное воз-
действие на поле возбуждения, искажая и ослабляя его.
Для наиболее эффективного использования электродвигателей нам
следует познакомиться с их эксплуатационными особенностями. Обра-
тимся к их характеристикам, представленным на рис. 35. Примем за ос-
нову семейство характеристик миниатюрного двигателя 3040, рассчитан-
ного на номинальное напряжение 3 В (сплошные кривые). На том же
рисунке показаны и характеристики для рабочего напряжения 4,5 В
(штриховые кривые). Наиболее интересные для нас параметры электро-
двигателя: ток /, частота вращения л, отдаваемая мощность на валу Р и
коэффициент полезного действия т? — представлены как функции вращаю-
53
Рис. 35. Характеристики миниатюрного
двигателя 3040.
щего момента М, т. е. в зависи-
мости от нагрузки. Прежде всего
обратим внимание на то, что частота
вращения, начиная с п= 3800об/мин
при отсутствии нагрузки, с ростом
нагрузки линейно падает до значе-
ния п = 1800 об/мин. Если двига-
тель работает при перенапряжении,
значения частоты вращения стано-
вятся существенно большими, в то
же время характеристика остается по-прежнему линейной. Токи для обоих
режимов работы различаются незначительно и линейно растут с увеличени-
ем нагрузки. Большой интерес для моделиста представляют отдаваемая
мощность и коэффициент полезного действия (КПД) двигателя. Из
графиков видно, что характеристика отдаваемой мощности проходит
через максимум. При увеличении нагрузки сверх соответствующей этому
максимуму двигатель начинает работать неэкономично, поскольку Р,
несмотря на рост подводимой электрической мощности, начинает спадать.
Следовательно, для двигателей, устанавливаемых на моделях, нагрузку
нужно подбирать с таким расчетом, чтобы их вращающие моменты со-
ответствовали максимальным значениям характеристик отдаваемых
мощностей. В первую очередь это важно для судовых ходовых двигателей,
к которым необходимо подбирать соответствующие винты. По графикам
или паспорту изготовителя выбирают необходимый для обеспечения мак-
симальной мощйости рабочий ток.
Сравнение кривых Рит? для различных напряжений показывает,
что большая отдаваемая мощность при приемлемых значениях КПД
достигается в тех случаях, когда двигатель работает при перенапряжении.
Нельзя, однако, повышать рабочее напряжение так, как вздумается, ибо
при этом реакция якоря может привести к сильному искрению щеток,
а следовательно, и к быстрому износу щеток и коллектора. Если от
двигателя судовой модели потребуется более высокая мощность, то по-
мочь в этом случае может лишь замена двигателя на другой, более мощ-
ный. Для катеров длиной до 50 см скорость, соответствующую прототипу,
можно обеспечить с помощью одного миниатюрного двигателя.
Как следует из комментариев к рис. 33, при данных значениях тока
и магнитного потока якорь вращается в определенном . направлении.
При желании изменить направление вращения достаточно изменить направ-
ление тока или магнитного потока. Если изменить одновременно направ-
ление и тока, и магнитного потока, двигатель будет сохранять прежнее
направление вращения. У двигателей с постоянным возбуждением изме-
нение направления вращения достигается путем простой коммутации
напряжения на зажимах. У электродвигателей с обмотками возбуждения
можно переключать клеммы этих обмоток либо клеммы выводов якоря.
54
Электродвигатель не должен создавать помехи. Притормозив слегка
пальцем работающий, несильно нагруженный двигатель, можно заметить,
что между коллектором и угольными щетками появляются крохотные
искорки. Это явление называют искрением щеток. Искрению щеток
сопутствует целый спектр помех, излучаемый подводящими ток провода-
ми. Помехи, создаваемые электродвигателем, отрицательно влияют на
работу приемных устройств, поэтому сформулируем следующее важное
правило: помехи передаются неослабленными через общие цепи питания, в
связи с чем в первую очередь следует предусмотреть раздельные источни-
ки питания для приемного устройства (приемник и рулевые машинки) и
для ходового двигателя. Все приемное устройство в целом (антенну,
приемник, рулевые машинки и источник питания) следует располагать на
модели как можно дальше от приводного устройства (ходового двигате-
ля, его проводов и источника питания). Кроме того, для всевозможных
приводов необходимо выбирать только двигатели высокого класса.
Двигатели более низкого класса характеризуются сильным искрением
щеток и создают значительные помехи.
Если все указанные меры не помогают, следует применить помехо-
защиту иного типа. Заметим, что на двигателях с металлическим кожу-
хом устранять помехи легче, чем на таких же двигателях в сплошном
пластмассовом корпусе. В большинстве случаев хорошие 'результаты
дает следующая схема (рис. 36, а): коллекторные выводы двигателя
Двигатель
® - отверстие, положение и + -
диаметр которого зависят Ходовой
от типа двигателя аккумулятор
Рис. 36. Фильтр подавления помех: а - .принципиальная схема; б -
печатная плата; в — схема расположения элементов на плате.
55
Рис. 37. Вариант конструкции фильтра подавления
помех.
шунтируются керамическим конденсатором
(емкостью 47 нФ) и одновременно с по-
мощью двух керамических конденсаторов
(емкостью 10 нФ) соединяются с корпусом
(металлическим кожухом). Таким обра-
зом, источник паразитного излучения как
бы замыкается накоротко. Для подавления
остатков помех, излучаемых проводами,
напряжение питания следует подавать через
дроссели, которые должны представлять собой допустимую нагрузку для
номинального тока. Все Дровода, идущие к двигателю, должны быть по
возможности короткими. Вся эта схема подавления паразитных излучений
носит название фильтра помех. Фильтр помех монтируется на отдельной
плате (рис. 36, б, в) и припаивается к выводам двигателя.
Плату для фильтра помех будем изготовлять опять-таки способом
срезания с пластинки медной фольги. Длина токопровода получается
при этом минимальной, что способствует повышению эффективности
подавления помех. Для малых двигателей с номинальным током до 1 А
в качестве дросселей можно использовать имеющиеся в продаже УКВ-дрос-
сели (10 или 20 мкГн). При номинальных токах, превышающих 1 А,
дроссели изготовляются самими моделистами из. ферритового сердечни-
ка с четырьмя или шестью продольными высверленными отверстиями,
через,- которые многократно продевается медный лакированный провод
(0,5—0,7 мм). Вариант конструкции фильтра помех представлен на
рис. 37.
Если несмотря на все меры устройство дистанционного управления
все же продолжает создавать помехи, то при определенных условиях их
можно ослабить путем уменьшения нагрузки (замены судового винта
на другой, меньшего диаметра или с меньшим шагом) и выбора соответ-
ствующего режима работы двигателя (напряжение питания не должно
превышать номинальное).
Мы знакомимся с первым
полупроводниковым элементом —
диодом-выпрямителем
В последние годы достигнуты колоссальные успехи в развитии полу-
проводниковой техники. Использование полупроводниковых элементов
позволяет нам самостоятельно мастерить весьма экономичные, надежные
в работе модели с дистанционным управлением. В рамках этой книги из
всего множества полупроводниковых элементов мы познакомимся
поближе лишь с двумя: диодом и транзистором.
56
Механизм проводимости Прежде всего поясним само понятие — полу-
в полупроводниках проводник. Нам знакомы уже материалы,
резко отличающиеся друг от друга по прово-
димости: медь (как проводник с весьма незначительным электрическим
сопротивлением), уголь или высокоомный провод (как материал для из-
готовления резисторов) и различные пластмассы (как изоляционный
материал, обладающий очень высоким электрическим сопротивлением).
Полупроводник занимает место между проводником и изолятором (ди-
электриком). В некоторых условиях он ведет себя как проводник, при
других обстоятельствах - как диэлектрик. Чем же это объясняется? Ис*
ходным материалом для полупроводниковых диодов служат почти ис-
ключительно германий (Ge) и кремний (Si). Из курсов физики и химии
нам знакомо строение атома. Мы знаем, что атом состоит из положитель-
но заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, вращающих-
ся вокруг ядра по стабильным орбитам. Электронная оболочка атома
германия состоит из 32 электронов, четыре из которых вращаются по его
внешней орбите (рис. 38, а). Именно эти четыре электрона, называемые
валентными, существенным образом определяют его свойства. Атом
германия стремится приобрести устойчивую структуру, присущую ато-
мам инертных газов и отличающуюся тем, что на внешней их орбите
находится всегда строго определенное число электронов (например,
2, 8, 18 и т. д.), Таким образом, для приобретения подобной структуры
атому германия потребовалось бы принять на внешнюю орбиту еще четыре
электрона. Практически это осуществляется за счет того, что каждый
валентный электрон объединяется в электронную пару с валентным
электроном соседнего атома. Орбита каждого из валентных электронов
становится общей для двух соседних атомов, а сами атомы германия при-
обретают устойчивую структуру, характерную для атомов инертных га-
зов. Связи, возникающие при этом в кристалле германия, называют шрно-
электронными или ковалентными.
Рис. 38. Германий: а — строение атома; б - строение кристаллической решетки
(к пояснению механизма собственной проводимости).
57
Рис. 39. К возникновению примесных центров в кристаллической решет-
ке германия: а - n-германий, легированный сурьмой (Sb) ; б - ^-Герма-
ний, легированный индием (In).
Нас в основном интересуют электрические свойства полупроводни-
ков. Как видно из рис. 38, б, все электроны на внешних орбитах атомов
связаны со своими ядрами; свободных электронов нет. Такой кристалл
ведет себя электрически как изолятор (диэлектрик). Под воздействием
окружающей температуры атомы в узлах кристаллической решетки бу-
дут колебаться относительно положения покоя. В силу различных обсто-
ятельств отдельные электроны время от времени могут отрываться от
„своего” атома и свободно перемещаться в кристалле. В том месте, отку-
да ушел валентный электрон и где, следовательно, теперь недостает отри-
цательного заряда, образуется положительный пространственный заряд,
именуемый дыркой. Такая дырка может быть заполнена электроном с
внешней орбиты соседнего атома, в результате чего этот атом также при-
а) Граничный
слой
п-германий
р- германий
5)
I Платность
7///////^
Плотность
узлектроной
Рис. 40. К рассмотрению физических процессов в р-п-переходе: а - положение
граничного слоя; б - изменение плотности носителей заряда; в - изменение
пространственного заряда и потенциала.
58
обретает положительный заряд. Так эстафетным порядком дырка может
хаотично перемещаться по всему кристаллу. Если к кристаллу приложить
электрическое напряжение, то свободные электроны потекут к положи-
тельному полюсу, а дырки (в таком же количестве) — к отрицательному.
Для нас важно знать, что электрическая проводимость полупроводника
в равной мере определяется как электронами (носителями отрицатель-
ного заряда), так и дырками (носителями положительного заряда). С
ростом температуры собственная проводимость кристалла (электрическая
проводимость беспримесного вещества) все более возрастает. При низких
температурах германий ведет себя как диэлектрик, при высоких — как
электрический проводник.
Однако на электропроводность германия можно влиять и иным
путем. В узлы кристаллической решетки внедряют в качестве примес-
ных посторонние атомы (этот процесс носит название легирования),
имеющие пять или три валентных электрона, Примеси с тремя валентными
электронами называют акцепторами, с пятью — донорами. Но ведь для
образования ковалентных связей требуются, как указывалось выше,
четыре валентных электрона. Поэтому в зависимости от типа примесей в
кристалле образуются либо дополнительные электроны проводимости,
либо дырки (рис. 39), число и подвижность которых уже при комнатной
температуре весьма значительны. Таким образом, электрическая прово-
димость германия в результате легирования существенно возрастает.
Германий с избыточными электронами проводимости называют п-герма-
нием, с избыточными дырками — р-германием. Электрическая проводи-
мость р-германия определяется дырками, поэтому их называют здесь
основными носителями заряда, а электроны проводимости - неосновны-
ми. В п-германии — наоборот.
Рассмотрим, какие физические процессы происходят при контакте
двух полупроводников с различным типом проводимости, или, как го-
ворят, в р-п-переходе (рис. 40).
При контакте плоских шлифов /> и n-германия образуется граничный
слой, в котором носители отрицательного и положительного зарядов
оказывают взаимное влияние друг на друга. Вследствие диффузии носи-
телей заряда в ^-области возникает положительный, а в р-области — отри-
цательный пространственный заряд (рис. 40, в). Разность потенциалов
между п- и p-областями носит название контактной разности потенциалов
(у германия ~0,25 В) .
Стоит приложить к переходу электрическое напряжение, как равно-
весие в граничном слое сразу нарушается. На рис. 41, а приложенное
напряжение направлено навстречу контактной разности потенциалов.
Оно способствует притеканию основных носителей заряда в граничный
слой. Благодаря этому контактная разность потенциалов уменьшается
и граничный слой становится очень узким (незначительное электричес-
кое сопротивление). Переход оказывается включенным в пропускном
направлении; через него протекает большой ток.
При изменении полярности приложенного напряжения (рис. 41, б)
основные носители начинают отсасываться из контактного слоя. Возни-
кает высокий потенциальный барьер, преодолеть который основные
59
“)
В)
Узкий 'граничный
слои
Прямой ток
Понижение потенци-
Дццного барьера
п-германии
Расширенный
граничный слой
' р-германий
Обратный ток
I I I
Повышение потенциаль-
'ного барьера
Рис. 41. К рассмотрению физических процессов в р-п-переходе при приложении
напряжения: а - в пропускном направлении; б - в запорном направлении.
носители практически не в состоянии (высокое электрическое сопро-
тивление). Переход оказывается включенным в запорном направлении.
К неосновным носителям (электроны проводимости в p-области и дырки
в ^области) сказанное не относится. Их прохождению через граничный
слой приложенное напряжение не препятствует. Возникает ток неоснов-
ных носителей, называемый обратным током. Поскольку концентрация
неосновных носителей значительно ниже, чем основных, обратный ток
существенно меньше прямого. Поэтому говорят, что р-п-переход облада-
ет выпрямляющим эффектом.
Теперь дадим определение, что же такое полупроводниковый диод.
Полупроводниковыми диодами называются приборы, основанные
на использовании выпрямительного эффекта германиевого (или крем-
ниевого) р-п-перехода и включающие в себя один такой переход или це-
лую их комбинацию.
Мы снимаем Как уже говорилось выше, диоды ведут се-
характеристики диодов бя по.разному в зависимости от того, в про-
пускном или запорном направлении вклю-
чен р- n-переход. Поэтому для исследования их свойств будем пользовать-
ся двумя различными схемами. Прежде всего остановимся на особеннос-
тях самих измерительных схем. В схеме для снятия характеристики
в пропускном направлении (его называют также прямым) , приведенной
на рис. 42, а, амперметр измеряет сумму прямого тока и тока, протекаю-
щего через вольтметр. Будем называть эту схему схемой с погрешностью
по току, поскольку при измерении тока в данном случае заведомо будет
допущена ошибка. Неточность измерения, правда, весьма незначительна,
так как ток через вольтметр очень мал, около 50 мкА, тогда как измеря-
емый ток составляет от 1 до 10 мА. Если вольтметр включить до ампер-
60
Рис. 42. Схемы для снятия вольт-амперных характеристик диодов: а - в
пропускном направлении; б - в запорном направлении.
А — анод; К — катод.
метра, то он будет показывать сумму падений напряжений на диоде и на
амперметре. В этом случае мы имеем дело со схемой с погрешностью
по напряжению. При напряжениях 0,2—0,7 В погрешность измерения
окажется значительно больше (на амперметре падает ~0,2 В), чем в слу-
чае схемы с погрешностью по току. Таким образом, перед каждым изме-
рением необходимо сперва выбрать способ измерения. При снятии харак-
теристики в запорном направлении (его называют также обратным)
выгоднее применять схему с погрешностью по напряжению (рис. 42, б) :
ток через диод будет в этом случае того же порядка, что и ток через
вольтметр.
Снимем сначала характеристику в прямом направлении. Подводимое
напряжение будем изменять с таким расчетом, чтобы измеряемые значе-
ния тока укладывались в диапазон от 0 до 10 мА. В соответствии с резуль-
татами измерений построим график. Во втором опыте снимем характерис-
тику в обратном направлении. Оказывается, что даже если напряжение
в обратном направлении будет во много раз превышать напряжение в пря-
мом направлении, ток через диод будет существенно меньше. У германие-
вых диодов он составляет несколько микроампер, а у кремниевых нас-
только мал (наноамперы), что измерить его нашим авометром просто
невозможно. С целью наглядного графического представления прямого
и обратного токов выберем для них разные масштабы.
Характеристика (рис. 43) подтверждает наши соображения о прин-
ципе действия диода. В пропускном направлении уже при сравнительно
небольших напряжениях С„р через диод течет весь прямой ток /пр, в
запорном же направлении даже при значительно более высоких напряже-
ниях /7обр — лишь едва заметный обратный ток / обр, сила которого
зависит исключительно от собственной проводимости кристалла. Стоит
коснуться диода пальцем, как тепло руки вызовет уже заметное прира-
щение обратного тока. Повышая обратное напряжение до значений, пре-
восходящих указанное в паспорте максимально допустимое (у диода
GA 100 <обр = 20 В), замечаем, что ток в запорном направлении резко
возрастает (штриховая часть характеристики). Это происходит из-за того,
что под действием сильного электрического поля носители зарядов вы-
рываются в запорном слое из кристаллических связей. Собственная про-
водимость растет при этом лавинообразно. Данное явление называют
электрическим пробоем; оно используется в специальных диодах (ста-
билитронах) .
61
Рис. 43. Вольт-амперная характеристика
германиевого диода GA 100.
Зависимость токов от температу-
ры и электрический пробой — в ди-
одах явления нежелательные, посколь
ку ток должен по возможности
протекать только в одном направле-
5 нии. По сравнению с германиевыми
диодами в кремниевых оба эти явле-
ния выражены существенно слабее
(меньше обратный ток и слабее
зависимость его от температуры, бо-
лее высокие напряжения пробоя). Это
объясняется специфическими свойствами кремния как полупроводни-
кового вещества. Для сравнения диодов, изготовленных из германия и
кремния, снимем вольт-амперную характеристику кремниевого диода в
пропускном направлении. Для получения характеристики этого диода в
запорном направлении у нас нет измерительного прибора (амперметра с
наноамперной шкалой).
В процессе опытов мы видим, что у различных диодов одного и то-
го же типа численные значения измеренных величин различаются между
собой. Это типичное свойство полупроводниковых элементов, параметры
и характеристики которых имеют разброс в пределах некоторого опре-
деленного диапазона. Для наших целей важно знать лишь то, что характе-
ристики всех экземпляров диодов какого-либо определенного типа одно-
родны и что разброс их параметров не выходит за допустимые пределы.
Что еще мы должны Из предыдущего изложения мы уже знаем,
знать о диодах какие из параметров важны для эксплуатации
диодов. В паспортных данных в качестве
важнейших приводятся следующие параметры:
Lnp — падение напряжения в прямом направлении для определенного
значения прямого тока;
/пр — прямой ток при напряжении 1 В;
(обр — обратное напряжение для определенного значения обратного
тока;
^обр ~ обратный ток при обратном напряжении 50 В.
Весьма важны также и предельно допустимые эксплуатационные
данные, которые ни в коем случае не могут быть превышены (см. прило-
жение 4):
обр max — максимальное обратное напряжение (при превышении
его запорный слой разрушается вследствие электрического пробоя):
/пр max - максимальное значение выпрямленного тока (при превы-
шении его диод разрушается из-за сильного перегрева);
/'max — полная мощность потерь.
62
Рис. 44. Конструкция диодов: а - германиевого точечного; б - герма-
ниевого плоскостного; в — кремниевого планарного.
/ — цветное кольцо: 2 — кристалл германия; 3 — контактная пружи-
на; 4 — стекло; 5 — анодный вывод; 6— катодный вывод; 7 — анод;
8 — кристалл кремния.
Все эти данные относятся к определенной температуре окружающей
среды (чаще всего 25°С). Остальные параметры имеют для нас лишь
второстепенное значение.
Познакомимся теперь поближе с диодами различных типов и осо-
бенностями их применения (рис. 44 и 45).
У точечных диодов острие вольфрамовой пружинки (анод) касается
кристалла n-германия (катода), в результате чего в кристалле вокруг
этого острия образуется запорный слой. Для защиты от механических
повреждений эта система запаивается в стеклянную трубочку. Катодный
вывод помечается кольцом (чаще всего цветным). Германиевые диоды,
выпускаемые в ГДР, обозначаются буквами GA и числом*.
Полупроводниковые точечные диоды с успехом можно применять
в высокочастотных выпрямителях (в качестве детекторов).
Рис. 45. Типы диодов: а - кремниевый переключательный диод
в пластмассовом корпусе; б - кремниевый выпрямительный
диод; в - кремниевый стабилитрон.
*Все диоды, выпускаемые в СССР, обозначаются буквой Д и числом, по кото-
рому можно определить тип диода и узнать, из какого материала он изготовлен. Так,
точечные германиевые диоды имеют числа от 0 до 100, кремниевые - от 101 до 200.
63
1Вт
Рис. 46. Схема для эксперимента со стабилитроном.
В тех случаях, когда требуется обеспечить протекание сильных токов,
следует применять плоскостные диоды со значительно большей поверх-
ностью запорного слоя, чем у точечных диодов (иначе они были бы раз-
рушены от перегревания). Такие диоды изготовляют, например, путем
вплавления в кристалл германия с электронной проводимостью таблет-
ки индия. Атомы индия проникают в кристалл и образуют в нем зону
с дырочной проводимостью. На границе р-и-перехода образуется запорный
слой. В зависимости от мощности потерь существуют различные конструк-
тивные варианты таких диодов в стеклянном или пластмассовом корпу-
се. У диодов, рассчитанных на большие мощности потерь, корпус метал-
лический (большей частью с нарезным штифтом, на который можно на-
винчивать радиатор для отвода тепла).
В настоящее время плоскостные диоды все больше изготовляют из
кремния путем диффузии, вследствие чего их эксплуатационные характе-
ристики существенно выше, чем у германиевых, которых они постепенно
вытесняют.
Особой разновидностью кремниевых плоскостных диодов являются
планарные диоды, высоконадежные и сравнительно недорогие. На
рис. 43 представлена характеристика планарного диода, демонстрирующая
типичные для него свойства. Таким свойством является, например, резкий
рост обратного тока при превышении допустимого значения обратного
напряжения. Особенно заметно проявляется это свойство у стабилитро-
нов, которые применяют главным образом для стабилизации напряжения,
а также для получения опорных напряжений.
Принцип действия схемы стабилизации поясним с помощью неслож-
ного опыта. Соберем на экспериментальной плате схему, изображенную
на рис. 46. Если входное напряжение Гвх повышать с помощью потенцио-
метра от 0 до 13,5 В, то выходное напряжение С/вых будет повышаться
в той же степени вплоть до значения 6,8 В, а дальше останется постоян-
ным. Таким образом, мы видим, что эффект стабилизации наступает
лишь при некотором пороговом напряжении Гвх = Ист, но зато при даль-
нейшем достаточно значительном повышении напряжения действие стаби-
лизации сохраняется. Для электронных приборов весьма важно, чтобы
напряжение питания (в нашем примере 1УВЫХ) сохранялось постоянным
даже при ’ подсевших батареях. Если в случае понижения входного на-
64
пряжения /кх (из-за постепенного разряда источника питания) падение
напряжения Ur бал на балластном резисторе Ябал будет соответственно
уменьшаться, то 1/вых может остаться постоянным. Для достижения это-
го эффекта должен уменьшиться ток /вх, а следовательно, и ток /ст через
стабилитрон. Из этих рассуждений можно сделать вывод, что стабилиза-
ция успешно действует лишь в некотором определенном диапазоне изме-
нения напряжения. Она тем лучше, чем большее значение UBX мы можем
выбрать по сравнению с UBblx.
В случае, если оба напряжения LBX и /ВЫх заданы, остается изменять
лишь величину Кбал, а именно таким образом, чтобы ток /вх стал больше,
чем /Вых выбирают по возможности малым). С другой стороны,
необходим»’ следить и за тем, чтобы мощность потерь стабилизатора не
превысила допустимую. Поэтому Ябал не может быть очень малым:
R = U** таХ ~ ^ВЬ1Х
ябал min f ,
7 ст max + 7вых ГЦД*
Однако ддя достижения эффекта стабилизации через стабилитрон
в области пробоя должен протекать некоторый определенный ток. Поэ-
тому /^бал не может быть и слишком большим:
Uy - - и
R = вх тш вых
пбал max г + j
1 ст min + вых max
Для расчета воспользуемся паспортным значением /ст max, тогда ток
7стгтп найдем., считая, что он составляет 5—10% от /Сттах
При выборе подходящего стабилитрона особое внимание нужно
обратить на допустимую мощность потерь. Работать в режиме, грани-
чащем с критическим, не следует, поскольку большие токи через диод
вызывают сильное его нагревание, а это в свою очередь ведет к изменению
напряжения пробоя. Для достижения хорошего эффекта стабилизации
рекомендуется входное напряжение выбирать по крайней мере вдвое
большим, чем стабилизированное.
Чтобы лучше уяснить все эти рассуждения, произведем несложный
расчет.
Пример. Дано: L/BXmax= 13,5 В (новая батарея); Ц,хтт = 9 В
(истощенная батарея); 1/вых = 6,8 В; /вых = 5 мА.
Выбираем стабилитрон SZX 18/6,8 с параметрами UCT = 6,8 В и Ртах =
= 250 мВт.
Получаем
Ртах 250 мВт
7ст max =----”=----------= 36,8 мА;
ст max 6,8 В
R У™ max ~ _ 13,5 В - 6,8 В 6,7 В
^сттах-1»ых min 36,8 мА + 5 мА 41,8 мА
= 160 Ом;
65
I в x m in ^в ы x
^бал max j _ j
1 ст max ~ 'вых max
9,0 В - 6,8 В 2,2 В
-----------------=---------- 253 Ом.
3,7 мА + 5 мА 8,7 мА
Выбираем в качестве Ябал резистор сопротивлением 220 Ом.
В заключение выясним, как работает выпрямитель зарядного при-
бора (см. рис. 29, а). Для заряда аккумулятора необходимо постоянное
напряжение примерно такого же значения, что и напряжение на его зажи-
мах. Получают такое постоянное напряжение путем выпрямления снимае-
мого с трансформатора низкого переменного. Рассмотрим этот процесс
более подробно.
Если трансформатор, напряжение на вторичной обмотке которого
U2 = 25 В, нагрузить на резистор, например с сопротивлением 2,4 кОм
1/2 25 В
(рис. 47, а), то через него потечет ток I = ----= --------=10 мА
R 2,4 кОм
\Дг! Z*
Рис. 47. К рассмотрению принципа работы выпрямителя: а трансформатор,
нагруженный на резистор, и переменное напряжение на нагрузочном ре-
зисторе; б - однополупериодный выпрямитель и выпрямленное напряжение
на нагрузочном резисторе; в двухполупериодный выпрямитель (схема
Греца) и выпрямленное напряжение на нагрузочном резисторе при выклю-
чении зарядного конденсатора.
66
Рис. 48. Типы транзисторов: а - транзисторы в пластмассовом
корпусе; б транзисторы в металлическом корпусе; в мощные
транзисторы в пластмассовом корпусе; г - мощный транзистор
в металлическом корпусе.
Включив между этим резистором и трансформатором диодД, например
SY 200 (рис. 47, б), увидим, что он действует на протекающий ток как
вентиль. Мы знаем уже, что ток через диод может беспрепятственно про-
текать только в одном направлении. Отрицательная полуволна напряже-
ния отсекается. Это отчетливо обнаруживается на графике изменения
падения напряжения на резисторе R. Таким образом, мы уже получим
выпрямленное напряжение, постоянное по направлению. Однако значение
его, к сожалению, далеко не постоянно во времени. Такое напряжение на-
зывают пульсирующим. Этот недостаток устраняется с помощь’к) особой
схемы из четырех диодов — схемы Греца (рис. 47, в). Из графика видно,
что у выпрямителей данного типа вторая полуволна также используется
для получения постоянного напряжения, в результате чего пульсация
существенно уменьшается. Процесс выпрямления в такой схеме кратко
можно пояснить следующим образом. При положительной полуволне
ток протекает по цепи: обмотка трансформатора, Д3, R, Д2 и вновь
попадает в обмотку. Диоды Дг и Д4 при этом заперты. При отрицатель-
ной полуволне ток течет через Д$, R причем через R он течет в том
же направлении, что и в первом случае. Диоды Д2 и Д3 в это время за-
перты.
Транзистор — наш усилительный
элемент
Транзистор — второй полупроводниковый прибор из рассматриваемых
в данной книге (рис. 48). Этот прибор за очень короткое время получил
широкое распространение, а в приборах с дистанционным управлением,
например, полностью вытеснил электронные Лампы. Объясняется это
прежде дсего тем, что транзистор работает при низких напряжениях
67
база
(б)
Эмиттер)
(р-зона)
базовый
вывод
Индий
Кристалл
германия
Коллектор
(р-зона)
Индий
р-зона п-зона р-зона
10-кратное
увеличение
Граница
раздела
Рис. 49. Структура и схемное обозначение германиевого плоскостного
р- п р-транзистора.
оллектор
(К)
Эмиттер
(3)
Эмиттер база Коллектор
питания (1,5—15 В) , не требует накала (а значит, и расхода мощности на
него), обладает малыми габаритными размерами и массой и отличается
высокой работоспособностью в течение длительного времени, вследствие
чего транзисторные схемы значительно экономичнее ламповых. Познако-
мимся более подробно с устройством и принципом работы транзистора.
Обратимся вновь к рис. 40, на котором показана структура плоскостного
диода с р-п-переходом. Если в германиевый кристалл плоскостного
диода вплавить с противоположной р— «-переходу стороны еще одну
индиевую таблетку (в соответствии со схемой, показанной на рис. 49),
то получится структура с чередованием />, п- и p-зон и двумя граничными
слоями (переходами). Эти три зоны носят название: эмиттер, база и кол-
лектор. Именно таким путем получаются плоскостные р— п—^транзис-
торы.
Мы видим, что плоскостной транзистор — близкий родственник
плоскостного диода. Поэтому при разъяснении переходных процессов
в нем мы можем воспользоваться сведениями, полученными при зна-
комстве с диодами. Для последующего рассмотрения представим себе
р~п—р-транзистор так, как это показано на схематическом разрезе
(рис. 50, а). Сперва подключим мысленно коллектор к отрицательному,
а эмиттер — к положительному полюсу источника постоянного напряже-
ния. Поскольку в транзисторе имеет 'место чередование р-, п- и р-зон,
процессы в граничном слое С2 между базой и коллектором аналогичны
в принципе процессам в диоде, включенном в запорном направлении,
тогда как граничный слой Gt между базой и эмиттером аналогичен диоду,
включенному в пропускном направлении. Но если это так, то через кол-
лекторный переход может протекать дишь относительно небольшой об-
ратный ток порядка нескольких микроампер. Сила этого тока определя-
ется главным образом температурой окружающей среды, в связи с чем
его называют тепловым (неуправляемым) током и обозначают /к0. В
этом отношении транзистор практически не отличается по своим свойст-
68
Рис. 50. р-п -р-транзистор: а - к объ-
яснению процесса проводимости; б -
изменение потенциала.
вам от диода. Совсем иная кар-
тина получается, если между ба-
зой и эмиттером включить доба-
вочно источник напряжения, про-
тивоположного напряжению кол-
лекторной батареи. Поясним по-
ведение транзистора в этом слу-
чае с помощью схемы проводи-
мости (рис. 50, а) и диаграм-
мы распределения потенциалов
(рис. 50, б). На диаграмме штри-
ховой линией показано распреде-
ление потенциалов при отсутст-
вии внешних смещающих напря-
жений. Видны два перепада по-
тенциалов в граничных слоях
и 62. При подключении
коллекторного и эмиттерного
напряжений разность потенциа-
лов между базой и эмиттером
понизится на величину (7бэ и
приобретет значение <рэ < <рэ'. Та-
ким образом, граничный слой
Ол окажется включенным в пропускном направлении. Уже при достаточ-
но небольших значениях U§3 через переход может протекать большой ток
/э. Разность потенциалов между базой и коллектором, напротив, ста-
новится больше на величину приложенного напряжения £/бк, так что гра-
ничный слой G2 оказывается включенным в запорном направлении.
Попадая через открытый переход из эмиттера в базу (из-за пони-
женного потенциального барьера это легко осуществляется уже при
весьма небольших значениях напряжения (7бэ), дырки оказываются там
под воздействием сильного поля граничного слоя 62. В основной своей
массе они увлекаются к коллекторному переходу. Небольшая их часть
рекомбинирует в базе с электронами, образуя базовый ток /б. Под воздей-
ствием напряжения дырки сильно разгоняются. При этом они приобретают
столь большую энергию, что способны преодолевать во внешнем контуре
значительное сопротивление. Поскольку коллектор улавливает лишь
те дырки, что вошли из эмиттера в базу благодаря приложенному напря-
жению (7бэ, мы получаем, таким образом, возможность управлять коллек-
торным током с помощью напряжения (7бэ (или тока /б).
Какие выгоды это сулит нам? В зависимости от типа и экземпляра
транзистора в базе рекрмбинируют около 2% (а то и менее) носителей
заряда. Но это означает, что базовый ток /б составляет всего 2% (и менее)
69
от тока коллектора /к. Эмиттерный переход включен в пропускном
направлении, значит, для управления коллекторным током нужна лишь
небольшая мощность. Напряжение, приложенное к запертому коллектор-
ному переходу, больше напряжения, отпирающего эмиттерный переход.
Таким образом, с помощью малой входной мощности Рэ = управ-
ляют большой выходной мощностьюРвых = /КРКЭ, где 1>кэ - напряжение
между коллектором и эмиттером. Это свойство транзистора называют
усилением. Таким образом, ясно, для чего мы будем применять транзис-
тор. Для нас он является тем самым элементом, с помощью которого
можно решить почти все задачи усиления в технике дистанционного уп-
равления. Остается добавить, что рассмотренный механизм токопрохож-
дения остается полностью справедливым и для случая и—р— п-транзисто-
ров, если только изменить полярность источников приложенных напряже-
ний. Оба типа транзисторов будут в равной мере встречаться в наших
схемах (иногда даже в одной и той же схеме).
Мы экспериментируем Для лучшего уяснения эксплуатационных
с транзисторами свойств транзистора снимем уже известным
способом его характеристики. Для этого
соберем схему в соответствии с рис. 51. В качестве переменного резисто-
ра возьмем углеродистый тонкослойный потенциометр (2 Вт) . Базовое
напряжение получим от плоской батареи, коллекторное напряжение
Рк — от шести круглых батарей (по 1,5 В). Для измерения токов восполь-
зуемся двумя авометрами. Изобразим характеристики в виде графиков,
подобных представленным на рис. 52.
Учтем также еще одно обстоятельство. Мы уже знаем, что полупро-
водники чувствительны к температуре. В процессе работы транзистора
выделяется много тепла, что может привести к разрушению транзистора.
Поэтому заводом-изготовителем даются паспортные значения допустимой
полной мощности потерь Ртах или допустимой максимальной температу-
ры перехода. У транзистора GC 122 при 20° С мощность потерь составляет
^120 мВт. Отводя возникающее тепло с помощью радиатора (высота
h = 9 мм; диаметр <7= 10 мм) можно довести мощность потерь до
200 мВт, откуда видно, какую большую роль играет в транзисторных
схемах охлаждение.
Из сказанного следует, что для предотвращения выхода транзистора
из строя ни в коем случае нельзя превышать допустимых значений мощ-
ности потерь Рдоп- Наибольшая доля общей мощности потерь падает
на мощность, рассеиваемую коллектором, Рк. Поэтому мощностью
потерь в эмиттере можно пре-
небречь и полагать Р = Рк. Вели-
чина Рк определяется по фор-
муле Рк = IKUK3. Зная Рк, при
изменении С'кэ от 1,5 до 9 В на-
Рис. 51. Схема для снятия харак-
теристик транзистора.
70
Рис. 52. Семейство характеристик
транзистора GC 122.
ходим соответствующие значе-
ния токов и строим точки на
координатной плоскости (см.
рис. 52). Соединяя эти точки,
получаем кривую, называемую
гиперболой мощности потерь
(штрих-пунктирная кривая). Ра-
бота вне области, ограниченной
этой гиперболой, исключается.
При снятии транзисторных вы-
ходных характеристик /к =/(Ц<э) при = const будем поступать следу-
ющим образом: установим потенциометром значение базового тока
~ 0,1 мА. Затек* измерим коЛлОКэорйыи Тогч для значении Скэ 1,5,
3; . . . ; 9 В. Нанеся значения /к и 1КЭ на координатную плоскость и со-
единив соответствующие точки кривой, получим выходную характеристи-
ку для тока базы 0,1 мА. Последующие характеристики семейства полу-
чим таким же путем для базовых токов 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5 мА.
Снимая характеристики, мы убеждаемся, что они в большей или меньшей
мере отличаются от представленных на рис. 52. Характеристику /к =
= f(Io) при Скэ = const получим путем переноса соответствующих точек
с характеристик ^к“/(^бэ)-
Прежде чем перейти непосредственно к усилительным схемам, позна-
комимся еще с двумя параметрами транзисторов. Первый из них — оста-
точный ток коллектора. Измеряют его по той же самой схеме, приведен-
ной на рис. 51, установив -коллекторное напряжение равным 6 В и отклю-
чив базу от потенциометра. Протекающий при этом остаточный ток /кэ0
не должен превышать 100 мкА. Если он окажется больше или будет рас-
ти во время измерений, то транзистор для целей усиления непригоден.
Второй весьма важный параметр определим с помощью характерис-
тики /к =f (1б). Для этой цели выделим на ней участок между двумя
значениями /б и определим крутизну характеристики. Эта крутизна бу-
дет не чем иным, как коэффициентом усиления по току при коротком
замыкании входной цепи, который часто называется также коэффициен-
том усиления по току в схеме с общим эмиттером /3 (или h 2i) :
(3 = -JS-
В соответствии с характеристиками (см. рис. 52) , получим
7 мА
(3 =------70.
0,1 мА
71
Параметр 0 является коэффициентом усиления малых сигналов
в отличие от коэффициента усиления больших сигналов В, равного
„ 7к ~ ^кэ О
п -
Для испытуемого транзистора при (/кэ = 3 В; /Кэо=0,05 мА; /к =
= 14,5 мА; 1б = 0,2 мА
14,5 мА — 0,05 мА 14,45 мА
В =------------------------=----------= 72.
0,2 мА 0,2 мА
Таким образом, видим, что разница между В и 0 ничтожна.
При усилении малых сигналов транзистор работает в таком режиме,
что используется лишь небольшая часть рабочего диапазона его характе-
ристик. С усилением малых сигналов мы будем встречаться, как правило,
в приемных устройствах. Для решения этой задачи необходимы транзис-
торы с высокими усилительными свойствами во всем диапазоне рабочих
частот. Мощность потерь, а следовательно, и саморазогрев у таких тран-
зисторов должны быть незначительными.
В отличие от этого при усилении больших сигналов значения входных
и выходных напряжений и токов сравнимы со значениями напряжений
и токов используемых рабочих диапазонов. Особенно внимательно надо
следить за тем, чтобы не превышалась максимально допустимая мощность
потерь в пределах всего рабочего диапазона частот. С усилением больших
сигналов связана работа оконечных каскадов передатчика системы дистан-
ционного управления. Усиление больших сигналов мы должны обеспечить
сами, причем по возможности простыми средствами. При дальнейшем
рассмотрении мы всегда должны ориентироваться на коэффициент усиле-
ния по току В. Именно он является для нас критерием качества транзис-
тора. Чем больше В, тем большее усиление можно получить от схемы.
Теперь нам предстоит построить прибор, с помощью которого можно
определить коэффициент усиления по току В.
Мы строим прибор для С помощью этого прибора возможно грубое
проверки транзисторов измерение коэффициента усиления по току
и коллекторного тока р—п—р~и п—р— п-тран-
зисторов. Кроме того, с его помощью можно проверять диоды и электро-
литические конденсаторы.
Прибор будем строить по схеме, приведенной на рис. 53. Готовое
устройство показано на рис. 54. Переключая батарею и измерительный
прибор, можно в равной мере производить измерения параметров как
р-л—р ,так и и—р—п-транзисторов. С учетом того, что у некоторых типов
транзисторов цоколевка имеет структуру не э—б—к, как обычно, а
б—к—э, в приборе должны быть предусмотрены транзисторные панели
обоих вариантов. Для измерений воспользуемся авометром. Стоит вста-
вить транзистор в панель, и стрелка прибора отклонится: мы измерим
остаточный ток, который, как уже говорилось выше, не должен превы-
72
P-TL-P
Пропускное
направление
n-p-n I
Запорное
направление
Рис. 53. Схема прибора для проверки
транзисторов.
Рис. 54. Монтаж прибора для проверки
транзисторов (вид изнутри).
На этой схеме и далее сопротивления
резисторов от 0 до 999 Ом даются без
указания единиц измерения, от 10
до 999 • 103 Ом — в килоомах с обозна-
чением единицы измерения буквой „к”.
шать 0,1 мА. У кремниевых тран-
зисторов остаточный ток имеет
порядок нескольких наноампер.
Стрелка нашего прибора при столь
малом токе может и не отклониться
Для измерения коэффициента усиления по току через балластное сопро-
тивление RY или R2 следует пропустить определенный, известный заранее
базовый ток 1б, тогда с учетом отношения IK/Z6 мы сможем проградуиро-
вать шкалу для непосредственного отсчета параметра В. Рассчитаем при-
бор для проверки транзисторов на два диапазона с верхними пределами
В, равными соответственно 100 и 500, чтобы можно было проверять
и транзисторы с очень большими коэффициентами усиления (кремние-
вые). В силу того, что 1кэ0 (порядка 5 мкА) значительно меньше, чем
/к (порядка 10 мА) , пренебрежем величиной /кэ0. Тогда
При В = 100 и /к =10 мА базовый ток должен быть равен
L. 10 мА
16 =-----= <-------=0,1 мА.
° 100 100
Этот ток устанавливается с помощью резистора в цепи базы, сопротивле-
ние которого рассчитаем, зная напряжение, падающее на этом резисторе,
Urg = Uo - Цбэ (U) - напряжение на зажимах, СУбэ — напряжение между
базой и эмиттером) и базовый ток /б. Предполагая, что (7бэ =0,5 В, полу-
чим
Ц, -
6" I
Л6
4,5 В - 0,5 В
--------------= 40 кОм.
0,1 мА
73
Выберем по шкале номиналов резистор с ближайшим к значением
сопротивления — 39 кОм.
Аналогично рассчитаем значение сопротивления в цепи базы для
В = 500.
Следующей нашей задачей является получение от транзистора эффек-
та усиления. Электрические сигналы приходят в форме электрических
колебаний, т. е. переменного напряжения, которое должно быть усилено.
Каким же образом это осуществить? Известно, что с помощью малого
тока базы можно управлять значительно большим током коллектора,
добиваясь таким образом усиления по току. Для того чтобы достичь
при этом усиления по напряжению, усиленный ток следует пустить через
резистор. Включим резистор в коллекторную цепь схемы, приведенной
на рис. 51. Тогда на этом коллекторном сопротивлении Кк будет падать
напряжение Ск=/к^к- Назовем Кк нагрузочным сопротивлением и,
задавшись его значением, равным 470 Ом, рассмотрим, как ведет себя
транзистор, нагруженнный на это сопротивление. Исходить при этом бу-
дем из двух предельных случаев:
1. Если транзистор заперт, его сопротивление велико по сравнению с
RK. Напряжение питания Ек = 9 В практически целиком надает на тран-
зисторе. Мы получаем точку С/кэ = 9 В, /к = 0 и наносим ее на график
(см. рис. 52).
2. Если транзистор проводит, его сопротивление очень мало по сравне-
нию с RK . В предельном случае — в режиме насыщения — оно равно нулю.
Тогда все напряжение питания Ек падает на резисторе RK. Падение напря-
жения на транзисторе равно нулю и через него течет коллекторный ток
насыщения
Точку Скэ = 0, /к = 20 мА также наносим на график. Соединяя обе точки
прямой линией, получаем нагрузочную характеристику. Она пересекает
все кривые семейства выходных характеристик; точка пересечения с
характеристикой, соответствующей заданному /б, называется рабочей
точкой. При изменении тока базы сдвигается и рабочая точка. Выберем
рабочую точку с таким расчетом, чтобы по обе стороны от нее на на-
грузочной характеристике можно было производить одинаковые регу-
лировки. Для этого необходим совершенно определенный ток. В нашем
случае он должен быть несколько больше 0,1 мА.
Транзистор играет Проделаем несложный эксперимент. Соберем
роль усилителя на экспериментальной плате схему в соответ-
ствии с рис. 55. Если движок потенциометра
находится в нижнем положении, то базовый ток отсутствует и мы можем
считать со шкалы миллиамперметра остаточный коллекторный ток /кэ0.
Будем теперь повышать напряжение СГ)). Появится и начнет расти базовый
ток /б. Коллекторный ток также будет расти вплоть до своего максималь-
ного значения 10 мА (коллекторный ток насыщения). Что же касается
74
Рис. 55. К пояснению усилительного
эффекта транзистора.
напряжения (/кз, то оно будет в
это время падать, достигнув под
конец величины ЕКэо~^,5 В.
Во втором опыте установим
с помощью потенциометра Kj
ток базы таким, чтобы Екэ ~
-2 В. Изменяя слегка /б, а значит, и Ебз („покачиванием” оси потенцио-
метра) , видим, что одновременно, но точно в противофазе, изменяется и
1/кэ. С ростом (/бз напряжение LK3 падает, и наоборот. Базовый ток
называют управляющим.
В третьем опыте припаяем вместо К3 проволочную перемычку и сно-
ва будем менять Ij63 с помощью потенциометра Следует соблюдать
осторожность: ток /к не должен превышать 20 мА, иначе транзистору
грозит опасность выйти из строя! С увеличением Сбэ коллекторный ток
/к тоже растет от значения, равного остаточному току, до предельного
значения (режим насыщения), а LK3 остается постоянным, равным 4,5 В.
Из этих трех опытов можно сделать следующие выводы:
1. Желая усилить переменное напряжение, мы должны выбирать ра-
бочую точку по возможности посередине нагрузочной х а -
рак те ристики (это соответствует примерно напряжению Ьк/2) .
В противном случае одна полуволна напряжения оказалась бы усиленной
не полностью.
2. С уменьшением Ббэ растет LK3. Напряжения (/бз и Uo связаны,
таким образом, обратной зависимостью. Для усиливаемого переменного
напряжения это означает, что между 0бэ и кэ возникает фазовый сдвиг,
равный 180°.
3. Если Кк = 0, то изменяется /к, a (кэ остается постоянным. Следо-
вательно, для усиления переменного напряжения в цепь коллектора н е -
обходимо включать нагрузочное сопротивление.
Еще несколько слов относительно выбора Як. Увеличив его значение
вдвое и построив в той же координатной системе новую нагрузочную
характеристику, мы сразу увидим, что она пойдет значительно более по-
лого, чем прежняя. При этом оказывается, что тем же самым отклонениям
напряжения на RK теперь соответствуют меньшие значения тока а зна-
чит, и меньшие затраты мощности. Возникает вопрос: почему бы в таком
случае нам не выбирать Кк как можно большим? Во-первых, потому,
что коллекторный ток при = 00 вообще не потечет, а следовательно,
не будет и падения напряжения L^K. Во-вторых, нам известно, что
транзистор управляется базовым током. Один усилительный каскад
(рис. 56) в большинстве случаев требуемого усиления не обеспечивает,
поэтому к нему приходится подключать последующие усилительные кас-
кады, а это означает, что коллекторный ток /к любого каскада должен
быть по меньшей мере таким, чтобы им можно было управлять работой
последующего каскада. Нам уже известно, что транзистор способен выпол-
75
ивк
Рис. 56. Транзистор как усилитель переменного напряжения (схема с общим
эмиттером).
нять самые разнообразные задачи (например, усиление слабых и сильных
сигналов), а от характера задачи зависит, естественно, и выбор рабочей
точки.
Итак, с помощью элементов схемы Яб и RK мы устанавливаем нуж-
ный режим работы (выбираем рабочую точку и динамический диапазон
по постоянному току). Но ведь мы намерены усиливать переменное на-
пряжение и переменный ток. Поэтому отдельные усилительные каскады
разделяются по постоянному току конденсаторами
(Сб и Ск на рис. 56) , оставаясь связанными по переменно-
му току.
Разделение по постоянному току требуется еще и потому, что рабочая
точка для любого усилительного каскада должна выбираться независимо
от других каскадов.
Рассматривая процесс усиления, мы совсем было упустили из виду
одну очень важную проблему: зависимость остаточного тока коллектора
от температуры (особенно у германиевых транзисторов). С помощью
схемы, приведенной на рис. 53, можно показать, что установленный в
начале опыта коллекторный ток при нагревании существенно возрастает.
В экстремальном случае это может привести к разрушению транзистора,
откуда следует, что в схеме необходимо предусмотреть меры, позволяю-
щие сохранять ток неизменным даже при значительном перепаде темпера-
Рис. 57. К пояснению стабилизации положения рабочей точки: а —
3Q счет изменения напряжения на базе; б - с помощью делителя базо-
вого напряжения и резистора в цепи эмиттера.
76
Рис. 58. Схемы включения транзисторов: а - с общей базой; б - с общим
коллектором.
тур. Одна из таких возможностей связана с изменением базового тока.
При тенденции коллекторного тока к возрастанию вследствие повышения
температуры базовый, управляющий ток /б должен соответственно умень-
шаться. Достичь этого удается путем подключения резистора R6 между
базой и коллектором (рис. 57, а). С повышением температуры и вызван-
ным этим ростом коллекторного тока 1К напряжение Скэ уменьшается,
а значит, становится меньше и базовый ток /б, вследствие чего коллектор-
ный ток вновь возвращается к прежнему, заранее выбранному значению
(стабилизируется).
Подобный эффект получается и при регулировке базового тока с
помощью делителя Яб1/Яб2 и включения в цепь эмиттера резистора
R3 (рис. 57, б) . С ростом /к , вызванным нагреванием транзистора, увели-
чивается падение напряжения на R3 и напряжение С'кэ становится меньше
значения, определяемого отношением #61/^6 2 - В той же мере падает
и базовый ток /б, стабилизируя таким образом /к. Следует отметить, что
кремниевые транзисторы отличаются значительно более высокой темпе-
ратурной стабильностью и в большинстве случаев не требуют особых
мероприятий по ее повышению.
Таблица 4. Параметры усилительных каскадов
для схем с различным включением транзисторов
Схе- ма Входное со- противление Выходное со- противление К/ KL/ Кр Основное применение схем
ОЭ 10 Ом-10 кОм 10 Ом-100 кОм 10-200 102-104 103-104 104—103 В качестве усилителя
ОБ 10-100 Ом 100 кОм-1 МОм <1 102-104 В качестве генератора
ОК 100 кОм-1 МОм 10 Ом-1 кОм 10-200 <1 10-200 В качестве согласующе- го каскада
77
Итак, путем соответствующего подбора элементов схемы можно
в широких пределах влиять на усилительные свойства транзисторного
каскада.
Введем в отличие от коэффициента усиления транзистора по току
при коротком замыкании В понятие коэффициента усиления каскада.
Различают:
- коэффициент усиления по напряжению — отношение выходного
напряжения к входному
кг
вы
— коэффициент усиления по току
отношение выходного тока
к входному
к1~
- коэффициент усиления по мощности - отношение мощности на вы-
ходе к мощности на входе
Обращаясь снова к схеме усилительного каскада (см. рис. 56), видим
что вход транзистора образован базовым и эмиттерным, а выход —
коллекторным и эмиттерным выводами. Таким образом, эмиттерный
вывод является общим как для входа, так и для выхода, в силу чего эту
схему так и называют схемой с общим эмиттером (ОЭ). Аналогичным
образом можно было бы использовать транзистор в схеме с общей базой
(ОБ) или в схеме с общим коллектором (ОК) (рис. 58) . В обеих этих
схемах выбор рабочей точки и рабочей области, а также разделение каска-
дов осуществляются, как и в схеме с ОЭ, с помощью резисторов и кон-
денсаторов. Все три схемы имеют свои специфические особенности. Для
дальнейшей работы с этими схемами ограничимся приведением их основ-
ных параметров (табл. 4).
Параметры наиболее широко применяемых транзисторов приведены
в приложении 5.
Итак, мы познакомились с важнейшими свойствами транзистора как
элемента схемы. Теперь необходимо научиться выбирать тип транзистора,
наиболее пригодный для применения в той или иной схеме. Большинство
схем, описанных в данной книге, составлено с таким расчетом, чтобы
входящие в них транзисторы и диоды были тех типов, которые имеются
в продаже.
Несмотря на все многообразие типов транзисторов, выпускаемых
различными изготовителями, технические данные многих из них оказы-
ваются довольно близкими. Нередко транзисторы (как и диоды) разли-
чаются только по наименованию, расположению выводов и форме корпу-
78
са. В подобных случаях мы не будем указывать в схеме конкретный тип
транзистора или диода, а приведем только общее их обозначение:
TUP — транзистор универсальный типа р—п—р
TUN — транзистор универсальный типа п—р-п\
DUG — диод универсальный германиевый;
DUS — диод универсальный кремниевый.
Параметры универсальных транзисторов и диодов любых типов
должны соответствовать указанным в приложении 6. Именно этими пара-
метрами и следует руководствоваться при выборе нужных полупроводни-
ковых элементов. Такой важный параметр, как В, мы умеем уже опреде-
лять сами, поэтому сможем выбрать подходящие экземпляры даже из не-
кондиционных транзисторов. Некондиционные транзисторы, часто очень
дешевые, вполне пригодны для наших целей.
При выборе диодов и транзисторов прежде всего следует обратить
внимание на взаимное расположение их выводов. Цоколевку приборов
можно найти в различных справочниках. Заметим, что цоколевки, приво-
димые в справочниках, всегда соответствуют виду на транзистор снизу
(со стороны выводов) . У диодов с аксиальными выводами (в стеклянном
или пластмассовом исполнении) катод обозначается точкой или кольцом
на корпусе. Обозначения TUN, TUP, DUG, DUS были введены несколько
лет назад журналом „Elektor” и приняты в этой книге из-за несомненного
удобства пользования ими.
Транзистор как До сих пор транзистор был известен нам толь-
электронный ключ ко в качестве усилительного элемента. Какие
же процессы протекают в нем, если он дей-
ствует как ключ? Для всякого ключа характерны два состояния схемы.
В первом состоянии ток не проходит, и к ключу оказывается приложен-
ным все напряжение источника питания, во втором — ток течет беспре-
пятственно и на ключе падает лишь весьма незначительное остаточное
напряжение. В подобном режиме можно заставить работать и транзистор.
Рассмотрим с этой целью семейство характеристик, представленное на
рис. 59, восстановив в памяти результаты опытов со схемой, собранной
на рис. 55. Точке 1 на нагрузочной характеристике соответствует такой
базовый ток, что транзистор пол-
ностью проводит (находится в режи-
ме насыщения). На нем падает Гк
лишь незначительное остаточное на-
пряжение, называемое также иног-
да напряжением в точке перегиба
характеристики. Это состояние
соответствует открытому ключу.
Точке В соответствует базо-
вый ток /б = 0; через транзистор
течет только остаточный коллек-
= 0
Рис 59. Характеристики транзистора.
79
Рис. 60. Изменение управляющего напряжения и коллекторного тока при от-
пирании и запирании транзистора без насыщения (а) и с насыщением (б) .
торный ток. На нем падает практически все напряжение источника пита-
ния. Транзистор находится в режиме отсечки. Ключ заперт.
Для лучшего понимания процессов включения и выключения тран-
зистора выделим три области: отсечки /, активного режима II и насыще-
ния III. Прежде всего заметим, что включение транзистора происходит
по направлению от В к А, а выключение — в обратном направлении. Если
на базу подать идеально прямоугольный скачок напряжения, коллектор-
ный ток будет более или менее круто нарастать по кривой, называемой
экспонентой (рис. 60, а). Объясняется это распределением носителей
зарядов в транзисторе и степенью их подвижности. Аналогичная картина
наблюдается при включении транзистора.
С целью получения коллекторного тока прямоугольной формы
выберем управляющее напряжение столь большим, чтобы точка Л на на-
грузочной характеристике передвинулась в область насыщения. Коллек-
торный ток возрастает при этом до значения 1КА = 7К ,н (рис. 60, б), ко-
торое и будет сохранять в дальнейшем вследствие ограниченных значений
Ек и RK. Невыгодным в режиме насыщения является, однако, то, что при
этом появляется добавочный временной сдвиг между входным и выход-
ным импульсами — так называемое время рассасывания гр. Это не что
иное, как время, необходимое для рассасывания накопленных в области
базы носителей зарядов до некоторой граничной их концентрации, опре-
деляемой параметрами схемы.
У запертого транзистора мощность потерь невелика, поскольку через
него протекает лишь незначительный остаточный ток. Мала она и у насы-
щенного транзистора, так как на нем падает только очень небольшое
остаточное напряжение. В то же время при переходе от одного состояния
к другому мощность потерь может стать весьма значительной. Однако
время переключения очень невелико, поэтому вполне допустимо, если
мощность потерь будет при этом превосходить значение Рщах, т- е- вый-
дет за пределы области, ограниченной гиперболой мощности потерь.
80
Два ключа замыкаются Включим два одинаковых усилительных кас-
друг на друга када таким образом, чтобы вход одного из
каскадов оказался соединенным через раз-
делительный конденсатор с выходом другого, и наоборот (рис. 61, а).
Схему соберем на экспериментальной плате (рис. 61, б). Для обоих
транзисторов Тх и Т2 припаяем к плате панельки, чтобы при необходи-
мости транзисторы легко можно было заменить. Сравнив временные
диаграммы (рис. 62) со знакомыми уже нам для процессов заряда и
разряда конденсаторов и переключения транзисторов, увидим, что в
рассматриваемом случае также имеют место зарядно-разрядные процессы
и переключения. Для доказательства, включив наушники между коллек-
торами транзисторов Т\ иТ2 и плюсовой шиной (см. рис. 61, я). прослу-
шаем звук частотой порядка 1000 Гц. Теперь становится понятным назва-
ние, данное такой схеме: самов озбуждающийся мультивибратор. „Мульти”
означает „множество”, мультивибратор — генератор множества колеба-
ний, а слово „самовозбуждающийся” свидетельствует о том, что колеба-
ния возникают сами по себе, без какого-либо внешнего воздействия, и
продолжаются до тех пор, пока не будет выключено питание.
Как же возникают эти релаксационные* колебания? Предположим,
что в момент включения один из транзисторов откроется быстрее, чем
другой. Это может произойти, например, из-за того, что коэффициенты
усиления транзисторов неодинаковы или резисторы и конденсаторы
в обоих плечах несколько различаются по сопротивлению и емкости.
Даже если предположить, что все указанные величины абсолютно одина-
ковы, может оказаться неодинаковым нагрев двух симметричных эле-
ментов схемы, а это тоже означает неравновесие плеч. Итак, предположим,
что Г2 отпирается быстрее, чем Т\у благодаря чему напряжение в точке
I)получит положительное приращение. Этот положительный импульс
поступает через С2 на базу транзистора Т\ и подзапирает его. В результа-
те. 61. Автоколебательный мультивибратор: а - принципиальная схема; б - мон-
таж на экспериментальной плате.
Tj, Т2 — транзисторы TUP. На этой схеме и далее емкости конденсаторов при-
водятся без указания единиц в пикофарадах (целое число) либо в микрофара-
дах (десятичная дробь или целое число с нулем десятых) .
* Релаксационные колебания — колебания, резко отличающиеся по форме от
синусоидальных.
81
Рис. 62. Напряжения в контрольных
точках схемы автоколебательного муль-
тивибратора.
те этого в точке А (коллектор
транзистора 7\) возникает отри-
цательный импульс, который через
Ci передается на базу транзистора
Т2, еще сильнее отпирая его. Этот,
процесс повторяется многократно
и заканчивается, когда 7\ ока-
жется полностью запертым (в режи-
ме отсечки), а Т2 — полностью
открытым (в режиме насыщения).
Теперь С2 будет разряжаться через
Я2 з так что точка Я, а следователь-
но, и база транзистора Т\ спустя
время ti ~0,7/?26'3 окажется под
отрицательным потенциалом и Ti
начнет проводить ток. Отрицательный импульс, возникший в точке Л,
через конденсатор С\ поступит на базу транзистора Т2 и подзапрет его.
Все процессы будут развиваться в обратном порядке по сравнению с пер-
вым полупериодом. В результате Т2 окажется в режиме отсечки, а Тх —
в режиме насыщения. Такое состояние будет продолжаться до тех пор,
пока спустя время t2 % 0,7 R3CY конденсатор Сг не разрядится через
R3 , чем и вызовет новый, очередной скачок. Из одного состояния в другое
1 1
схема переходит скачками с частотой f =~—=---------------—. Будем
предполагать, что самовозбуждающийся мультивибратор симметричен,
1
т. е. R2 - R3 = R, Ci = C2 = С и f =-
J \ARC
При указанных на рис. 61, а параметрах элементов схемы самовоз-
буждающийся мультивибратор колеблется или, как говорят, опрокиды-
вается с частотой
106
1 ARC
1,4- 33- 103 Ом- 22- 10“ 9 Ф
1,4- 33- 22 с
106
--------1000 Гц.
1016 с
Таким образом, самовозбуждающийся мультивибратор является не чем
иным, как генератором релаксационных колебаний низкой частоты,
значение которой однозначно определяется параметрами схемы.
82
Пропорциональное дистанционное
управление с помощью
цифровой техники
Что такое импульсная
и цифровая техника?
Нам предстоит разобраться в некоторых
проблемах, связанных с использованием стре-
мительно развивающейся в последние годы
цифровой техники применительно к решению задач дистанционного уп-
равления. Исходным понятием в наших дальнейших рассуждениях явля-
ется электрический импульс. Под импульсом понимают кратковременное
появление или пропадание какой-либо электрической величины (тока,
напряжения) либо кратковременное отклонение какой-либо величины
от ее исходного значения.
Наибольший интерес представляют для нас имульсы двух видов:
прямоугольные и остроконечные (рис. 63).
В этой книге важная роль отведена разного рода импульсным схемам.
Генерирование, формирование и преобразование импульсов составляют
предмет изучения научной дисциплины, получившей название импульсной
техники. Какая же взаимосвязь существует между импульсной и циф-
ровой техникой? Прежде всего отметим, что импульсная техника явля-
ется основой для цифровой. Информация, подвергшаяся цифровому ко-
дированию, отображается как раз в виде импульсов. В приборах, работа-
ющих в цифровом варианте, информация представляется в бинарной,
т. е. двоичной, системе. Физические величины (ток, напряжение), являю-
щиеся носителями информации, обрабатываются соответствующими схе-
мами, которые могут иметь лишь два дискретных состояния. Оба эти сос-
тояния (включено—выключено или проводит—не проводит) обозначаются
символами 1 и 0. В устройствах с цифровым дистанционным управлением
мы будем кодировать сигнал в передатчике и декодировать в приемнике.
Для целей дистанционного управления, особенно пропорционального,
последовательное внедрение цифровой техники означает гигантский
шаг вперед. К существенным достоинствам цифровой техники отно-
сятся :
— возможность обойтись небольшим числом простых и надежных
в эксплуатации основных схем;
— высокая эксплуатационная надежность за счет довольно значитель-
ных допусков в уровнях обоих сигналов (1 и 0) ;
- возможность использования свойств диодов и кремниевых транзис-
торов в ключевых схемах;
— возможность применения
щения схемного решения.
интегральных элементов с целью
упро-
Рис. 63. Виды импульсов.
1 — прямоугольный импульс; 2 —
конечный импульс.
остро-
83
Прежде чем приступить к постройке цифрового устройства дистанци-
онного управления, проведем несколько несложных опытов, на примере
которых познакомимся с особенностями импульсных схем. Результаты
опытов будем иллюстрировать осциллограммами напряжений в важней-
ших контрольных точках схем.
Интересная схема - С одной из главных схем импульсных гене-
датчик проблесковых раторов мы уже познакомились — это само-
си г нал о в возбуждающийся мультивибратор. Теперь по-
пробуем получить с его помощью длитель-
ные электрические импульсы, которые будем подавать на миниа-
тюрные лампочки накаливания, заставляя их мигать (полученные
сигналы будем называть проблесковыми). В дальнейшем такая схема
найдет применение на моделях судов, автомашин, а также на летающих
моделях. ।
В соответствии с уравнением f =----- желаемую низкую частоту
0,7ЯС
переключений можно получить, подбирая значения RhC.
Схема датчика проблесковых сигналов несколько отличается от
рассмотренных нами ранее. Здесь в каждом плече применяется по два
транзистора в каскодном включении (рис. 64). Такое включение обладает
тем преимуществом, что можно использовать транзисторы с небольшим
коэффициентом усиления по току. Схему следует опробовать спер-
ва на экспериментальной плате и, варьируя значения R и С, подобрать
желаемое время проблеска. Если необходимо, чтобы мигала лишь одна
Рис. 64. Датчик проблесковых сиг-
налов: а - принципиальная схема;
б — печатная плата; в - схема рас-
положения элементов на плате.
7\, .. . , Т4 — транзисторы TUN.
84
2,2к
Ci
50.0
Рис. 65. Схема ждущего мультивибра-
тора.
Л.
W/^74
проблеска.
Рис. 66. Напряжения в контрольных
точках ждущего мультивибратора.
лампочка, нужно исключить из схемы транзистор 7\, а эмиттер транзисто-
ра Т2 замкнуть на корпус. При значениях R и С, указанных на рис. 64,
период колебаний получается около 1,1 с. Свечение и погасание каждой
лампочки происходит при этом в одинаковые отрезки времени, равные
примерно 0,5 с.
Мы формируем импульсы
заданной длительности
Рассмотрим схему, изображенную на рис. 65.
Мультивибратор состоит из двух усилитель-
ных каскадов. В отличие от мультивибра-
тора с самовозбуждением, где связь между обоими усилительными кас-
кадами емкостная, здесь связь правого плеча с левым емкостная (через
С?!) , а левого с правым — гальваническая (база транзистора Т2 соединена
непосредственно с коллектором транзистора 7\). В остальном эта схема
напоминает мультивибратор с самовозбуждением не только по структуре,
но и по принципу работы. Исследуем ее сперва на экспериментальной
плате: собрав схему по рис. 65, будем изменять сопротивление Rt от по-
ловинного до полного значения.
После кратковременного замыкания тумблера К лампочка зажжет-
ся, а затем, спустя некоторое определенное время, вновь погаснет. Дли-
тельность свечения устанавливается с помощью Rx. Таким образом, схе-
ма имеет одно состояние устойчивого равновесия (исходное положение,
когда лампочка не горит) и одно состояние динамического равновесия
(рабочий режим, когда лампочка горит) . Напомним, что мультивибратор
с самовозбуждением имеет два состояния динамического равновесия
(или квазиравновесия) , регулярно следующих одно за другим.
Рассмотрим теперь, как работает эта схема. На базу транзистора
Ti с резистора Ri поступает постоянное смещение, за счет которого в
исходном состоянии Ti находится в режиме насыщения. Транзистор Т2
заперт за счет гальванической связи его базы с коллектором насыщенного
транзистора Тх. При поступлении на любой из двух входов управляющего
импульса определенной полярности ждущий мультивибратор скачком
85
переходит в рабочий режим (состояние квазиравновесия). Для запуска
может использоваться, например, отрицательный импульс, подаваемый
на базу проводящего в исходном состоянии транзистора 7\. Этот управ-
ляющий импульс мы получим путем кратковременного замыкания тум-
блера К, в результате чего открытый транзистор Тj запирается. Напряже-
ние на его коллекторе скачком возрастает (потенциал „1”)- Этот пере-
пад поступает на базу транзистора Т2 и отпирает его. Напряжение на кол-
лекторе транзистора Т2 скачком падает (потенциал „О”). Этот отрица-
тельный перепад через конденсатор С\ передается на базу транзистора
Т\ и поддерживает его в запертом состоянии. Конденсатор С\ разряжает-
ся через Rx в течение времени =0,7/^^! ~1,4 с. Когда вследствие
разряда напряжение на базе транзистора Т\ вновь станет положительным,
этот транзистор возвращается в открытое состояние, возникающий на его
коллекторе отрицательный перепад (потенциал „0”) передается на базу
транзистора Т2 и запирает его. Длительность состояния квазиравновесия
ждущего мультивибратора регулируется подбором С\ и R i. С помощью
Ri одновременно выбирается и рабочая точка с таким расчетом, чтобы
в отсутствии запускающего сигнала на входе транзистор находился
в состоянии насыщения.
На рис. 66 показаны временные диаграммы напряжений на базе
и коллекторе транзистора 7\, а также на коллекторе транзистора Т2. Не-
зависимо от длительности и формы управляющего импульса выходной
импульс ждущего мультивибратора получается хорошей прямоугольной
формы и определенной длительности, зависящей от параметров схемы.
Теперь познакомимся со схемой, обладающей памятью.
Триггер обладает При взгляде на схему, представленную на
памятью рис. сразу становится ясно, что и здесь
речь пойдет о двух усилительных каскадах
на транзисторах 7\ и Г2. Однако на этот раз оба каскада связаны между
собой гальванической связью (через резисторы Rx и Я2). Проведем не-
большой опыт. Собрав схему на экспериментальной плате, будем попере-
менно включать и выключать тумблеры и К2.
При подключении напряжения питания схема придет в одно из двух
возможных устойчивых состояний: например, лампочка Л1 горит, Л2
не горит. Если ключ К\ кратковременно замкнуть, схема скачком перей-
дет во второе устойчивое состояние: лампочка Лх погаснет, а Л2 зажжет-
ся. Это состояние будет сохраняться (схема как бы запомнит его) до
тех пор, пока не замкнется ключ К2. С замыканием ключа К2 схема вновь
возвратится в исходное состояние (Лх горит, Л2 не горит). В технике
такие схемы принято называть триггерами.
Процессы в схеме триггера протекают следующим образом. Предпо-
ложим, что при включении напряжения питания один из транзисторов,
например 7\, откроется быстрее, чем другой, и лампочка Лх загорится.
Напряжение на коллекторе открытого транзистора 1\ близко к нулю
(потенциал „0”) . С выхода Л j через резистор это напряжение передает-
ся на базу транзистора Г2, в результате чего он запирается; на выходе
А 2 напряжение скачком возрастает (потенциал „1”) , лампочка Л2 него-
86
Рис. 68. Напряжения в контрольных точ-
ках триггера.
Рис. 67. Схема триггера.
рит. Через резистор R2 этот положительный потенциал поступает на базу
транзистора Т\ и поддерживает его в открытом состоянии. Если через
вход Е2 на базу транзистора Т2 подать отрицательный импульс, то состоя-
ние схемы не изменится, поскольку база и без того уже находится под
запирающим потенциалом, снимаемым с коллектора открытого тран-
зистора Тi через R t.
Иначе обстоит дело с транзистором Если через вход подать
отрицательный импульс на его базу, то он запрется и лампочка Лх погас-
нет. Напряжение на коллекторе транзистора Тt скачком возрастает (по-
тенциал „1”) и, поступая через Rx на базу транзистора Т2, отпирает его,
лампочка Л2 загорается. Триггер переходит, таким образом, в свое второе
состояние устойчивого равновесия и выйти из него сможет только при
поступлении отрицательного импульса на вход Е2.
На рис. 68 представлены временные диаграммы напряжений на базах
транзисторов 7\ и Т2. Важным для нас является то, что триггер обладает
свойством запоминания и может переключаться внешними имульсами.
Мы управляем нашей первой
моделью с помощью импульсов
Под управлением в технике понимают пуск или регулировку каких-
либо процессов с помощью управляющих команд. Применительно к ди-
станционному управлению моделями это означает, что к выполнению со-
ответствующего приказа модель побуждают команды дистанционного
управления (например, „Разворот вправо” или „Мотор стоп”).
При дистанционном управлении несколько технических процессов
должны протекать один за другим. Сначала команда, например „Разво-
рот вправо”, должна быть преобразована в электрический сигнал и за-
кодирована. Это происходит в датчике команд (рис. 69). При необходи-
мости выполнять несколько команд применяют соответствующее число
датчиков. Преобразованные в электрические сигналы команды передают-
ся передатчиком команд (ПК) и принимаются приемником команд
(ПрК). Последний усиливает сигналы и подает их на исполнительный
87
Рис. 69. Схема дистанционного управления.
ДК"1, . , ДК$ — датчики команд; ПК — передатчик команд; ПрК - приемник
команд, C/Cj, ...» СК4— селекторы команд.
механизм (например, на рулевую машинку для управления разворотом
модели или переключатель для включения и выключения ходового двига-
теля) . Кодирование и декодирование могут осуществляться различными
способами. Мы рассмотрим сейчас один из них, хорошо зарекомендо-
вавший себя на практике и обладающий таким несомненным преимущест-
вом, как простота технического исполнения.
Любой команде соответствует определенный импульс, который,
будучи поданным на переключательное устройство модели, обеспечивает
протекание того или иного заранее заданного процесса. Для обеспечения
процесса управления длительность командного импульса должна быть
переменной, т. е. устанавливаться в некоторых пределах, например от
1,0 до 2,2 мс (рис. 70). Тогда импульсу длительностью 1,0 мс может со-
ответствовать команда „Руль вправо” или ,Двигатель 1 включить”, а
импульсу длительностью 2,2 мс — команда „Руль влево” или Дви-
гатель 2 выключить”. Средней длительности импульса 1,6 мс может соот-
ветствовать среднее (нейтральное) положение руля или команда на вы-
ключение обоих двигателей. Однако возможности использования изме-
нения длительности импульсов этим примером не исчерпываются: таким
путем можно управлять и другими процессами.
Если мы хотим управлять на расстоянии несколькими функциями
модели, то и командных импульсов должно быть несколько, а именно
столько, сколько функций. При этом необходимо обеспечить, чтобы все
функции исполнялись одновременно и независимо друг от друга. Такое
управление называют совместным. Комбинируя между собой независи-
мые функции, получаем значительно большее число теперь уже зависимых
функций. Для практики это означает, что в любой момент времени может
исполняться только одна какая-либо функция. Функционирование мо-
делей с дистанционным управлением, рассматриваемых в настоящей
книге, требует совместного управления.
88
a)
6)
t
Рис. 70. Командные импульсы устройства пропорционального управления: а -
импульс средней длительности 1,6 мс; б — наикратчайший импульс 1,0 мс; в -
импульс наибольшей длительности 2,2 мс.
Первый вариант нашего устройства дистанционного управления
будет обеспечивать управление на расстоянии лишь двумя функциями,
тогда как окончательный его вариант позволит увеличить число функций
до семи. По исторически сложившейся традиции такое устройство дистан-
ционного управления принято называть соответственно двух- или семи-
канальным. Следует обратить на это внимание, поскольку понятие ,,ка-
нал” в дальнейшем используется также и в несколько ином смысле.
Технически проблема многоканальной передачи решается таким
образом, что командные импульсы длительностью(1,6 ± 0,6)мс следуют
вплотную один за другим и передаются, как телеграмма. Эта телеграмма
повторяется через каждый 22 мс, т. е. с частотой около 50 Гц. Передача
таких сгруппированных во времени импульсов называется многоканаль-
ной передачей с временным уплотнением каналов (рис. 71). Пауза дли-
тельностью 22 — 2,2 • 7 = 6,6 мс используется для синхронизации декодера
на модели с импульсной частью (кодером) передатчика. Благодаря этому
достигается то, что в модели через каждые 22 мс командный импульс 1
обязательно появляется на выходе канала 1, даже если управление осу-
ществляется в условиях помех на трассе передачи. Закончив это отступле-
ние в область теории, займемся постройкой нашей первой системы ди-
станционного управления и практическим испытанием ее на модели.
Рис. 71. Последовательность командных импульсов для семи пропорци-
ональных каналов.
89
Геиеретор канальных
импульсов
Первый опыт с дистанционным управлением
проведем для одного канала (для одной функ-
ции) . Прежде всего подумаем, как с помощью
известных уже нам схем получить в датчике команд периодически повто-
ряющийся импульс длительностью(1,6 ± 0,б)мс. Для того чтобы каждый
импульс выдавался через каждые 22 мс, необходим датчик тактовых
импульсов, обеспечивающий соответствующий временной базис. Этот
тактовый датчик запускает генераторный каскад, который вырабатывает
командные импульсы варьируемой длительности, называемые в дальней-
шем канальными. Структурная схема датчика канальных импульсов
приведена на рис. 72, а его принципиальная схема — на рис. 73.
Оба последующих усилительных каскада дважды инвертируют ка-
нальный импульс и придают ему хорошую прямоугольную форму. Кроме
того, таким путем достигается развязка между генераторным каскадом и
подключенным к схеме переключательным устройством, что исключает
влияние последнего на длительность импульса.
В качестве датчика тактовых импульсов будем применять мульти-
вибратор с самовозбуждением, отрегулированный на период повторения
Т = 0,7Я2С3 + 0,7Я3С2 = 1,4- 82 кОм- 0,22 мкФ ^25 мс.
При переходе транзистора Т2 из закрытого состояния в открытое напря-
жение на его коллекторе скачком уменьшится и конденсатор С4 начнет
перезаряжаться. Транзистор Т3 усилительного каскада, именуемый в даль-
нейшем ключом, запирается, поскольку его база находится теперь под
отрицательным потенциалом. Конденсатор С4 разряжается через резисто-
ры R7 и Я8 до тех пор, пока транзистор Т3 спустя время Т = 0,7 (К7 +
+ Я8)С4 снова не вернется в открытое состояние. Время пребывания
транзистора Т3 в запертом состоянии зависит:
— от емкости конденсатора связи С4, так как он определяет постоян-
ную времени процесса перезаряда;
— от сопротивлений резисторов /<7 и К8, так как они тоже влияют
на длительность процесса перезаряда;
— от величины скачка напряжения на коллекторе транзистора Т2,
поскольку именно им определяется накапливаемый конденсатором С4
заряд.
С помощью резистора R 7 можно влиять на продолжительность процес-
са разряда конденсатора С4, устанавливая тем самым пределы изменения
длительности командного импульса ±0,6 мс. Исходную длительность
канального импульса (1,6 мс), соответствующую нейтральному положению
руля, зададим, установив в среднее положение подвижный контакт ка-
нального потенциометра R
Потенциометр Rs регулирует ве-
личину скачка напряжения, который
влияет на продолжительность процесса
5 •
Рис. 72. Структурная схема датчика каналь-
ных импульсов
90
Рис. 73. Принципиальная схема датчика канальных импульсов.
Т\,..., Т5 - транзисторы TUN.
разряда конденсатора С4, а значит, и пребывания транзистора Т3 в запер-
том состоянии. Этим удобно пользоваться для изменения длительности
канального импульса. Ось потенциометра R 5 в дальнейшем будем сопря-
гать непосредственно с ручкой управления. Изменение длительности им-
пульсов несет информацию о пропорциональном сигнале (о передавае-
мой команде) соответствующего канала. Таким образом мы получаем
командные (канальные) импульсы переменной длительности Т =(1,6 ±
± 0,6) мс, повторяющиеся через каждые 25 мс. Последующие каскады
на транзисторах Т4 и Т5 усиливают и формируют канальный импульс,
придавая ему правильную прямоугольную форму. Схему соберем сперва
на экспериментальной плате. Подключив к выходу действующего датчика
команд наушники, услышим низкий звук, высота тона которого меняет-
ся регулировкой потенциометра Я5. На экране осциллографа получим
изображение прямоугольного импульса (рис. 74) .
Канальный импульс — Канальный импульс подается на переключаю-
носитель информации щее уСТрОйство в качестве такого устройства
может быть использован переключающий уси-
литель, в структурную схему которого (рис. 75) входят опорный генера-
тор, схема сравнения и переключатели. Командная информация кодирует-
ся путем изменения длительности канального импульса на ±0,6 мс. Для
выделения этой информации из импульса и превращения ее в соответст-
вующую электрическую величину существуют различные способы. Мы
выберем способ сравнения импульсов по длительности, отличающийся
простотой и надежность.
Для сравнения импульсов по длительности необходимо в переключаю-
щем устройстве выработать эталонный импульс, называемый в технике
опорным. Этот импульс будем получать от генератора опорных импуль-
сов (опорного генератора) . В качестве такого генератора используется
ждущий мультивибратор, запускаемый канальным импульсом и выраба-
91
Рис. 74. Осцилограмма канального импульса.
тывающий опорный импульс опреде-
ленной длительности. Канальный и
опорный импульсы сравниваются в
схеме сравнения. Если оба импульса
одинаковы по длительности, они вза-
имно уничтожаются на выходе. При
различной их длительности возникает
положительный или отрицательный
остаточный импульс, который в зави-
симости от полярности управляет од-
ним из двух подключенных к схеме
сравнения переключателей.
Подумаем теперь о том, как реализовать указанные функции с по-
мощью известных уже нам электронных схем. Опорный генератор собе-
рем на транзисторах Т\ и Т2 (рис. 76). Этот генератор применяется в даль-
нейшем и в других схемах (парусная лебедка и следящая система), в си-
лу чего он несколько отличается от представленного на рис. 65. Емкост-
ная обратная связь осуществляется с помощью конденсатора С2, гальва-
ническая — с помощью резистора R6. В дальнейшем изменение длитель-
ности импульса будет использоваться нами дважды, поэтому рассмотрим
сразу оба случая. С помощью К4 длительность импульсов, вырабатывае-
мых опорным генератором, устанавливается равной средней длительности
канального импульса, т. е. 1,6 мс. Потенциометром R 2 длительность им-
пульса можно регулировать в диапазоне от 1,0 до 2,2 мс.
Для того чтобы лучше усвоить последующие объяснения, рассмотрим
наряду со схемой временные диаграммы (рис. 77) и осциллограммы на-
пряжений в контрольных точках переключающего усилителя (рис. 78).
Положительный канальный импульс сравнивается в точке 2 с отрицатель-
ным опорным. Если оба они одинаковы по величине и длительности,
остаточный импульс на выходе схемы сравнения отсутствует. Если каналь-
ный импульс более длителен, чем опорный, в точке 2 возникает положи-
Переключатели
Рис. 75. Структурная схема переключаю-
щего усилителя.
92
*Вход
Рис. 76. Принципиальная схема переключающего усилителя.
ТТ2, Тц, Т$ — транзисторы TUN; Т3, Т6 — транзисторы TUP; Д1, . .. ,Д4 — ди-
оды DUS; Р\у Р2 — миниатюрные реле (4—6 В).
тельный остаточный импульс, который отпирает п—р-н-транзистор Т4.
Отрицательный перепад напряжения поступает с его коллектора через
К16 на вход транзистора Т6, который также отпирается, а следовательно,
срабатывает и реле Р2, включенное в его коллекторную цепь. Однако
длительность остаточных импульсов очень невелика, максимум 0,6 мс,
а интервал между ними — около 20 мс, поэтому реле вслед за срабатыва-
нием сразу же отпускает, затем снова срабатывает и т. д.; в подобных
случаях говорят, что реле „трещит”. Для устранения этого нежелательного
явления необходимо каким-то образом компенсировать паузы между
импульсами, т. е. растянуть остаточные импульсы. Эту задачу выполняет
конденсатор С6. Когда транзистор Г4 открыт, С6 быстро заряжается через
него до отрицательного потенциала, а в интервалах между импульсами
медленно разряжается. Из короткого прямоугольного остаточный им-
пульс преобразуется в протяженный пилообразный. Емкость конденсатора
С6 следует выбирать такой, чтобы транзистор Т6 не запирался скачком,
а лишь плавно подзапирался, и реле не трещало.
Если канальный импульс окажет-
ся короче опорного, в точке 2 воз-
никнет отрицательный остаточный им-
пульс. Теперь проводить ток будет
транзистор Т3, а следовательно, и
транзистор Г5, база которого через
резистор Я17 подключена к коллек-
тору транзистора Т3. Сработает реле
, включенное в коллекторную цепь
транзистора Ts. Растяжку импульса
осуществляет в этом случае конден-
сатор С7.
Рис. 77. Временные диаграммы напряжений
в контрольных точках переключающего
усилителя.
и>
Оба реле Реле Р2 Реле /7 t
обесточены замкнуто замкнуто
93
Рис. 78. Осциллограммы напряжений
в контрольных точках переключаю-
щего усилителя: а - канальный
импульс на входе: б — импульс
опорного генератора в точке 1;
в - остаточный импульс в точке
2; г - растянутый остаточный
импульс в точке 3\ д — растянутый
остаточный импульс в точке 4.
Рассмотренное схемное решение обеспечивает нам то, что в любой
момент времени во включенном состоянии может оказаться только одно
из двух реле, а в случае равенства длительностей опорного и канального
импульсов (при средней длительности канального импульса) оба реле
будут выключены.
Датчик канальных импульсов изготовим в виде малогабаритного
прибора, который в дальнейшем сослужит нам хорошую службу при ис-
пытании работоспособности отдельных блоков устройства дистанционно-
го управления, особенно переключающего устройства. Этот прибор будем
в дальнейшем называть испытателем сервосистемы.
94
Мы изготовляем После проверки на экспериментальной плате
печатную плату датчик канальных импульсов и переключающий
усилитель должны быть смонтированы оконча-
тельно на их постоянных платах. Монтаж здесь будет очень плотным, и
потому от технологии изготовления платы путем срезания фольги в этом
случае придется отказаться, применив другой способ изготовления плат.
Печатные платы получили свое название потому, что при фабричном
производстве они изготовляются способом печатания. Мы будем изготов-
лять их по соответствующим образцам, которые приводятся в данной кни-
ге; поэтому все платы изображены здесь в масштабе 1:1. Преимущество
подобной техники построения схем заключается прежде всего в нагляднос-
ти и экономичности монтажа. Для изготовления той или иной печатной
схемы (схемы, собранной на печатной плате) в книге каждый раз приво-
дятся два чертежа. Схема разводки проводов показана в виде рисунка,
нанесенного на покрытую медной фольгой (нижнюю) сторону платы.
Навеска монтажных элементов на другой (верхней) стороне платы произ-
водится по схеме расположения элементов. Все монтажные элементы на
этой схеме изображены так, как они видны сверху.
Наложим плотно на тщательно очищенную от окислов медную фольгу
(нижнюю сторону платы) схему разводки проводов и продавим в соот-
ветствии с ней чертилкой все центры для сверления отверстий, так чтобы
они оттиснулись на фольге. Обведем все выдавленные точки (места
будущей пайки) кружками. диаметром 2,5—3 мм, а затем, используя
как образец схему разводки проводов, на покрытой медью стороне платы
с помощью чертежной трубочки нарисуем разбавленным нитролаком
все токопроводы. Когда чертеж будет готов, проверим его еще раз, точка
за точкой, провод за проводом на соответствие оригиналу. При этом надо
строго следить, во-первых, за тем, чтобы между разделенными друг от
друга проводами или точками пайки сохранялось расстояние не менее
0,5 мм (чрезмерно близкое взаимное расположение проводов грозит
опасностью образования перемычек во время пайки), и, во-вторых, за
тем, чтобы в процессе лакировки не коснуться пальцами очищенной мед-
ной поверхности. Жирные отпечатки пальцев могут оказаться в дальней-
шем причиной некачественного травления и плохой пайки.
Места, не покрытые лаком, должны быть вытравлены. Травильную
жидкость приготовим сами, для чего растворим в воде хлорид железа
(50 г FeCl3 в 100 см3 воды). Этот раствор следует хранить в снабженном
соответствующей этикеткой пластиковом флаконе. При многократном
употреблении жидкости время травления увеличивается, поэтому по
прошествии некоторого срока раствор придется составлять заново. Для
травления нальем раствор в фотокювету (или в другую подходящую
посуду) и погрузим в него плату (медным слоем кверху) . Подогрев и
покачивание ванночки ускоряют процесс травления, который мы должны
контролировать до конца (в течение примерно 5 мин) . Прекращать про-
цесс травления следует, когда не покрытая лаком медь полностью раст-
ворится. Затем печатную плату тщательно промоем в воде и удалим
лаковый слой нитроразбавителем. Далее просверлим все точки пайки
(с покрытой медью стороны) сверлом ф 0,8- 1,0 мм. Все остальные сверле-
95
Печатная плата
Рис. 79. Изгибание выводов резисторов
и цельностеклянных диодов.
ния и пробои выполним в соответст-
вии с чертежом. Для предохранения
очищенной меди от окисления (с
целью обеспечить возможность последующей пайки) ее покрывают каким-
либо флюсом, который ни в коем случае не должен обладать травильными
свойствами. Лучше всего для этой цели подходит паяльный лак (кани-
фоль, растворенная в спирту до насыщения) , который мы должны приго-
товить сами. Для выполнения паяльных работ нам вполне достаточно
20-ваттного паяльника с заточенным в виде пирамиды и хорошо зачи-
щенным жалом. Нагрев паяльника должен быть таким, чтобы олово
свободно стекало с жала, в противном случае возможно появление не-
пропаянных мест — неисправность, которую не сразу обнаружишь.
Полупроводниковые элементы и электролитические конденсаторы
чувствительны к теплу, поэтому следует избегать их перегрева при пайке.
М1:1
Рис. 80. Печатная плата (д) и схема
расположения элементов (б) датчика
канальных импульсов.
96
Рис. 81. Монтаж датчика канальных
импульсов.
1.6
1.0 4\J /.2.2
Рис. 82. Прибор для проверки
сервосистемы.
Длительная пайка в одном месте может привести также к отделению то-
копроводящего слоя от подложки.
В заключение дадим еще один совет. Выводы съемных элементов
следует сгибать не непосредственно на их корпусе, а, как показано
на рис. 79, отступя по меньшей мере на расстояние а - 3 мм, причем
радиус изгиба R должен быть не менее 1,5 мм. В противном случае возни-
кает опасность повредить корпус (особенно стеклянный) или отломать
вывод.
Таким образом, мы познакомились с необходимыми правилами и
приемами изготовления печатных схем. Все схемы устройств дистан-
а)
Рис. 83. Печатная плата (я)
и схема расположения элементов
(б) переключающего усилителя
97
Рис. 84. Монтаж переключающе-
го усилителя.
Рис. 85. Размещение переключающего усилителя
в корпусе.
1 — кабель; 2 — губчатая резина; 3 — реле; 4 —
переключающий усилитель; 5 — съемная крышка.
Размеры корпуса при. толщине материала 2 мм —
54x34x44 мм.
ционного управления и вспомогательных приборов предполагается вы-
полнять по той же самой технологии, поэтому дальше на этом вопросе
мы детально останавливаться не будем.
Первой печатной схемой, которую мы изготовим описанным выше
способом, является схема на плате датчика канальных импульсов (рис. 80,
а). Прежде всего просверлим в плате необходимые отверстия и обра-
ботаем их канифолью, а затем элемент за элементом в полном соответ-
ствии с принципиальной схемой (см. рис. 73) и схемой расположения
элементов (рис. 80, б) будем переносить на печатную плату и припаивать
все детали. Закончив пайку, аккуратно обрежем выступающие концы
соединительных проводов с тем, чтобы они были не длиннее 1 мм. После
этого проконтролируем еще раз все места паек на чистоту исполнения
и отсутствие перемычек (разлившееся олово) между точками пайки или
токопроводами. Образец готового датчика канальных импульсов пред-
ставлен на рис. 81. На снимке хорошо видно размещение и взаимное
расположение всех деталей схемы.
Полностью укомплектованную печатную плату подвергнем первым
испытаниям на работоспособность с помощью собранного пока еще на
экспериментальной плате переключающего усилителя. Подключив бата-
рею, проконтролируем потребляемый ток. Отклонение тока от номиналь-
ного значения может стать отправной точкой для отыскания вероятных
неисправностей. Если окажется, что датчик канальных импульсов работа-
ет удовлетворительно, изготовим для него корпус и получим таким об-
разом прибор для проверки сервосистемы (рис. 82) .
Прибор снабжен штекером для подключения батареи (2x2,4 В) и ко-
лодкой для присоединения сервосистемы. Провод +2,4 В подведем от
штекера прямо к колодке, поскольку на работу самого прибора она
98
влияния не оказывает, а будет необходима лишь при проверке сервосисте-
мы. Для установки прибора на длительность импульсов от 1,0 до 2,2 мс и
градуировки шкалы промежуточных значений на верхней стенке корпуса
воспользуемся отлаженной сервосистемой какого-либо другого устройства
или, еще лучше, откалиброванным осциллографом.
Подобным же образом изготовим печатную плату для переключающе-
го усилителя (рис. 83, а). На этой плате детали размещены значительно
плотнее, чем на плате датчика канальных импульсов (рис. 83, d), поэтому
ее изготовление послужит хорошей школой для работы над последующи-
ми приборами, где монтаж еще более плотный. Обернув переключающий
усилитель (рис. 84) губчатой резиной, разместим его вместе с обоими
реле в общий миниатюрный корпус (рис. 85), изготовляемый из поли-
стирола толщиной 2 мм. Габаритные размеры корпуса определяются
в первую очередь размерами реле и могут поэтому заметно отличаться
от приведенных в подписи к рис. 85. Теперь мы можем уже приступать и к
первым опытам с дистанционным управлением моделями, ограничив-
шись поначалу кабельным каналом управления.
Наша первая модель
с дистанционным
управлением —
самоходная тележка
Первой нашей моделью мог бы стать любой
сухопутный самоходный экипаж (грузовик,
легковая машина, специальный автомобиль).
Однако, учитывая, что модель должна служить
нам только для опробования системы дистан-
и накопления первоначальных навыков в работе
ционного управления
с нею, от исполнительных механизмов сложных конструкций пока воз-
держимся и остановим свой выбор на гусеничной тележке (рис. 86).
Эту тележку можно сделать самим или купить ее в игрушечном магази-
не и переделать, приспособив для наших целей.
Переделка модели сводится
к размещению в ней исполнитель-
ных механизмов (переключающих
усилителей и двигателей с ходо-
выми батареями). Эту же модель
Рис. 86. Так выглядит наша первая
модель.
Рис. 87. Расположение переключающего
усилителя и ходовых батарей на мо-
дели.
1 — антенна; 2 - антенная колодка;
3 — ходовая батарея; 4 — переключаю-
щий усилитель (приемное устройство) ;
5 — ходовой двигатель.
99
Рис. 88. Схема ходового двигателя: а - для изменения направления
движения; б - для изменения направления и скорости движения.
К - выключатель или выключающий контакт антенной колодки;
реле - для поворота вправо; реле Р2 - для поворота влево; реле
Р3 - для движения вперед или назад; реле Р4 - для медленного или
быстрого движения.
можно приспособить и к беспроволочному дистанционному управлению,
предусмотрев в ней место для размещения в дальнейшем приемного бло-
ка системы.
Итак, смонтируем оба переключающих усилителя в тележке (рис. 87)
и будем поначалу передавать управляющие команды („Вправо’’, „Прямо”,
„Влево”) по проводам. Модель с таким кабельным дистанционным управ-
лением может ездить по комнате, повинуясь нашим командам. Путем
соответствующего включения и выключения двух ходовых двигателей
мы можем заставить модель поворачивать в желаемом направлении.
Поэтому прежде всего перестроим передачу тележки под двухмоторный
привод (рис. 88,а).
Оба ходовых двигателя должны управляться независимо друг от
друга. Через тумблер К они подключаются к электрической батарее; ток
протекает через размыкающие контакты обоих реле. В случае если задей-
ствован один из каналов, срабатывает соответствующее реле, после чего
вращается только один из двигателей. Например, если останавливается
правый двигатель, модель делает разворот вправо.
Для опытов с дистанционным управлением нам понадобятся два ис-
точника напряжения: один — для питания датчика команд и переключаю-
щих усилителей в модели, второй - для привода. Соединение датчика
команд с моделью осуществляется трехпроводным кабелем (плюсовой,
импульсный и общий провода) .
После проведения первых ходовых испытаний у нас, как правило,
появляется желание расширить функции системы управления (например,
заставить ее выполнять команды „Вперед”, „Стоп”, „Назад”). Для реали-
зации этих функций необходимы второй датчик канальных импульсов
и еще один переключающий усилитель (в дальнейшем этот второй пере-
ключающий усилитель найдет себе применение и в других схемах). Мон-
таж и все элементные соединения в модели следует выполнять в соответст-
вии со схемой, представленной на рис. 88, б.
100
Но вот мы все отрегулировали, все наладили, и наша кабельная сис-
тема дистанционного управления работает безукоризненно. Однако с
течением времени нам надоест водить машину „на поводке”. Мы захотим
выпустить модель на простор: пусть движется, не связанная с нами кабе-
лем, но покорная передаваемым командам. Поэтому следующие наши
эксперименты будут нацелены на передачу команд без проводов, с по-
мощью радио.
БЕСПРОВОЛОЧНОЕ
ДИСТАНЦИОННОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
Мы знакомимся
с высокой частотой
В первых опытах дистанционное уп-
равление моделью осуществлялось по ка-
белю. Теперь нам предстоит отказаться
от него, применив беспроволочную пере-
дачу управляющих команд на модель.
Для передачи сигналов на расстояние
более 10 м удовлетворительных ре-
зультатов любитель может достичь, толь-
ко используя электромагнитные поля
высокочастотного диапазона. Поэтому
для передачи сигналов будем применять
электромагнитные высокочастотные ко-
лебания (ВЧ-колебания).
ВЧ-колебания, несущие в себе сиг-
нал, будем получать от передатчика
системы дистанционного управления и
излучать их в пространство с помощью
антенны (рис. 89). Дойдя до модели,
они принимаются антенной приемника,
усиливаются и поступают на переключаю-
щее устройство. Переключающее устрой-
ство преобразует содержащуюся в сигна-
ле командную информацию в соответст-
вующий процесс управления (например,
рулевой машинкой или режимом двига-
теля) .
Спектр частот электромагнитных
волн чрезвычайно широк. Все они незави-
симо от частоты имеют одинаковую ско-
рость распространения, равную пример-
но 300 000 км/с (скорость света) . Между
Рис. 89. К пояснению принципа дистанционного управления моделью.
1 — антенна передатчика; 2 — антенна приемника, 3 — аккумулятор: 4 —
двигатель; 5 — приемник; 6 — рулевая машинка; 7 — передатчик.
скоростью распространения с, частотой f и длиной волны X существуй
зависимость
С=/Х.
Электромагнитные волны интересующего нас диапазона излучаются
и принимаются, как сказано выше, антеннами. Особенно эффективно
работаю! антенны, длина которых составляет около четверти длины
волны, к е. /ан1 = Х/4. Таким образом, для излучения колебаний звуко-
вой частоты 3 кГц потребовалась бы антенна длиной
X с 3* 108 м- с 105 м
/ ант =--- =----- =---------Z------- =------ = км«
ант 4 4/ 4- 3- 103 с 4
Нетрудно видеть, что задача эта практически неразрешима, и сигналы
придется передавать на другой, более высокой частоте, позволяющей
использовать более компактную антенну. Из трех отведенных для лю-
бителей частотных диапазонов выберем диапазон со средней частотой
27,12 МГц. Эта частота и станет несущей частотой нашего сигнала. Длина
антенны для нее составит примерно
X с 3* 108 м- с
Это уже вполне приемлемая для наших целей длина антенны. Теперь
нужно подумать о том, как создать электромагнитные колебания часто-
той 27,12 МГц и промодулировать их частотой сигнала.
103
Мы строим Все устройства для создания колебаний назы-
высокочастотный ваются генераторами. Мы уже знакомы с им-
ператор пуйьсным генератором. Генератор ВЧ-колеба-
ний будем в дальнейшем называть ВЧ-генера-
тором (или просто генератором) . Обратимся еще раз к схеме импульсно-
го генератора (см. рис. 61, я). Мы можем регулировать его частоту путем
изменения емкостей конденсаторов связи Сх и С2 и сопротивлений рези-
сторов в базовых цепях транзисторов. Уменьшая постепенно значения
этих параметров, мы придем к такой частоте, при которой колебания
сорвутся. Объясняется это тем, что с ростом частоты коэффициент усиле-
ния транзистора постепенно уменьшается до тех пор, пока не окажется,
что схема не в состоянии больше возбуждаться. Параметром, характери-
зующим зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты,
является граничная частота. Под граничной частотой понимают такую,
при которой коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером
(ОЭ) снизится до значения I. У германиевых транзисторов граничная
частота относительно невелика (до 100 кГц, в исключительных случаях
до 500 кГц). По этой причине их нельзя применять в изготовляемых на-
ми устройствах дистанционного управления, которые должны работать
на частотах до 30 МГц. Для высокочастотных устройств и быстродейст-
вующих ключей были разработаны кремниевые транзисторы, граничные
частоты которых достигают необходимых для целей дистанционного
управления пределов.
Попробуем определить граничную частоту опытным путем. Предвари-
тельно выскажем еще несколько замечаний. Для любителей имеются
в продаже недорогие некондиционные транзисторы с большим разбросом
параметров. Исследуя свойства транзисторов на частоте 27,12 МГц (рабо-
чая частота наших устройств дистанционного управления) , мы сможем
рассортировать их на две группы. Те, что надежно сохраняют усилитель-
ные свойства на частоте 27,12 МГц, будем применять для изготовления
ВЧ-генератора, оконечных каскадов передатчика, входных каскадов
приемника и каскадов усилителя промежуточной частоты. Остальные пой-
дут на изготовление усилителей низкой частоты (НЧ), импульсных схем
и усилителей выпрямленного напряжения в цепях питания.
Для экспериментальных исследований воспользуемся схемой генера-
тора синусоидальных колебаний с частотой 27,12 МГц (рис. 90) , который
может быть применен и в приборах дистанционного управления.
Внимательно рассмотрев схему, мы увидим знакомые уже нам эле-
менты. Резисторы R{ и R2 образуют для транзистора делитель напряже-
ния, определяющий положение рабочей точки. Резистор R3 стабилизи-
рует это положение. По высокой частоте резистор R3 зашунтирован
конденсатором С3, предназначенным для того, чтобы возникающее напря-
жение ВЧ-колебаний целиком падало на нагрузочном сопротивлении
(на контуре ЬХС2). Расчеты показывают, что на частоте/ = 27,12 МГц
реактивное сопротивление конденсатора С3 составляет всего
1 1 с- В
С 2nfC3 2- 3,14* 27,12- 106- 4,7* 10~9 А-с -1’25Ом’
104
Рис. 90. Схема высокочастотного генератора
на 27, 12 МГц.
- испытуемый транзистор; обмотки
1-2 и 3—4 — соответственно из 16 и 4 вит-
ков медного провода 00,5 мм на общем
каркасе 05 мм.
Обладая столь малым по сравнению с
R3 = 1 кОм сопротивлением, кон-
денсатор С3 на высоких частотах
практически замыкает эмиттерный
контур накоротко.
Сопротивлением нагрузки служит
колебательный контур Lj С2. С по-
мощью подстроечного винта сер-
дечника можно настроить генератор
точно на резонансную частоту, на которой он, как известно, приобретает
очень высокое сопротивление.
В схеме, приведенной на рис. 90, показан и новый, незнакомый еще
нам элемент — кварцевый резонатор. Согласно положению о работе с ра-
диоустановками, рабочая частота всякого передатчика должна быть
очень стабильной; отклонения от нее допускаются самые незначительные
(например, 27,12 МГц ±0,6%). Именно для повышения стабильности в
схему передатчика и включают кварцевый резонатор. Наряду с этим он
выполняет также роль элемента обратной связи при генерации колебаний.
Кварцевый резонатор состоит из кристалла, в котором при подведении
электрического напряжения возникают механические напряжения (из-
меняющие его размеры). Периодически меняя приложенное напряжение,
возбуждаем в кристалле механические колебания. При совпадении час-
тоты собственных колебаний кварца с частотой электрических (возбуж-
дающих) колебаний наступает резонанс. Суть заключается в том, что
частота собственных колебаний кварца высокостабильна. У кварцевых
резонаторов, применяемых в наших схемах, стабильность частоты сос-
тавляет:
в диапазоне температур от -20 до 70° С
А/
/
= ±5- 10~5;
в диапазоне температур от 22 до 28° С
А/
-------- ±3- 10~5,
f
иными словами, отклонение от основной частоты — не более 0,0059г.
Таким образом, с помощью кварцевого резонатора для частоты
27,12 МГц допустимое правилами отклонение на ±0,6% надежно обеспе-
105
Рис. 91. Кварцевые резонаторы: а -
в чехле; б - со штепсельной розет-
кой; в - со снятым корпусом.
чивается. В дальнейшем мы уви-
дим, что незначительное откло-
нение частот от номинального
значения является даже достоин-
ством. Оно позволяет использо-
вать одновременно в одном и
том же канале 27.12 МГц нес-
колько передатчиков. По сравне-
нию с испытанным ранее колебательным контуром, имеющим затухание
затухание кварцевого резонатора d ^0,005% представляет со-
бой ничтожно малую величину. В технике для характеристики данного
свойства колебательного контура пользуются и величиной, обратной
1
затуханию, которую называют добротностью () =---- . Для практичес-
кого применения кварцевые резонаторы выпускаются в металличес-
106
Рис. 93. Монтаж ВЧ-генератора на
I, мА
Рис. 94. Кривая настройки ВЧ-гене-
ратора.
печатной плате.
1 — точка наилучшей стабильности
колебаний; 2 — точка наибольшей
, амплитуды ВЧ-колебаний.
ких корпусах (микроминиатюр-
ные резонаторы). Имеются кварце-
вые резонаторы больших (напри-
мер, HC-6/U) и меньших (HC-25/U)
размеров. Оба варианта — со штекерным включением. Внешний вид
кварцевых резонаторов показан на рис. 91.
Выберем тип HC-25/U. Для лучшего использования кварцевого резо-
натора (а также для дополнительной его защиты от механических пов-
реждений) натянем на него поливинилхлоридный изолирующий чехол
с клапаном. На клапане напишем номер канала и сведения о его принад-
лежности к приемнику или передатчику. Для наших целей пригодны
любые имеющиеся в продаже кварцевые резонаторы, лишь бы они рабо
тали на частоте соответствующего канала. Для оперативной смены квар-
цевых резонаторов при переходе системы дистанционного управления
на работу в другом канале следует выбирать кварцевые резонаторы
штекерной конструкции, а на печатных платах иметь соответствующие
штекерные гнезда.
С помощью ВЧ-генератора, который в дальнейшем станет составной
частью передатчика системы дистанционного управления, мы генерируем
и излучаем ВЧ-колебания. Для этого требуется получить соответствующее
разрешение. Право на проведение экспериментов с ВЧ-колебаниями и
изготовление передатчика системы дистанционного управления мы приоб-
ретаем лишь с получением такого разрешения.
Вернемся, однако, к нашему ВЧ-генератору. Произведя на печатной
плате (рис. 92) монтаж всех элементов схемы (рис. 93), проверим еще
раз все пайки на прочность и отсутствие перемычек. Выше упоминалось,
что этой же самой схемой мы будем пользоваться и для проверки частот-
ных свойств транзисторов, поэтому на плате должны быть предусмотрены
штекерные гнезда для включения транзистора. Подключим к генератору
плоскую батарею 3R12 и измерим с помощью авометра потребляемый
ток (между источником и плюсовой шиной) . При полностью выдвинутом
сердечнике катушки Lx с помощью К установим общий ток равным
примерно 5 мА. Пластмассовой отверг к ой (или, если ее нет, заточенной
107
тох.50мм
Источник
ВЧ-коле5ании
Авометр или
{уj лам новый
Вольтметр
Рис. 95. Схема прибора для измерения1 мощности ВЧ-колебаний.
пластмассовой вязальной спицей) будем ввинчивать сердечник в катуш-
ку. Ток при этом будет медленно расти. С помощью К2 сместим рабочую
точку так, чтобы ток не превышал 10 мА. При некотором определен-
ном положении сердечника частота колебаний контура сравняется с ре-
зонансной частотой кварца. При совпадении этих частот потребляемый
ток будет наибольшим. Если ввинчивать сердечник дальше, колебания
резко сорвутся и ток упадет до начальнихо малою значения (рис. 04).
Выдвинем сердечник из катушки к повторим всю процедуру сначала
Достигнув резонанса, повернем сердечник на полоборота назад. Колеба-
тельный контур при этом, конечно, несколько расстроится, зато генера-
тор будет теперь работать наиболее стабильно.
Важным свойством хорошего генератора является то, что он работает
в режиме автоколебаний, т. е. на самовозбуждении.
Проверим на самовозбуждаемость наш генератор, для чего выклю-
чим и включим несколько раз напряжение питания. Невзирая на срывы
колебаний, после включения ток должен сразу достичь своего прежнего
значения. Учитывая, что наш генератор должен применяться и для испыта-
ний, соберем его на одном из серийных транзисторов (например, SF-135с).
Если мы захотим проверить частотные свойства какого-либо некондицион-
ного транзистора, нужно будет всего лишь измерить потребляемый ток.
У некондиционных транзисторов, предназначаемых для ВЧ-устройств,
этот ток должен составлять не менее 8 мА. Если он окажется ниже, то ис-
пытуемые транзисторы годятся только для низкочастотных и импульсных
устройств. Предлагаемая схема (см. рис. 90) пригодна для проверки
п-р-п-транзисторов. При желании проверить р—п—ртранзистор необходи-
мо изменить полярность источника питания.
Мы измеряем мощность Определить с достаточной точностью выход-
вч-колебаний ную мощность передатчика можно весьма
несложным способом. Если к выводу 3
катушки связи Lj ВЧ-генератора (см. рис. 90) припаять медный провод
длиной около 1,5 м, то этот провод будет исполнять роль передающей
антенны, т. е. излучать часть генерируемых контуром LrC3 ВЧ-колебаний
Однако для целей измерения нужно эти колебания не излучать, а обращать
в тепло в эквиваленте антенны. Последний представляет собой включен-
ные параллельно резисторы ЯЯ4 и подключается к генератору
вместо антенны, которая в этом случае должна быть отсоединена. Для из-
мерения мощности высокочастотное напряжение выпрямляется германие-
108
вым диодом и сглаживается накопительным конденсатором С2 (рис. 95).
По постоянному току нагрузочные резисторы разделяются от высоко-
частотного контура конденсатором (\ . Для измерений лучше всего поль-
зоваться высокоомным вольтметром (идеальным был бы ламповый
вольтметр): такой измерительный прибор практически не представляет
собой нагрузки для генератора. Вследствие этого измерения и расчеты
мощности ВЧ-колебаний Рвч можно вести, взяв за основу пиковые зна-
чения высокочастотного переменного напряжения (7тВц. Тогда, зная, что
//2
р _ Сэфф ВЧ
п _ ЦпВЧ „
где Цфф вч —7—, а к - сопротивление эквивалента антенны,
равное 60 Ом, получаем
Р =
г вч
^тВЧ
2К
Считав, например, со шкалы вольтметра значение / вч =6,02 В, имеем
6,022 В2
рвч =-----------
вч 2-60 Ом
36,24 В- В- А
120 В
~ 300 мВт.
Таким образом, по измеренному значению высокочастотного напряжения
всегда можно вычислить соответствующее ему значение мощности высо-
кой частоты.
При изготовлении схемы по рис. 95 нужно обратить внимание на
следующее обстоятельство. Мы знаем, что при частоте 27,12 МГц для
получения необходимой индуктивности колебательного контура доста-
точно иметь на катушке всего несколько витков провода. Это означает,
что любой, Даже очень короткий, кусочек провода уже будет представ-
лять собой известную индуктивность (чаще всего нежелательную) ,а меж-
ду близко один к другому расположенными проводами возникнет па-
разитная емкость. Поэтому все провода высокочастотных схем, исключая
антенну, следует выпол-
нять как можно более ко-
роткими и разносить их
между собой как можно
дальше.
Рис. 96. Печатная плата (а)
и схема расположения эле-
ментов на плате (б) прибо-
ра для измерения мощности
ВЧ-колебаний.
М= 1:1
R3 и R д расположены под
R1 и R 2.
109
Рис. 97. Монтаж прибора для измерения
мощности ВЧ-колебаний.
Печатная плата измерителя
мощности ВЧ-колебаний и схема
расположения элементов на плате
показаны на рис. 96, монтаж — на
рис. 97. Для присоединения источ-
ника напряжения высокой частоты
(в нашем эксперименте это катуш-
ка связи L !) воспользуемся двумя
короткими кусочками (до 5 см)
медного многожильного провода.
Эквивалент антенны образуется че-
тырьмя углеродистыми резистора-
ми по 240 Ом каждый (см. рис. 95).
Рис. 98. К измерению мощности высоко-
частотного генератора: а — схема; б —
характеристика.
Резисторы должны быть включены параллельно друг другу, благодаря
чему общее их сопротивление составит 60 Ом. Какое значение имеет это
сопротивление 60 Ом, мы узнаем позже, при изготовлении передатчика
(см. „Антенна излучает высокую частоту”) - Обычные углеродистые ре-
зисторы изготовляются со спиральной нарезкой, вследствие чего на часто-
те 27,12 МГц они обладают большой индуктивностью. Поэтому в качест-
ве резисторов следует применять по возможности высокочастотные пле-
ночные резисторы без спиральной нарезки. Напомним, что при параллель-
ном соединении резисторов их. общая индуктивность становится меньше,
чем у каждого из резисторов в отдельности. Провода, идущие к измери-
тельному прибору, делают такой длины, чтобы было удобно работать.
Соединим теперь клеммы 1 и 2 измерителя мощности ВЧ-колебаний
с катушкой связи испытуемого генератора и подключим авометр к клем-
мам 3 и 4 (рис. 98, а). Если имеется второй измерительный прибор,
используем и его для измерения тока, потребляемого генератором. В за-
висимости от качества транзистора при потребляемом токе 10 мА напря-
жение высокой частоты должно составлять около 0,65 В. Это соответству-
ет мощности высокой частоты примерно 3,5 мВт. .
Повторяя снова настройку генератора с подключенным к нему изме-
рителем мощности, заметим, что при некотором положении сердечника
имеет место максимум мощности высокой частоты. Примечательно,
что этот максимум наступает при установке сердечника в положение
1 10
наибольшей стабильности колебаний В передатчике колебаниями ВЧ-ге-
нератора управляются последующие каскады, и это является еще одной
причиной того, почему настройка генератора осуществляется на точку
наибольшей стабильности и максимальной отдачи мощности.
Исследуем теперь зависимость отдаваемой мощности от напряжения
на зажимах источника питания. При напряжении питания 4,5 В установим
ток. потребляемый генератором, равным 10 мА. По ходу эксперимента
будем повышать напряжение питания от 1,5 В скачками по 1,5 В до зна-
чения 12 В. Одновременно будем измерять потребляемый постоянный ток
и амплитудные значения напряжения высокой частоты (щч- Найденные
значения сведем в таблицу и, вычислив мощность постоянного тока и
мощность высокой частоты Рвч, построим график (рис. 98, б). Получае-
мые экспериментальные графики в той или иной степени будут отличаться
от образцового, представленного на рис. 98, б, поскольку все измеренные
и вычисленные величины очень сильно зависят от типа транзистора и его
параметров. Однако в любом случае этим характеристикам присуща одна
и -та же особенность, которая состоит в том. что отдаваемая мощность вы-
сокой частоты растет прямо пропорционально мощности потребляемого
постоянного тока.
Таким образом, мы установили, что для получения от ВЧ-генератора
нужной мощности высокой частоты необходимо иметь высокое напря-
жение источника питания.
Мы передаем и принимаем
ВЧ-колебания
Как нам уже известно, ВЧ-колебания, генерируемые ВЧ-генератором,
могут излучаться антенной. Припаяв к клеммам ВЧ схемы генератора
(см. рис. 90) в качестве антенны отрезок медного провода длиной около
1 м и расположив его вертикально, мы получим простейший, поначалу
еще маломощный высокочастотный передатчик. С его помощью уже
можно провести первые опыты по передаче. Для регистрации излученных
колебаний изготовим простейший приемник, который в дальнейшем
можно будет использовать в качестве вспомогательного прибора при на-
стройке передатчика системы дистанционного управления. Приемник этот
детекторный, рассчитанный на 27,12 МГц (рис. 99 и 100) .На свою 50-сан-
тиметровую антенну он принимает ВЧ-колебания и подает их на колебатель-
ный контур Г j (\ , настроенный на частоту передатчика (ВЧ-генератора)
27,12 МГц. Вследствие резонанса на клем-
мах приемника возникает переменное нап-
ряжение частот 27,12 МГц. Это напряжение
выпрямляется диодом Д{ (рис. 101), про-
Рис. 99. Схема высокочастотного приемника
на 27,12 МГц.
L\ — катушка из 12 витков медного провода
00,5 мм на каркасе 05 мм.
111
a)
6)
Рис. 100. Печатная плата (а) и схема расположения элементов (б) высоко-
частотного приемника.
пускающим только положительные полуволны высокочастотного напря-
жения. Конденсатор С2 накопительный, поэтому в точке 2 снимается уже
выпрямленное и сглаженное напряжение, которое может быть измерено
авометром.
Приемник изготовляется с таким расчетом, чтобы его можно было
крепить непосредственно к измерительным клеммам прибора. Для при-
соединения антенного провода предусмотрено специальное гнездо, так что
этот вспомогательный прибор оказывается весьма удобным в эксплуата-
ции. Для наших первых опытов с передачей и приемом сигналов ВЧ-гене-
ратор должен работать при напряжении питания 9 В. Приемник с присое-
диненной антенной удалим от генератора на 20 см. Затем, медленно вра-
щая сердечник катушки L j приемника, будем вводить его в катушку
до тех пор, пока стрелка измерительного прибора (шкала 100 мВ) не от-
клонится до максимального значения. Закрепим сердечник в этом поло-
жении с помощью капли воска (расплавив паяльником кусочек воска
от свечи). Итак, приемник настроен.
Теперь для знакомства со свойства-
ми высокой частоты проведем три
эксперимента:
1-й эксперимент. ВЧ-генера-
тор работает при напряжении источника
питания 4,5 В и 9 В. Приемник удален на
расстояние 20 см.
t
Рис. 101. Напряжения в контрольных точках
высокочастотного приемника.
1 12
Результаты. При питании от 4,5 В измеренное напряжение высокой
частоты составляет лишь половину того, что снимается при 9 В.
Выводы. При половинном значении напряжения питания отдаваемая
генераторам мощность тоже вдвое меньше, чем при полном напряжении»
Поэтому и напряженность поля передатчика, а значит, и напряжение высо-
кой частоты, снимаемое с приемника, тоже будут вдвое меньше. Таким
образом, с помощью ВЧ-приемника мы можем получить представление о
напряжении высокой частоты (относительные измерения), а значит, и
оценить мощность или напряженность поля передатчика.
ВЧ-приемник в дальнейшем сослужит нам добрую службу в качестве
измерителя напряженности поля высокой частоты.
2-й эксперимент. ВЧ-генератор работает при напряжении
питания 9 В. приемник постепенно удаляется от расстояния в 20 см до 1 м.
Результаты. С увеличением расстояния уменьшается напряженность
поля передатчика. Однако для надежного функционирования системы
дистанционного управления моделями необходимо иметь на выходе
приемника достаточно высокое напряжение сигнала. Следовательно,
расстояние между приемником и передатчиком мы не можем увеличи-
вать произвольно. Различают напряженность поля в месте передачи и
напряженность поля в месте приема (в обоих случаях имеются в виду
поля высокой частоты). Напряженность поля в месте приема не должна
падать ниже некоторого минимума, который определяется свойствами
самого приемника. Применяя приемник, собранный по схеме, приведен-
ной на рис. 99, отклонение стрелки прибора удается наблюдать лишь
на расстояниях, не превышающих 2 м. Для увеличения дальности действия
следует применять передатчик повышенной мощности (с более значитель-
ной напряженностью поля в месте передачи) и более чувствительный
приемник (обеспечивающий требуемое управляющее напряжение при
значительно более низкой напряженности поля в месте приема) .
3-й эксперимент. ВЧ-генератор работает при напряжении
питания 9 В. Приемник отнесен от передатчика на 30 см. Антенну передат-
чика (первоначально параллельную антенне приемника) отклоняем от
вертикального положения в обе стороны на 90°. Касаться антенны ру-
кой нельзя, поэтому отклонять ее будем с помощью нити длиной 50 см,
которую закрепим за кончик антенны.
Результаты. Измеренное напряжение высокой частоты снижается
от максимального значения, получаемого при параллельном взаимном
расположении передающей и приемной антенн, почти до нуля при их вза-
имно перпендикулярном расположении. В какую сторону отклоняется
антенна, значения не имеет.
Выводы. Излучаемые колебания высокой частоты мы должны прини-
мать по возможности без потерь, поэтому необходимо тщательно следить
за тем, чтобы передающая и приемная антенны всегда были направлены
одинаково и никогда не оказывались перпендикулярными друг другу.
Высокая частота усиливается
и модулируется
Теперь перед нами возникают две существенные проблемы: во-пер-
вых, наложение колебаний частоты сигнала на колебания несущей частоты
в передатчике (модуляция) и, во-вторых, обратное выделение колебаний
частоты сигнала из модулированных колебаний несущей частоты в при-
емнике (демодуляция). Кроме того, следует объединить известные уже
нам функциональные блоки в одну общую комплексную схему — пере-
датчик и изготовить этот передатчик как единый прибор. Для этого нам
придется выполнить некоторые механические работы. На рис. 102 пока-
зано, какие функциональные блоки входят в состав передатчика, а ка-
кие - в состав приемника.
Остановимся сперва на схеме передатчика. Функции отдельных бло-
ков и их взаимодействие ясны из рис. 102. С помощью приведенной схе-
мы мы можем ,,читать” и принципиальную схему передатчика, приведен-
ную на рис. 103. Отыщем на ней сначала знакомые уже нам каскады.
Слева показан ВЧ-генератор. Он такой же, как тот, что мы собирали по
схеме, представленной на рис. 94, для экспериментальных исследований.
Для того чтобы познакомиться с принципом работы и свойствами вы-
сокочастотных оконечных каскадов, антенны и модулятора, соберем
пробную схему, но не на экспериментальной плате, а прямо на плате пе-
редатчика. Это необходимо потому, что свойства высокочастотных схем
сильно зависят от их механического исполнения. Пробная схема, собран-
ная на отдельной плате, может вести себя совсем иначе, чем конструкция
на плате передатчика.
Рис. 102. Структурная схема устройства дистанционного управления.
114
Усилитель Колебания высокой частоты, генерированные
высокой частоты ВЧ-генерагором, можно было бы в принципе
модулировать низкочастотным сигналом (НЧ-
сигналом) и излучать. Однако мощность их весьма мала и радиус действия
такого передатчика оказался бы очень незначительным. Поэтому прежде
чем излучать ВЧ-колебания, их необходимо усилить. Для этой цели пред-
назначены усилительные каскады на транзисторах Т2 и Т3. Рассмотрим
сперва каскад на Т2 (рис. 104). В отличие от известных уже нам усили-
тельных каскадов он содержит параллельный контур, состоящий из
катушки и конденсатора и включенный в коллекторную цепь Т2. С такой
схемой мы уже знакомы. Это колебательный контур (как мы назвали
его ранее — схема с особыми свойствами). С его помощью можно реали-
I I Y 1 ।
В Ч-генератор \ВЧ-усилитель \ Оконечный Антенна 1 I Модулятор I
I каскад _______________[ у j_____________4
йг п ^1*3
10 к^ 1000^00
IP1
Торн
£21
3
\wo
НН
1000
pH
02
С*10к
10
0s
27
№
12Л
001
'200 мкА
др
рп 0ц_
'270150[
Rs I, 1
м , 14
Ofo 1ь I—
'с,
HF
\15Л
120
Cib 1000
—II—
Cis
1000
Модули
рунлцие
импульсы
(Lb дез сердечника)
Рис. 103. Принципиальная схема высокочастотной части передатчика.
Т ранзистор Тип
т, SF136, BF241 и др
SF 136, 2N2218 и др. с радиаторами
Т3 SF126, 2N2218 и др. с радиаторами
SF126, ВС338 и др.
Катушка Число витков и диаметр
индуктив- медного провода
ности
1-1 10; </>0,2 мм
1-2 2x5; ф0,8 мм
1-2, I-. 8;ф! мм
1-1 1 3; ф0,8 мм
Др* 30; ф0,2 мм
*Можно использовать дроссель
промышленного’ производства ин-
дуктивностью ЮмкГн.
1 15
зовать на резонансной частоте относительно высокое сопротивление
переменному току. Для всех других частот колебательный контур пред-
ставляет собой незначительное сопротивление, а следовательно, и усили-
вает их соответственно намного слабее. Это очень важно, поскольку
радиоустройство пропускает только вполне определенную долю высших
гармоник.
Что такое высшие гармоники? До тех пор, пока мы имеем дело
только с чисто синусоидальными колебаниями, существует всего одна
гармоника — основное, исходное колебание. Однако стоит такую синусои-
ду несколько ограничить по амплитуде, как возникают колебания почти
прямоугольной формы. На рис. 105 наглядно показано, как из суммы
синусоидальных составляющих можно получить колебания прямоуголь-
ной формы. Следовательно, прямоугольные колебания в свою очередь
можно рассматривать как сумму синусоидальных. Для расчетов, связан-
ных с гармониками, применяют специальный математический аппарат —
гармонический анализ (ряды и интеграл Фурье). Он позволяет опреде-
лить число и долю синусоидальных колебаний различной частоты в коле-
баниях иной формы. Из рис. 105 видно, что помимо синусоидального
колебания основной частоты всегда имеется множество колебаний
с меньшими амплитудами и частотами, кратными основной частоте. Эти
колебания и носят название высших гармоник. В соответствии с действую-
щими правилами частоты гармоник не должны превышать некоторого
определенного значения. На частотах 2/0 или 3/0 колебательный контур
уже почти полностью расстроен, т. е. находится вне резонанса, поэтому
колебания таких частот усиливаются очень слабо. И все же доля высших
гармоник может оказаться еще столь значительной, что потребуются
мероприятия по их подавлению.
В усилительном каскаде на Т2 достаточно подавления высших гармо-
ник с помощью простого параллельного колебательного контура. Для то-
го чтобы транзистор Т2 не сильно подавлял основную гармонику (резо-
нансную частоту), его коллектор присоединен к отводу катушки Л2. Рас-
смотрим теперь другие элементы усилительных каскадов.
^4
о------1-
ВЧ-ffxod
Рис. 104. Высокочастотный усилитель-
ный каскад.
Рис. 105. Основная частота и гармо-
ники колебаний прямоугольной
формы.
1 — основная частота (синусои-
дальные колебания); 2 — третья
гармоника; 3 — сумма основной
частоты и третьей гармоники; 4 —
прямоугольные колебания.
116
У внимательного читателя наверняка уже возник вопрос: если рас-
смотренный каскад — усилительный, то где же тогда делитель базового
напряжения? Различают режимы работы усилителей трех основных клас-
сов, обозначаемых буквами А, В и С. Усилители, с которыми мы познако-
мились ранее, работают в режиме класса А. Для осуществления такого
режима с помощью некоторой схемы (в нашем случае это был дели-
тель базового напряжения) рабочая точка на нагрузочной характеристи-
ке выбирается с таким расчетом, чтобы по обе стороны от нее были при-
мерно одинаковые части характеристики. Без иодачи управляющих сигна-
лов через транзистор протекает ток покоя /0
^ктах
В режиме класса В смещение на базу отсутствует, благодаря чему
на всю характеристику приходится только положительная полуволна.
Это повышает коэффициент полезного действия усилителя (теоретичес-
ки он может достигать 78,5%). Кроме того, по сравнению с режимом клас-
са А облегчается температурный режим транзистора.
Самым благоприятным режимом работы передатчика является режим
класса С, ибо здесь при теоретически достижимом КПД 89,7% практичес-
ки надежно удается получить 85%. Рабочая точка сдвигается еще дальше
в область отсечки, так что транзистор усиливает лишь вершины синусоид
(рис. 106). Вследствие этого усиление в режиме класса С несколько мень-
ше, зато обеспечивается хорошая температурная стабильность. По сравне-
нию с другими режимами в режиме класса С при той же самой мощности
высокой частоты тепловые потери транзистора наименьшие. Кроме того,
схема чрезвычайно проста. Напряжение для смещения рабочей точки
влево вдоль оси ГС)) получается за счет комбинации элементов К и Св
цепи эмиттера (автоматическое смещение).
В режиме класса С транзистор усиливает лишь часть управляющего
напряжения, поэтому его выходное напряжение очень сильно искажено и
и содержит множество высших гармоник. Отсюда понятно, почему при
описании последующих частей схемы необходимо уделять самое присталь-
ное внимание подавлению высших гармоник.
Для того чтобы путем комбинации
элементов К и С в эмиттерной цепи можно
было эффективно обеспечить требуемый
сдвиг рабочей точки, присоединим базу
через R$ к минусовому проводу (см.
рис. 103). С действием конденсаторов свя-
зи С4 и С7 мы, по существу, познакомились
уже при рассмотрении работы К ( -усилите-
ля (см. „Транзистор играет роль усилите-
ля”) . Резисторы К 5 и К 7 в схеме, приведен-
ной на рис. 104, подключены к минусу
Рис. 106. Рабочая характеристика усилительного
каскада в режиме класса С.
1 17
Рис. 107. К получению полосового фильтра: а — параллельный колебательный
контур; б - параллельный колебательный контур с разделенной емкостью;
в —простой полосовой фильтр; г — двухзвенный полосовой фильтр.
источника питания. В схеме на рис. 103 они подключены к коллектору
модуляторного транзистора, который закорачивается на корпус в такт
с модулирующим напряжением. Поэтому действие резисторов К5 и R?
ничем не отличается от рассмотренного при описании работы схемы
ВЧ-усилителя. На сам процесс модуляции мы обратим в дальнейшем
более пристальное внимание.
Рассмотрим теперь оконечный каскад ВЧ-усилителя на транзисторе
Т3. Схему двухкаскадного ВЧ-усилителя мы выбрали для того, чтобы
обеспечить приемлемое межкаскадное согласование. ВЧ-генератор дол-
жен обеспечить высокую надежность колебаний и безупречную работу
на всех высокочастотных каналах. В усилительном каскаде на Г2,слабо
связанном с генератором через конденсатор С4, колебания высокой час-
тоты в определенной степени усиливаются и модулируются. Окончатель-
ное же их усиление до требуемой мощности происходит в оконечном кас-
каде, собранном на транзисторе 7’3. Здесь нам приходится иметь дело
с существенно большими мощностями, поэтому необходимо предусмот-
реть дополнительные мероприятия по подавлению высших гармоник
и согласованию каскадов. Для подавления высших гармоник воспользу-
емся снова свойствами параллельного колебательного контура. Комби-
нация элементов L и С в коллекторной цепи транзистора Т3 на первый
взгляд может показаться очень запутанной, однако это не что иное, как
тот же самый параллельный колебательный контур. Рассмотрим его не-
сколько внимательнее. В специальной литературе такие схемы называют
полосовыми фильтрами.
На рис. 107 показано, как можно получить полосовой фильтр из
обычного параллельного контура. Сперва конденсатор Со заменяется
на (\ и С2 • При этом для получения той же резонансной частоты емкости
конденсаторов (\ и С2 должны быть вдвое больше, чем Со. Общая точка
между конденсаторами (\ и С2 соединяется с корпусом. ВЧ-колебания
снимаются с точки В колебательного контура, поэтому напряжение пита-
ния должно подаваться на транзистор Т через дроссель Др. Для частоты
/ =27,12 МГц дроссель с индуктивностью 10-20 мкГц представляет со-
бой большое индуктивное сопротивление, тогда как постоянное напряже-
ние питания проходит через него беспрепятственно. Название фильтра та-
кая схема носит потому, что для высших гармоник она является преградой,
а основную частоту пропускает свободно Действие фильтра можно объяс-
1
нить следующим образом. В соответствии с формулой V
сопротивление конденсатора тем меньше, чем выше частота. Для колеба-
ний основной частоты /0 конденсатор С\ , соединяющий точку А с корпу-
сом, представляет, таким образом, довольно высокое сопротивление.
При 3/0, 4/о и т. д. сопротивление \< ! становится все меньше, так что
высшие гармоники практически замыкаются на корпус. Аналогично
действует и конденсатор С2. связывающий с корпусом точку В. Отсюда
видно, что емкости и С2 следует выбирать по возможности большими.
Расчет параметров С\, С2 и L достаточно сложен, поэтому при уточнении
применяемой нами схемы передатчика снова прибегнем к оправдавшему
уже себя методу подбора параметров.
С целью дальнейшего улучшения подавления высших гармоник
можно простой полосовой фильтр превратить в двухзвенный. Средний
конденсатор в таком фильтре обладает еще более высокой емкостью,
благодаря чему эффективность действия фильтра существенно возрас-
тает.
Двухзвенный полосовой фильтр, называемый часто я-фильтром,
имеет еще одно замечательное свойство. Мы знаем, что транзистор в за-
висимости от того, по какой схеме он включен (с общей базой, общим
эмиттером или общим коллектором), обладает различными входными
и выходными сопротивлениями. При желании добиться максимального
усиления мощности, а именно это и является задачей оконечного каскада,
каскады должны быть согласованы. Условием согласования является
равенство выходного сопротивления усилительного каскада входному
сопротивлению следующего каскада.
Нам известно, что я-фильтр содержит в себе емкостной делитель на-
пряжения, а значит, с его помощью мы тоже можем решать проблему
согласования. В зависимости от нагрузки транзистор оконечного каскада
имеет выходное сопротивление 50—300 Ом. С этим каскадом нужно сог-
ласовать антенну, сопротивление которой составляет около 35 Ом. Боль-
шему сопротивлению соответствует и большая доля подаваемого на де-
литель напряжения, а значит, входная емкость я-фильтра (со стороны
транзистора) должна иметь меньшее значение. Меньшее сопротивление
(в точке присоединения антенны) согласуется с выходным сопротивлени-
ем транзистора за счет большего значения выходной емкости фильтра.
Итак, подведем итоги: я-фильтр как колебательный контур выход-
ного каскада вполне удовлетворительно выполняет задачи подавления
высших гармоник и согласования передатчика с антенной. Для точной
настройки колебательного контура оконечного каскада на резонансную
частоту катушка индуктивности фильтра снабжена подстроечным сер-
дечником.
Модуляция колебаний Нам уже известно, что колебания высокой
высокой частоты частоты используются при передаче сигнала
или команды лишь в качестве несущих, а соб-
ственно командная информация содержится в импульсном сигнале.
119
а)
Рис. 108. Наложение двух колебаний:
а - колебания основной частоты f Y; б -
колебания частоты /21 в ~ коле-
бания частоты /2 2 f 1 > г ~ суммарные
колебания с огибающей, имеющей часто-
ту /з-
Для осуществления передачи необ-
ходимо наложить на ВЧ-колебания
импульсный сигнал (промодулиро-
вать низкой частотой /н ч высокую
/вч). Какие же физические процес-
сы протекают при этом? Рассмот-
рим для пояснения временные ди-
аграммы, приведенные на рис. 108.
Для примера мы выберем две частоты и /21 > не очень сильно отличаю-
щиеся друг от друга (J\ больше f21) - На колебания частоты f\ наложим
колебания частоты/21 ПРИ условии, что амплитуда последних меньше.
Суммируя по точкам обе кривые (рис. 108, а и (?) , получим результиру-
ющие колебания (рис. 108, г). Характерным для суммарных колебаний
является то, что их частота совпадает с /Д, а амплитуда меняется в соот-
ветствии с огибающей. Оказывается, что огибающая результирующих
колебаний является периодическим процессом с частотой /3. Такую же
частоту огибающей / 3 мы получим и в том случае, если колебания частоты
наложим на колебания частоты f2 2, где /22 > f i (рис. 108,в).
Таким образом, наряду с основными колебаниями частоты , ампли-
туда которых меняется по закону огибающей с частотой /3, имеют место
разностные или суммарные колебания /21 = /j /3 или /22 = /i + /з-
Совершенно то же самое происходит при модуляции в передатчике систе-
мы дистанционного управления. Модулируемая высокая частота f =
- 27,12 МГц (рис. 109) соответствует частоте f\ в нашем примере, а мо-
дулирующий импульсный сигнал — частоте огибающей /3 . То, что огибаю-
щая на рис. 109 в отличие от огибающей на рис. 108, г имеет прямоуголь-
ную форму, объясняется лишь особенностями типа модуляции, принцип
же ее в обоих случаях остается неизменным. Ведь нам известно, что пря-
моугольные колебания представляют собой сумму основной и множества
высших синусоидальных гармоник. Важно помнить лишь о том, что
в модулированных ВЧ-колебаниях содержатся следующие частоты:
./1 - /з ~/вч “ /нч (нижняя боковая частота);
/1 -/вч (несущая частота);
/1 + /з ~/вч +/нч (верхняя боковая частота).
Таким образом, после модуляции импульсный сигнал проявляется
в боковых частотах или, иначе говоря, в огибающей, самостоятельно же
120
он больше не существует. Произошла трансформация низкой частоты в
область более высоких частот, о необходимости которой для передачи
информации говорилось выше. Возникшая вследствие модуляции смесь
частот (несущей и двух боковых) поступает на колебательный контур
оконечного каскада. Боковые частоты отличаются от основной всего при-
мерно на 0,01% и находятся поэтому в полосе пропускания колебательно-
го контура (затухание </ = 5 10%). Низкая частота присутствует в обеих
боковых, а это означает, что именно они (или, что то же самое, огибающая
модулированных ВЧ-колебаний) несут в себе сигнальную информацию.
Названия ,,верхняя и нижняя боковые частоты” становятся ясными при
рассмотрении рис. 1 10.
Передатчик низкочастотной системы дистанционного управления из-
лучает по меньшей мере четыре канальные частоты, поэтому будем гово-
рить не об отдельных боковых частотах, а о нижней и верхней боковых
полосах, в пределах которых лежат эти четыре частоты. Разность между
наивысшей и наинизшей боковыми частотами /в /н дает полосу пропус-
кания Д/ передатчика. В нашем случае Д/ = 8,6 кГц.
Мы знаем, что импульсный генератор генерирует напряжение сигнала,
а ВЧ-генератор — напряжение высокой (несущей) частоты и что для пе-
редачи сигнала высокую частоту следует промодулировап, низкой. Им-
пульсный сигнал представляет собой переменное напряжение, близкое
по форме к прямоугольному. С помощью низкой частоты мы можем
управлять работой электронного ключа Таким ключом является тран-
зистор 74 в схеме, представленной на рис. 103, управляемый через II 12 не-
посредственно от датчика канальных импульсов. Транзистор 74, вклю-
ченный между эмиттером транзистора Т2 и минусовой шиной источника
питания, в такт с импульсными сигналами размыкает и замыкает цепь
питания транзистора Т2. Вследствие этого на выходе оконечного каскада
в такт с импульсными сигналами то прерываются, то вновь возникают
колебания высокой частоты; высокая частота модулируется импульсны-
ми сигналами.
Теперь можно переходить к монтажу и опробованию передатчика.
-fB4 =27,12 МГц
Ubq
Рис. 109. Модулированные высокочас-
тотные колебания передатчика устройст-
ва дистанционного управления.
Верхние боко-
вые частоты
Нижние боко-
вые частоты
полоса | полоса
Полоса пропуска-
ни. я
Рис. ПО. Несущая частота и боковые
частоты при модуляции.
121
Рис. 111. Печатная плата (а) и схема расположения деталей (б) высокочастотной
части передатчика.
Рис. 112. Монтаж высокочастотной части передатчика.
1 22
Мы строим передатчик системы
дистанционного управления
Изготовив плату передатчика согласно рис. 111, намотаем все катуш-
ки и приклеим их (кроме катушки Ls) двухкомпонентным клеем к пла-
те, которая с помощью 17-миллиметровых распорных втулок привинчи-
ваемся к корпусу передатчика. Для быстрой смены каналов кварцевые
резонаторы должны легко вставляться и выниматься снаружи. С этой
целью на резонатор натягивают трубку из лакоткани. При вставленном
резонаторе эта трубка выступает наружу над поверхностью корпуса
примерно на 4 мм и резонатор теперь легко захватить и вынуть из гнезда
для замены.
Закончив пайку всех элементов монтажа (рис. 112) проверим рабо-
тоспособность передатчика без кварцевого резонатора. Прежде всего
вывинтим сердечники всех катушек. Схема при этом должна потреблять
ток мА.. Затем следует произвести предварительную настройку по вы-
сокой частоте. От качества этой работы зависит, сумеем ли мы добиться
максимальной мощности передатчика, а значит, и обеспечить его макси-
мальную дальность действия. В свою очередь, точность настройки по низ-
кой частоте сильно влияет на надежность функционирования отдельных
каналов, а тем самым и на надежность работы устройства в целом.
Предварительную настройку по высокой частоте следует произво-
дить на деревянном столе, с которого должны быть удалены все металли-
ческие предметы (инструменты и т. п.). Для настройки контуров понадо-
бится маленькая пластмассовая отвертка (заточенная пластмассовая вя-
Для настройки высокочастотной части нам
потребуется значительное время и большое
терпение. Максимумы в отдельных точках
согласования выражены очень остро; настро-
иться на них точно — задача достаточно сложная. Неточная же настройка
ведет к уменьшению излучаемой мощности, а значит, и дальности дей-
ствия.
Настройка генератора. Присоединим высокочастотный
блок к заряженному 12-вольтовому аккумулятору передатчика и вклю-
чим в плюсовой провод авометр (шкала 30 мА). При полностью вывер-
нутом сердечнике катушки (см. рис. 103) прибор должен показать
ток около 6 мА (при вставленном кварцевом резонаторе). Затем, медлен-
но вворачивая сердечник, будем наблюдать по прибору за возрастанием
тока до максимальною значения (примерно 12 мА), после чего повер-
нем сердечник на пол-оборота назад. Если у нас имеются кварцевые резо-
наторы на несколько каналов, их следует испытать в схеме; значения
токов при этом должны получиться примерно одинаковыми. Положение
сердечника катушки L । фиксируется капелькой воска и больше не долж-
но изменяться.
Пас г ройка ВЧ-усилйтеля. Прежде всею припаяем пере-
мычку от входа модулятора к шине +12 В. Потребляемый ток будет при
зальная спица).
Настройка
высокочастотной
части передатчика
123
этом более 20 мА. Врашая сердечник катушки />2, добьемся минимума
этого тока (резонанса в параллельном колебательном контуре; значение
тока должно быть меньше 20 мА).
Настройка оконечного каскада. Подключим парал-
лельно конденсатору С13 высокочастотный измеритель мощности (см.
рис. 96). Сперва проконтролируем ток, потребляемый всей схемой цели-
ком. Его значение должно быть примерно 60 мА (не забудьте переклю-
чить шкалу!). Если имеется еще один комбинированный прибор, приме-
ним его дополнительно для измерения мощности ВЧ-колебаний.
Путем вращения сердечника катушки /,3 (см. рис. 103) добиваемся
как можно более высокой мощности ВЧ-колебаний. Результат может быть
еще выше, если произвести регулировку катушки /,2. Потребляемый
ток должен достичь при этом 75 мА. Настроив высокочастотную часть
передатчика, дадим ей поработать на полную мощность в течение 20 мин.
После этого еше раз подстроим катушки /,2 и /,3 на максимум мощности
при потребляемом токе порядка 75 мА. Перемычку между Я2 и шиной
+ 12 В отпаяем лишь после того, когда будет подключена импульсная часть
передатчика (кодер).
Антенна излучает
высокую частоту
Антенна имеет назначение преобразовывать
с высоким КПД подводимую энергию ВЧ-ко-
лебаний в энергию электромагнитного поля.
Наибольшее значение силы электрического и магнитного полей при мини-
мальной подводимой энергии достигается, когда колебательный контур
возбуждается на собственной частоте (в случае резонанса) Для излучения
энергии сконцентрированные поля катушки и конденсатора преобразуют-
ся таким образом, чтобы их силовые линии пронизывали как можно боль-
шее пространство. Элементы контура следует ,,рассредоточить” так, что-
бы от замкнутого колебательного контура перейти к открыто-
м у . Для этого представим себе будто пластины конденсатора превраща-
ются в штыри. Силовые линии электрического поля охватывают простран-
ство между этими штырями (рис. 113).
Заряды стекают по штырям, что эквивалентно протеканию электри-
ческого тока, а это означает, что вокруг штырей образуется магнитное
поле. Разведя штыри так, чтобы один стал как бы продолжением другого
(с общей осью), мы получим антенну. Катушка теряет теперь свое преж-
нее назначение — быть индуктивностью колебательного контура; она слу-
жит только в качестве накопителя энергии.
Электромагнитное поле высокой частоты охватывает теперь простран-
ство вокруг антенны. При этом посередине возникает наиболее сильное
магнитное поле, а по обоим концам - наиболее сильное электрическое по-
ле. Поля распространяются во все стороны от антенны со скоростью
света. Такую антенну называют дипольной (или просто диполем) .
От распределения полей можно перейти к распределению токов
и напряжений (рис. 114). Там,где магнитное поле максимально, наиболь-
шее значение имеет и ток. Говорят, что посередине диполя возникает
пучность тока (максимум тока), а на концах узлы (минимум тока).
У электрическою поля, а следовательно, и распределенного напряжения,
124
д)
Рис. 113. К преобразованию замкнутого колебательного контура
в антрнну (открытый колебательный контур): а — замкнутый коле-
бательный контур; б— пространственное распределение электрическо-
го поля; в - пространственное распределение электрического и маг-
нитного полей между двумя параллельными проводниками (штыря-
ми) ; г - пространственное распределение полей при разведении
штырей; д - антенна-диполь.
1 — магнитное поле; 2 — электрическое поле; 3 — катушка связи.
посередине диполя, наоборот, узел, а по краям - пучности (см. рис. 114)
Таким образом, распределение тока и напряжения вдоль антенны в точнос-
ти соответствует половине длины волны. Поэтому диполь часто называют
полувол новым диполем. Для частоты 27,12 МГц полволны составляет
5,53 м. Для нашего передатчика антенна такой длины была бы, естествен-
но, очень неудобной. Поэтому необходимо искать пути укорочения антен-
ны. Если посередине диполя расположить металлическую пластину, то на
распределение полей это никак не повлияет, ибо здесь имеют место пуч-
ность тока и узел напряжения. А следовательно, можно безболезненно
Рис. 114. Распределение
тока и напряжения в
антенне.
Рис. 115. Заземленный
четвертьволновый
штырь.
125
удалить нижнюю половину антенны, не опасаясь нарушений структуры
поля верхней половины, надо только вместо нее вмонтировать в точке
питания диполя металлическую пластину или какой-либо другой соответ-
ствующий заменитель. Следует учитывать, однако, что укороченная подоб-
ным образом антенна излучает лишь половину прежней мощности и имеет
вследствие этого иные характеристики. Эту возможность используют
при конструировании систем дистанционного управления, поскольку
земную поверхность можно рассматривать как хорошо проводящий
слой. Наша антенна дистанционною управления представляет собой,
таким образом, заземленный четвертьволновый штырь (длина антенны
h = Х/4), или, как его еще называют, четвертьволновый вибратор
(рис. 115).
При вертикальном расположении штырь излучает вертикально поля-
ризованные волны. Для заземления корпус передатчика изготовляют
металлическим, а провода, ведущие к антенне, делают как можно коро-
че. Равным образом следует делать по возможности короткими и контакт-
ные соединения между общей минусовой шиной в схеме передатчика
и его металлическим корпусом. Корпус передатчика должен соединять-
ся с минусовой шиной схемы только в одной точке. Такой
точкой может служить точка ввода антенны („холодный” конец катушки
связи) или „холодный” конец второго либо третьего конденсатора
л-фильтра. Ни в каком другом месте схема передатчика проводящего
контакта с его корпусом иметь не должна: в противном случае могут воз-
никнуть нежелательные высшие гармоники, так называемые паразитные
колебания. Меры по обеспечению хорошего заземления оказывают непо-
средственное влияние на дальность действия передатчика. Из диаграммы
направленности четвертьволнового штыря, снятой при различных значени-
ях сопротивления заземления
и переходного сопротивления в месте
заземления, видно, что даль-
ность действия вблизи водной
поверхности или при сырой
почве существенно увеличива-
ется (рис. 116).
Остановимся теперь на
очень важном параметре ан ген-
Падение
напряжения
на катушке
Постоянный ток ,
'за счет постоянной
интенсивности поля
I внутри катушки
Рис. 117. Распределение тока в антенне
с удлинительной катушкой в основании
антенны.
I _ удлинительная катушка; 2 — катушка
связи.
Рис. 116. Вертикальная диаграмма
направленности четвертьволновой за-
земленной антенны для различных
проводимостей почвы.
7 - плохая проводимость; 2 — нор-
мальная; 3 — идеальная.
126
ны - сопротивлении излучения. Антенна преобразует энергию высокой
частоты в энергию излучения, поэтому теоретически мы можем заменить
ее (как нагрузку высокочастотного выходного каскада) омическим со-
противлением. При этом под сопротивлением излучения антенны будем
понимать эквивалентное сопротивление в месте присоединения антенны,
через которое протекает такой же ток, что и в настоящей антенне, и на
котором расходуется эффективная мощность, соответствующая мощнос-
ти излучения. У полуволнового диполя сопротивление излучения Кизл
составляет 73,2 Ом (для бесконечно тонкого вибратора), а у заземлен-
ного четвертьволнового штыря оно равно 36,6 Ом. Однако в действитель-
ности сопротивление излучения меньше, чем теоретическое. Теперь нам
ясно, что означает значение 35 Ом, с которым мы должны были согласо-
вывать оконечный каскад передатчика. Для уменьшения потерь нам также
следует стремиться, чтобы сопротивление излучения было как можно бли-
же к Кизл = 35 Ом. Осуществить это довольно сложно, поскольку даже
заземленный четвертьволновый штырь длиной 2,26 м все же неудобен
в эксплуатации. В технике дистанционного управления наиболее распро-
странены передающие антенны длиной 1,00—1,80 м. Если рассматривать
антенну как открытый колебательный контур, то емкость такого контура
будет известным образом определяться поверхностью антенны, а индук-
тивность — ее длиной. Укорачивая антенну, мы уменьшаем тем самым ее
индуктивность. Наибольшая же излучаемая мощность достигается, как
известно, при резонансе. Поэтому четвертьволновую штыревую антенну,
индуктивность которой уменьшена из-за укорочения, следует снова
„удлинить” путем подключения удлинительной катушки (дополнитель-
ная индуктивность), приводя тем самым ее в резонанс с излучаемыми
колебаниями. Присоединяется такая катушка в точке ввода антенны,
поскольку именно здесь протекает максимальный ток. Корректирующее
действие удлинительной катушки пояснено на рис. 117. Мы видим, что
с ее помощью ток антенны снова увеличивается до своего первоначального
значения. Теперь становится ясным назначение катушки L 5 в схеме, при-
веденной на рис. 103. Это удлинительная антенная катушка, не имеющая
127
Рис. 119. Разметка корпуса передатчика: а - верхняя стенка; б - передняя
стенка.
Стрелками 2, 4 и 1, 3 показано направление движения ручек управления; стрел-
ками 5 и 6 — направление движения подвижных контактов потенциометров.
128
отношения к я-фильтру. Число витков катушки (ее индуктивность)
зависит от степени укорочения антенны и должно быть тем больше, чем
короче штырь.
При сборке и настройке нашего первого передатчика мы не ставим
целью добиться максимальной дальности действия, поэтому применим
в качестве штыря недорогую антенну телескопического типа длиной
1,10—1,50 м, которую можно приобрести в радиомагазинах. Эта антенна
должна выдвигаться как можно дальше из корпуса, быть хорошо изоли-
рованной от него по высокой частоте и легко, но с обеспечением надежно-
го контакта крепиться к монтажной плате. Для выполнения этих требо-
ваний укрепим печатную плату передатчика с помощью распорных втулок
(длиной 17 мм) под передней стенкой (рис. 118). Перед работой антен-
ный штырь привинчивается непосредственно к печатной плате. Минусовая
шина замыкается на корпус через среднюю распорную втулку.
Мы строим механическую Прежде всего займемся изготовлением корпу-
часть передатчика са передатчика. Будем изготовлять его из того
же материала, что и печатные платы, — из фоль-
гированных пластин. Этот материал хорошо обрабатывается механичес-
ки, прочен и обладает гладкой поверхностью, причем дополнительно мож-
но обтянуть пластины искусственной кожей. Кроме того, медное покры-
тие является, по существу, большой металлической пластиной и может
служить хорошим противовесом для передающей антенны.
Внутренние размеры корпуса передатчика составляют 190 х 150 х
х 50 мм. Размеры, приведенные на чертеже, соответствуют толщине мате-
риала 2 мм (рис. 119). Сначала вырежем все стенки. Боковые стенки
вплотную примыкают к верхней и нижней, а вся эта конструкция из
четырех стенок в свою очередь наглухо соединяется с передней и задней
стенками. Это необходимо учитывать при предварительной оценке разме-
ров. Задняя стенка состоит из двух частей: рамки шириной в 20 мм с
такими же внешними размерами, как у задней стенки (см. рис. 118), и
собственно задней стенки. Переднюю стенку, рамку и заднюю стенку
можно раскроить с припуском в 0,5 мм по краям. Остальные четыре
стенки должны быть изготовлены точно по указанным размерам и иметь
строго прямоугольную форму.
Далее сделаем необходимые вырезки для крепления арматуры (ру-
чек управления, переключателей, миллиамперметра, колодок) в верхней
(рис. 119, а) и передней (рис. 119, б) стенках. Размеры вырезов опреде-
ляются типом переключателей, механизма ручек управления и миллиам-
перметра и могут отличаться от приведенных на рис. 119.
Завершив полностью обработку стенок, приступим к сборке. Для
этого тщательно зачистим поверхности паек по краям стенок (как при
изготовлении печатных плат!) и обработаем их канифолью.
Приладим верхнюю и боковые стенки к рамке и, точно подгоняя од-
ну к другой, скрепим каждую из них с рамкой двумя пайками (с помощью
100-ваттного паяльника, но ни в коем случае не применяя паяльную
мазь или какой-либо другой флюс).
129
Точность подгонки стенок контролируем с помощью угольника. За-
тем, фиксируя их точно в заданном положении, припаяем в уголках к
рамке боковые, верхнюю и нижнюю стенки. Проконтролируем еще раз
наше изделие с помощью угольника и миллиметровой линейки, после чего
произведем спайку стенок и рамки по всей длине кромок. При этом
необходимо следить за тем, чтобы материал не слишком нагревался и
стенки в результате этого не коробились. Сначала пропаяем длинные па-
ечные швы на рамке, затем — на узких кромках. Далее подгоним наше
изделие к передней стенке и также скрепим их между собой в нескольких
точках пайками. Убедившись, что все требования к конструкции соблюде-
ны (все углы прямые, взаимное расположение стенок правильное), про-
паяем четыре последних паечных шва, прочно скрепив таким образом
переднюю панель с остальной коробкой.
Тщательно зачистим все кромки напильником и слегка скруглим их.
Задняя стенка крепится к рамке четырьмя винтами с головками „впотай”.
Для этого в рамке заранее должны быть проделаны соответствующие
отверстия с внутренней резьбой. Убедившись, что получившийся корпус
удовлетворяет нашим требованиям, покроем всю его внешнюю и внутрен-
нюю поверхность лаком. Очень удобно производить эту операцию, распы-
ляя лак из аэрозольных баллончиков, которые продаются в хозяйствен-
ных магазинах. Корпус передатчика во время работы не должен выскаль-
зывать из рук, поэтому для надежности его следует обтянуть еще искус-
ственной кожей. Искусственная кожа бывает самых различных цветов и
обладает тем несомненным достоинством, что скрывает все незначитель-
ные огрехи, допущенные нами при обработке корпуса. К корпусу обтяжка
приклеивается контактным клеем.
Рис. 120. Крепление антенны.
1 — шайба; 2 — впаянная
втулка с внутренней резьбой;
3 — корпус передатчика;
4 — изолирующая шайба,
запресованная (поливинил-
хлорид, полистирол) ; 5 —
слой клея (двухкомпонент-
ного) ; 6 — распорная шай-
ба; 7 — печатная плата; 8 —
гайка.
Рис. 121. Механизм ручки пропорциональ-
ного дистанционного управления.
130
Крепление антенны рассчитано так, чтобы она привинчивалась непо-
средственно к печатной плате высокочастотной части передатчика
(рис. 120). Таким путем достигается максимальное укорочение высоко-
частотных проводов (а значит, и малые потери в тракте), а также высокая
механическая прочность и надежность крепления телескопической антен-
ны. С помрщью четырех распорных гильз (длиной 17 мм) печатную
плату крепят под лицевой стенкой корпуса. Соединение минусовой шины
передатчика с корпусом осуществляется с помощью распорной гильзы,
расположенной по соседству с антенной. Остальные три распорные гиль-
зы от минусовой шины на печатной плате заизолированы. Изгибающие
моменты полутораметрового антенного штыря передаются на корпус
Рис. 122. Отдельные детали ручки управления: а - деталь С (две пары): профильный
рычаг, изготовленный из жести толщиной 1 мм; б — деталь Л: основание из листо-
вой стали или листового алюминия толщиной 1 мм; в - деталь В: подстроечный
рычаг, изготовляемый из поливинилхлорида толщиной 3 мм; г — тормозное устрой-
ство (зажимный хомутик); д деталь D: карданный шарнир; е - деталь Е: кулис-
ная скоба; ж ручка управления; з развертка кулисной скобы; и — направляю-
щая плата из гстинакса; к — отдельные детали кулисной скобы.
131
передатчика через изолирующую шайбу. Шайбу приклеивают уже после
того, как поверхность корпуса будет полностью обработана.
Теперь можно вмонтировать в корпус высокочастотную часть передат-
чика и приступить к проверке прочности крепления антенны и кварце-
вого резонатора. Для надежного дистанционного управления безупреч-
ная пригонка антенны и прочное ее крепление имеют первостепенное
значение. Механическая непрочность антенны нередко приводит к серьез-
ным неисправностям всего устройства.
Ручка управления Наряду со знакомыми уже механическими ра-
требует точной работы ботами по изготовлению передатчика нам пред-
стоит изготовить еще и ручку пропорционально-
го управления. С ее помощью должны одновременно, но независимо друг
от друга регулироваться два потенциометра — только так можно двумя
Рис. 123. Полностью смонтированная
(а) и разобранная (б) ручка управления
пропорциональной системы дистанцион-
ного управления.
132
руками обслуживать четыре командных канала. Для обеспечения четкого
управления моделью необходимо, чтобы механизм ручки управления:
а) работал точно и без люфтов; б) был расположен внутри передатчика
для защиты от пыли, песка или дождя; в) не требовал больших затрат
при возможной переделке. Этим требованиям удовлетворяет конструк-
ция, представленная на рис. 121. Детали конструкции и внешний вид
собранного узла показаны на рис. 122 и 123. Весь механизм ручки управ-
ления монтируется на основании (деталь А), изготовленном из целого
куска листовой стали или алюминия толщиной 1 мм; боковые стенки
отгибают под углом 90° . Разметку отверстий и вырезов можно произво-
дить только после этой операции. В нейтральном положении ручка управ-
ления удерживается двумя стянутыми пружиной профильными рыча-
гами (деталь С), насаженными совместно на ось, проходящую через де-
тали I) и Е к потенциометру. Верхние выступы обоих рычагов касают-
ся винта (М2), ввинченного в боковую стенку основания А, нижние —
штифта (02 мм) , приклеенного к детали £)или Е. Один из рычагов всегда
упирается в неподвижно закрепленный винт, другой — оттягивается штиф-
том, движущимся вместе с поворотом детали I). Давление пружины вновь
возвращает ручку управления в нейтральное положение, стоит моделисту
отпустить ее. Подбором пружин можно соответственно менять характерис-
тики управления (давление рычага). Точная пригонка рычагов, штиф-
та и винта определяет точность установки нейтрального положения. Люф-
ты и мертвый ход здесь весьма нежелательны. Если один из каналов не
должен иметь нейтрального положения (например, при управлении парус-
ной лебедкой), то пружину соответствующей пары рычагов следует
снять. Для того чтобы ручка управления не ходила слишком легко, ось
следует сделать такой длины, чтобы ее конец выступал из основания на-
ружу (примерно на 6 мм). С внешней стороны на эту ось насаживается
простое тормозное устройство в виде зажимного хомутика (см. рис. 122) .
Тормозное усилие устанавливают опытным путем, на готовом передатчи-
ке. Карданный шарнир (деталь !)) и кулисную скобу (деталь Е) изготов-
ляют из латуни, но можно делать их и из других материалов (сталь, алю-
миний). Отдельные детали склеивают с помощью двухкомпонентного
клея (на базе эпоксидных смол).
Некоторых дополнительных разъяснений требует действие подстроеч-
ного рычага (деталь В). С помощью подстройки устанавливают нейтраль-
ное ходовое или полетное состояние модели. Разумеется, это можно про-
делать и на самой модели. Однако если в процессе эксплуатации модели
выяснится, что подстройку одного из рулей следует изменить, сделать
это будет довольно сложно. Поэтому уже на этапе проектирования устрой-
ства дистанционного управления необходимо предусмотреть подстройку
системы управления, независимую от работы каналов. При пропорцио-
нальном управлении предлагается подачу команд производить вращением
оси потенциометра, а подстройку — поворотом его корпуса. Для этого
следует обеспечить относительное перемещение оси и корпуса потенци-
ометра. Поясним это на примере. Предположим, что наша модель слегка
уклоняется влево. Тогда для ее возвращения на прямой курс ручку
управления на передатчике потребовалось бы отклонить вправо. Но эту
133
операцию можно осуществить и по-другому, с помощью специального
устройства. Ведь перемещение ручки относительно корпуса можно заме-
нить перемещением корпуса на тот же угол, но только в противопо-
ложном направлении. Итак, задача заключается в том, чтобы с помо-
щью простого приспособления преобразовать поворот подстроечного ры-
чага вправо в поворот корпуса потенциометра влево. Реализуется это
следующим образом.
Подстроечный рычаг (деталь В) крепится к основанию (деталь А)
винтом М2 с таким расчетом, чтобы он мог поворачиваться на этом винте
как на оси примерно на угол ± 20° . В фигурной прорези рычага движется
крепежная нарезная втулк? корпуса потенциометра. Через отверстие
(010 мм) корпус потенциометра прикреплен к основанию с таким расче-
том, чтобы он мог поворачиваться. Поэтому подстроечный рычаг может
качаться в зазоре между потенциометром и основанием. К корпусу потен-
циометра приклеим штифт диаметром 1,5 мм (кусочек иглы), входящий
в продольную прорезь на рычаге. Для лучшего вождения подстроечного
рычага и корпуса потенциометра к корпусу приклеим пластинку геТинак-
са, в которой следует просверлить необходимые отверстия (см. рис. 122).
Путем пробной состыковки отдельных деталей проверим точность их
подгонки и отсутствие люфтов при работе ручки управления. Во время
этих испытаний можно наглядно убедиться в том. что при качании подстро-
ечного рычага корпус потенциометра перемещается в противополож-
ном направлении. Квадратное отверстие в основании закрывается резино-
вой манжетой, защищающей внутренний монтаж передатчика от попада-
ния пыли, дождевых капель и т. д. Весь механизм ручки управления кре-
Рис. 124. Полностью собранный передатчик: а с короткими рукоятками уп-
равления; б - с длинными рукоятками управления.
134
пится изнутри к верхней стенке корпуса передатчика с помощью винтов
М2. На ось ручки управления насаживается также и рукоятка. Тому, кто
намерен работать с передатчиком, держа его в руках, следует применять
короткие рукоятки, которыми легко манипулировать с помощью боль-
ших пальцев обеих рук (рис. 124, а). Если передатчик висит на ремне,
упираясь задней стенкой в живот, работу с ним и четкое управление мо-
делью облегчают длинные рукоятки (рис. 124, б).
Пропорциональное
дистанционное управление
Принцип Рассмотрев более внимательно изготовленные
пропорционального нами блоки системы дистанционного управ-
управления
ления, мы заметим, что датчик канальных
импульсов, используемый как прибор для ис-
пытания сервосистемы, способен вырабатывать импульсы любой длитель-
ности от 1,0 до 2,2 мс, тогда как переключающий усилитель обеспечивает
переключение только при двух вполне определенных длительностях
импульсов. Эти длительности можно регулировать, однако в процессе
эксплуатации они уже не меняются, откуда следует, что управлять мы
можем только командами „Включить” и „Выключить”. Ясно, что двух
этих команд недостаточно даже для управления ходовым двигателем.
Совершенно аналогичная картина возникает и при управлении автомо-
делью, которая может ездить только прямо или по кругу с вполне опреде-
ленным радиусом кривизны. Очевидно, что подобная езда - не более чем
слабое подражание движению прототипа.
Таким образом, мы подошли к естественному выводу о необходи-
мости не просто подавать с помощью системы дистанционного управления
команды на включение и выключение какого-либо исполнительного ме-
ханизма, но и менять величину управляющего воздействия между нулем
(соответствует, например, нейтральному положению) и максимумом
(например, максимумом угла отклонения руля). При повороте на не-
который определенный угол движка на корпусе передатчика или при
отклонении на тот же угол соответствующего рычажка должен пропор-
ционально меняться и угол поворота руля на модели, причем, будучи
повернутым на заданный угол, руль должен оставаться в этом положении.
Иными словами, угол поворота руля должен изменяться пропорциональ-
но углу установки управляющего органа на передатчике. Системы дистан-
ционного управления, основанные на таком принципе, называются про-
порциональными. Для дистанционного управления моделями в настоящее
время применяют исключительно пропорциональные системы.
Для многофункционального дистанционного управления (когда,
например, обеими руками осуществляется одновременное дистанционное
управление сразу четырьмя функциями модели) необходимо изготовить
сложную комбинированную сервомеханическую систему. Одна следящая
система позволяет осуществлять одновременное и пропорциональное
управление двумя функциями. С помощью двух следящих систем можно
135
уже точно управлять положением модели в пространстве (по трем коорди-
натам) , а также ее скоростью. Воздушная модель, например, могла бы при
этом выполнять фигуры высшего пилотажа.
Используя возможности современной электроники, построим устрой-
ство дистанционного управления по семи каналам. Шесть из них будут
пропорциональными, а один переключающим. Для удобства работы кана-
лы следует заранее пронумеровать. Однако работать они должны все
одновременно, поэтому в принципе безразлично, какому каналу будет
присвоен тот или иной номер. Так, например, можно 1-й и 7-й каналы
использовать для дистанционного управления движением модели, а кана-
лы с 3-го по 6-й оставить незадействованными или управлять с их помо-
щью некоторыми другими функциями, а то и вообще другой моделью.
Теоретически вполне возможно сконструировать систему дистанционного
управления и на большее число функций, однако практической необходи-
мости в этом нет.
Термин ручка управления позаимствован в технике дистанционного
управления моделями у планеристов. Тот, кому доводилось заглянуть
в кабину планера, а то и посидеть в ней, знает,, что такое настоящая ручка
управления. На нашем передатчике ручка управления - это маленький
рычажок. Тем не менее с ее помощью осуществляются те же самые две
функции, что и на планере: управление рулями высоты и направления.
Вернемся, однако, к электронике. Подумаем о том, как преобразо-
вать канальные импульсы переменной длительности в некую пропорци-
ональную установочную величину (угол, путь или силу). Переключающее
устройство, преобразующее канальный импульс в соответствующую
установочную величину, ранее называлось рулевой машинкой, в новой
же литературе кратко именуется серво. Этот термин из области техники
управления означает не что иное, как „вспомогательная машина” (напри-
мер, серводвигатель — это вспомогательный двигатель). Сервоэлектрони-
ка состоит из следующих блоков: генератора опорных импульсов, кас-
када сравнения, усилителя и серводвигателя (рис. 125). Серводвигатель
соединяют с потенциометром через редуктор. В принципе все электрон-
ные функциональные блоки нам уже знакомы по переключающему усили-
телю. С помощью структурной схемы попробуем разобраться, что же
в ней следует регулировать, чтобы получать переменные установочные
величины.
Генератор Каскад Усилитель Серводвигатель
опорных сравнения
импульсов
Рис. 125. Структурная схема сервоэлектроники.
136
Генератор опорных импульсов, как и раньше, запускается канальным
импульсом и генерирует эталонный опорный импульс, который сравнива-
ется затем в каскадах сравнения с канальным. Остаточный импульс управ-
ляет усилителем. К выходу усилителя подключен серводвигатель, кото-
рый в зависимости от команды должен вращаться в ту или другую сторо-
ну. Вращаясь, например, по часовой стрелке, он (через редуктор) меняет
сопротивление потенциометра опорного генератора таким образом, чтобы
длительность опорного импульса £оп постепенно менялась в сторону
сближения с длительностью канального импульса tKaH. Остаточный им-
пульс как результат сравнения опорного и канального импульсов посте-
пенно становится все короче, а при равенстве этих импульсов просто
ликвидируется, и серводвигатель останавливается в данном положении.
Таким образом, сервоэлектроника в целом осуществляет процесс регули-
ровки как следящий усилитель. Для того чтобы процесс регулировки
протекал быстро, но без качаний, в схеме предусмотрено эффективное
демпфирование (гашение колебаний).
Сервоэлектроника На принципиальной схеме сервоэлектроники
выделяет
пропорциональную
информацию из
канального импульса
(рис. 126) мы сразу узнаем уже знакомые
нам элементы. Генератор опорных импульсов
и каскад сравнения ничем не отличаются от та-
ковых в схеме переключающего усилителя.
Растяжка импульса на выходе каскада сравнения осуществляется с помо-
щью конденсатора С6. Усилитель состоит из двух ветвей: на транзисторах
Г5, Т7 и 76, Г8 соответственно. При положительном растянутом оста-
точном импульсе в точке 3 (см. такх^е рис. 76 и 77) проводят только
транзисторы Ts и 7'7 и двигатель вращается в*одну сторону, при отрица-
тельном же остаточном импульсе проводят транзисторы Т6 и Г8 и двига-
тель вращается в другую сторону. Поэтому двигатель подключается к
среднему выводу 2,4 В батареи приемника. Если в точке 2 нет остаточного
импульса (/Кан=^оп)» база транзистора Т3 оказывается подключенной
к плюсу (через 2), а база транзистора Г4 - к минусу (через К13) и
оба транзистора заперты. Напряжение в точке 3 будет при этом равно
половине напряжения источника питания, в результате чего транзисторы
Т5 и Ть будут открыты, а Г7 и Г8 заперты. Ток через двигатель вслед-
ствие этого не протекает, и двигатель не вращается. Транзисторы Г7,
Г8 и обе ветви батареи образуют мостик, в диагональ которого включен
двигатель.
Если длительность импульса, поступающего на вход, изменится, то
процесс регулирования будет развиваться следующим образом. Управляю-
щий сигнал запускает ждущий мультивибратор. Оба сигнала сравниваются
в точке 2, в результате чего выделяется соответствующий остаточный
импульс. Если он положительный, то открывается транзистор Т4, а значит,
и транзистор Г6, транзистор же Л запирается. В результате этого отпира-
ется транзистор Г7. а Т8 остается запертым, и, таким образом, ток может
протекать теперь по контуру, состоящему из транзистора Г7, двигателя
и источника питания. Двигатель начинает вращаться й перемещает подвиж-
Усилитель
Ris___________
820 к
' Серводвигатель
I
------О+ 4,35
Рис. 1 26. Принципиальная схема сервоэлектроники.
Ль ^4> <5 ~ транзисторы IUN; 7j, Т- транзисторы TUP; Т7 - германиевый р-п-/2-транзистор типов (jC 5 11, АС 188 и др.;
германиевый п-р n-транзистор типов GC 52 1, АС 1 87 и др.; Дь Д2 - диоды DUS.
Рис. 127. Печатная плата (а)
и схема расположения элемен-
тов (б) сервоэлсктроники.
ный контакт потенциометра К2 до тех пор, пока длительность опорного
импульса не сравняется с длительностью канального. Тогда эти импульсы
взаимоуничтожатся в точке 2 и мост снова окажется в состоянии равно-
весия. Мотор остановится. В рассмотренном случае (положительный им-
пульс) канальный импульс был длительнее опорного. Если канальный
импульс короче опорного, подобный же процесс будет протекать в другом
плече моста.
Может случиться, что двигатель будет совершать „качания”, проходя
через положение, заданное командой. Подвижный контакт потенциометра
К2 сдвигается при этом значительно дальше заданного положения. Боль-
ше, чем требуется, изменяется и длительность опорных импульсов. В ре-
зультате этого процесс регулирования будет идти в обратном направлении
и рулевой исполнительный механизм постоянно будет совершать колеба-
ния относительно заданного положения. Все это приведет к ускоренному
Рис. 128. Монтаж сервоэлектроники.
139
Рис. 1 29. Сервомеханизм: а - вид сбоку; о - вид сверху; в -- образец.
разряду батареи и преждевременному износу редуктора. Контрмерой
против этого является введение электронного демпфирования. По це-
пи обратной связи, через /<15, часть напряжения моста подается на гене-
ратор опорных импульсов, в результате чего двигатель замедляет враще-
ние на подходе к положению покоя, т. е. определенным образом тормо-
зится (демпфируется). Демпфирование действует только в процессе
разгона или выбега серводвигателя, не оказывая влияния на скорость
его вращения и на угол отклонения руля
На рис. 127 показаны печатная плата и схема расположения элементов,
на рис. 128 — монтаж сервоэлектроники.
Мы строим сервомеханизм
При монтаже механической части пропорциональной системы автома-
тического регулирования мы сталкиваемся с теми же проблемами, что
уже возникали при работе с рулевыми машинками. Двигатель следящей
системы является одним из важнейших ее узлов. Уже при 2,4 В он должен
надежно разгоняться и развивать полное усиление перекладки руля. Вос-
пользуемся теми же типами двигателей, что входят в состав покупных
следящих систем. Они в достаточной степени удовлетворяют всем требо-
ваниям и гарантируют надежную работу. Рассмотрим в качестве примера
одну хорошо зарекомендовавшую себя конструкцию.
Серворедуктор должен име!Ь между валом двигателя и осью потен-
циометра передаточное отношение в пределах от 300:1 до 400:1. Переда-
точное отношение никак не отражается на работоспособности схемы,
оказывая, однако, влияние на прилагаемые установочные усилия и время
установления движка потенциометра в нужное положение. Таким об-
разом, путем выбора этого отношения мы можем подгонять в определен-
ных пределах сервомеханизм к заданным условиям эксплуатации. Детали
механической конструкции показаны на рис. 129. Шестерня двигателя
Рис. 130. Сервомеханизм „Servo-
matic 15 Prop”: а — в кожухе;
б — без кожуха.
141
имеет 11 зубьев. Шестерни, насаженные на оси 1, 2, 3, 4 редуктора имеют
соответственно 68/14, 44/14, 44/14, 44/10 зубьев. Шестерня, насаженная
на вал 5 потенциометра, имеет 56 зубьев. Сервомеханизмы с передаточ-
ным числом 1:1000 рассчитаны на значительные установочные усилия.
При необходимости один редукторный каскад (ось 5) можно удалить.
Понятно, что в этом случае придется изменить также и позиции осей 4
и 5. Особое внимание следует уделить тому, чтобы редуктор при макси-
мально возможной легкости хода работал без люфтов. Зубчатые колеса
купим в магазине типа „Юный техник” или „Умелые руки”. Однако,
если самостоятельная сборка окажется чересчур трудной, следует всю
механическую часть приобрести в комплекте (рис. 130). В этом случае
электронную часть следящего устройства можно собирать отдельно от ме-
ханической, а размещать ее в общем корпусе с приемником. Данный
вариант обладает еще и тем преимуществом, что недорогими механичес-
кими устройствами мы можем снабдить сразу несколько моделей, пере-
ставляя с одной на другую в случае необходимости только приемник.
Настройка электронной Прежде всего проконтролируем потребление
следящей системы тока при подключенном серводвигателе и по-
даче на вход системы канальных импульсов.
Прибор должен показать при этом /inin 1,5 мА (двигатель в состоянии
покоя), /max ^150 мА (двигатель вращается). Если при безупречной
работе усилителя вал серводвигателя постоянно разворачивается на пре-
дельный угол, то следует либо изменить полярность подключения двига-
теля, либо поменять местами выводы Е и Л потенциометра. При исправно
работающей следящей системе направление перехода в нейтральное поло-
жение можно менять по желанию путем одновременного переключения
выводов двигателя и потенциометра. В процессе настройки нам приго-
дится испытатель сервосистемы.
Установка нейтрального положения следящей
системы. В начале этого этапа настройки развернем корпус потенци-
ометра К2 (см. рис. 126) так, чтобы его подвижный контакт находился
примерно в среднем положении. Для удобства контроля на ось потенци-
ометра нанесем метки. Путем подбора параметров электронной следящей
системы (К|,К2,^з»^4 и С2) установим требуемую длительность опор-
ных импульсов. При дальнейшей настройке правильно отрегулированная
следящая система служит в качестве эталонной. С ее помощью устанавли-
вают в среднее положение каждый канал передатчика и регулируют преде-
лы изменения длительности командных импульсов, добиваясь полного
угла отклонения исполнительного механизма следящей системы. При из-
готовлении других следящих систем следует добиваться того, чтобы их
электромеханические постоянные времени были такими же, как у эталон-
ной системы: при соблюдении этого условия все они будут взаимозаменя-
емыми.
Для грубой настройки вновь передвинем подвижный контакт потен
циометра И2 в среднее положение. Если при подаче канального импульса
положение подвижного контакта существенно изменится, вместо резис-
тора следует включить в схему потенциометр (100 кОм) и регулиро-
142
вать его сопротивление, пока следящая система не окажется точно в ней-
тральном положении. Тогда, замерив сопротивление потенциометра,
следует заменить его близким по номиналу постоянным резистором (на
рис. 126 82 кОм). Точной установки нейтрального положения добивают-
ся путем разворота корпуса потенциометра /<2- При желании изменить
предельные углы перекладки руля следует менять значения и Н2
У с 1 ановка демпфирования Если рулевой сервомеханизм
совершает колебания относительно нейтрального положения или подходит
к этому положению слишком медленно (что соответствует слишком
слабому или слишком сильному демпфированию), то следует установить
оптимальную величину демпфирования путем подбора сопротивления
резистора К i s. Для этого заменяем вначале К i 5 цепочкой из последова-
тельно включенных потенциометра (1 МОм) и постоянного резистора
(470 кОм). После окончания настройки сопротивление цепочки замеря-
ем и заменяем цепочку ближайшим по номиналу постоянным резистором.
Величину демпфирования устанавливаем такой, чтобы следящая система
переходила в заданное положение быстро, без избыточного качания.
При настройке отремонтированной или вновь изготовленной следя-
щей системы очень хлопотно каждый раз вынимать приемник из модели
и запускать всю систему дистанционного управления. Настройка следящей
системы существенно упростится, если проводить ее, отделив эту систему
от остальной схемы устройства дистанционного управления, с помощью
испытателя сервосистемы.
Далее перейдем к изготовлению печатной платы для усилителя следя-
щей системы и перенесем на нее все элементы с экспериментальной платы.
После визуального контроля всех конструктивных элементов и мест
паек переходим к проверке работоспособности схемы. Дополнительной
подстройки, как правило, не требуется. При настройке на эксперименталь-
ной плате можно также подогнать пределы изменения установочного
угла сервосистемы применительно к условиям конкретной модели.
С увеличением Kj и /<3 предельные значения установочного угла умень-
шаются, и наоборот. Как правило, установочный угол должен изменяться
в пределах ±45°, однако в особых случаях может потребоваться увели-
чение этих пределов до ±90°.
Электронная следящая система является по существу переключаю-
щим устройством /для выработки малых пропорциональных регулирую-
щих отклонений, как это имеет место, например, при перекладке руля.
Теперь нам нужно еще и переключающее устройство, с помощью которого
можно были бы управлять большими мощностями или усилиями на про-
тяженных путях регулирования (например, при обслуживании парусов).
Пропорционально
управлять можно и
с помощью
переключающего
усилителя
Для указанной выше цели можно восполь-
зоваться уже изготовленным переключающим
усилителем (см. рис. 76, 83 85) Ранее он
служил для включения и выключения ходово-
го двигателя самоходной тележки. Теперь
он должен осуществлять электронное управление парусной лебедкой
нашей парусной яхты. Переключательные функции будут здесь пропор-
143
циональными, если потенциометр К2 соединить через редуктор с валом
двигателя. Тогда при взаимодействии сервоэлектроники, переключающе-
го усилителя и двигателя возникнет процесс регулировки, подобный
описанному для электронной следящей системы. С помощью реле Pi, Р2
можно включать существенно более высокие мощности. Этот вариант
целесообразно использовать для управления парусными лебедками. Если
регулировкой канального потенциометра изменить длительность каналь-
ных импульсов, то одно из реле сработает. Двигатель лебедки будет
вращаться до тех пор, пока опорные импульсы не сравняются по длитель-
ности с канальными, а длина выборки шкота не станет пропорциональной
отклонению ручки управления. Достаточно мощный двигатель и соот-
ветствующее расположение редуктора могут обеспечить значительные
усилия, требуемые для управления парусами. Пропорциональное управле-
ние обладает еще и тем преимуществом, что угол атаки паруса всегда
пропорционален положению ручки управления на передатчике. С помощью
переключающего усилителя к двигателю должны подводиться довольно
значительные токи, поэтому и реле для него следует выбирать соответ-
ствующих типов. В моделях судов подыскать место для дополнительной
печатной платы не составляет особого труда. Перед окончательным мон-
тажом эту схему также следует опробовать на экспериментальной плате.
Настройка ограничивается исключительно юстировкой потенциометра
112. Если с помощью переключающего усилителя предполагается управ-
лять парусной лебедкой, то его настройку надо производить при подклю-
ченной лебедке. При эксплуатации парусной лебедки потенциометр свя-
зывают с двигателем через редуктор, а не монтируют их вместе на об-
щей печатной плате.
Если мы намерены использовать переключающий усилитель и для
других целей, то двигатель парусной лебедки и потенциометр R2 следует
подключать к усилителю с помощью пятиполюсного штекера. Однако,
как правило, переключающий усилитель работает исключительно на
парусную лебедку. Поэтому более целесообразно раму парусной лебедки
делать с таким расчетом, чтобы на ней можно было расположить и закре-
пить и корпус переключающего усилителя (см. рис. 85). Парусная лебед-
ка подключается к переключающему усилителю в соответствии с рис. 76.
Следующий этап - В ходе технического развития электроника
сервоэлектроника на систем дистанционного управления постепенно
интегральных схемах ,
оформилась в самостоятельную ветвь лю-
бительской электроники. Используя творчес-
кую мысль и богатый опыт любителей, промышленность получила воз-
можность наладить массовый выпуск устройств дистанционного управле-
ния, отвечающих самым высоким требованиям современных стандартов.
В- результате этого дистанционное управление моделями стало доступно
не только конструкторам-любителям, но и тем, кто не изъявляет желания
заниматься самостоятельным изготовлением электронных приборов.
Высокая насыщенность современных электронных приборов деталя-
ми явилась предпосылкой к созданию новых специальных конструктив-
ных элементов. Развитие элементной базы можно проследить и на примере
144
моделей с дистанционным управлением Развитие это шло по двум направ-
лениям: во-первых, путем введения в устройства стандартных интеграль-
ных схем; во-вторых, путем разработки специальных интегральных
схем для дистанционного управления. Мы познакомимся с обоими этими
вариантами.
Формой обработки импульсов в переключающих устройствах (напри-
мер, в сервоэлектронике) является системное решение, с которым мы
встречаемся во всех цифровых устройствах дистанционного управления.
Такое решение предполагает объединение всех активных конструктивных
элементов в единую интегральную схему (ИС). Подобные ИС следует
разрабатывать с таким расчетом, чтобы устройства, собранные на их ос-
нове, можно было с помощью дополнительных (навесных) элементов
регулировать для обеспечения заданных параметров (длительности им-
пульса, периода повторения, изменения длительности импульсов, их по-
лярности и т. д.). Рассмотрим в качестве примера ИС NE544 фирмы Си-
менс — Вольво. Эта ИС обладает отличными параметрами и применяется
во многих устройствах дистанционного управления промышленного про-
изводства для обработки канальных импульсов в следящих системах
и других переключающих устройствах. Цифровая техника дистанционного
управления, основанная на применении ИС, быстро развивается и в ГДР,
и в других социалистических странах.
Структурная схема ИС представлена на рис. 131. Мы видим, что в
ней содержатся те же функциональные блоки, что и в схемах изготовлен-
ных нами ранее сервоусилителя и переключающего усилителя. Принцип
работы любого из блоков — опорного генератора, схемы сравнения, рас-
ширителя импульсов и выходного усилителя — нам уже знаком по тран-
зисторным схемам. В ИС, по сути дела, функции блоков те же самые,
с той лишь разницей, что для реализации этих функций может потребо-
ваться значительно больше активных и пассивных элементов, чем в тран-
зисторных схемах. Для обеспечения высокой точности в ИС было введено
немало усовершенствований. Так, опорный генератор выдает импульсы,
длительность которых меняется точно но линейному закону в зависимос-
ти от угла поворота скользящего контакта потенциометра. Внутренняя
стабилизация напряжения делает ИС независимой от колебаний темпера-
туры и напряжения. С выходного усилителя снимается уже не постоян-
ное, а пульсирующее выпрямленное напряжение, так что серводвигатель
развивает полную силу даже при малых регулирующих отклонениях.
Попробуем разобраться в том, как ИС регулирует длительность
импульсов (рис. 132). Устройство работает с положительными канальны-
ми импульсами (1,7 + 0,55) мс с периодом повторения 25 мс. С помощью
навесных элементов ре1улируются среднее положение, регулирующее
отклонение, демпфирование, зона нечувствительности, растяжка импуль-
са и наименьший выходной импульс.
Среднее положение грубо выставляется с помощью конденсатора
С5, подключенного к выводу 1 ИС. Для точной настройки поворачивают
корпус потенциометра К,. Регулирующее отклонение зависит от сопротив-
ления резистора /?5. С увеличением регулирующее отклонение умень-
шается, и наоборот. На регулирующее отклонение можно влиять также,
145
Рис. 132. Сервоэлектроника на ИС NE 544(блок системы ,,Microprop”).
ТJ, 74 - транзисторы типа ВС 32 8 и др.
1 46
включая последовательно с потенциометром К2 (до и после него) два
одинаковых резистора, аналогично тому как это решено в транзистор-
ной схеме сервоэлектроники. Демпфирование зависит от включенного
между выводами 13 и 2 резистора R i.
Зона нечувствительности, необходимая, как и демпфирование, для
предотвращения колебательного процесса в регулировании, устанавли-
вается с помощью включенного между выводами 6 и 7 резистора К?.
Зоной нечувствительности называется отрезок времени, в течение которо-
го сервоэлектроника еще не реагирует на изменение длительности им-
пульса. Такая зона необходима, чтобы следящая система не „замечала”
малых изменений длительности импульсов, возникающих за счет нере-
гулярных задержек в линиях передачи. Для получения высоких точностей
отклонения и возврата зона нечувствительности должна быть как мож-
но меньше.
В новейших устройствах дистанционного управления обеспечивается
точность регулирования менее 1%. Это означает, что при регулирующем
отклонении, равном 15 мм, разброс в длительности импульсов, а следо-
вательно, и зона нечувствительности, не должны превосходить значения,
соответствующего отклонению 0,15 мм. В то же время известно, что от-
клонения порядка 0,1-0,2 мм меньше, чем свободный ход редукторов
многих следящих систехм или рулевых тяговых механизмов. Поэтому зону
нечувствительности и демпфирование следует регулировать в зависимости
от скорости регулировки и конструкции конкретной сервосистемы
(двигателя, редуктора).
Растяжка импульса задается с помощью /?С-цепочки Re(?10, подклю-
ченной к выводу 6, наименьший выходной импульс, приводящий в дейст-
вие двигатель, — с помощью резистора К8, подключенного к выводу 8.
Выходной усилитель выполнен по мостовой схеме, в диагональ которой
включен серводвигатель. Мостик образован двумя п—р— п-транзисторами
ИС и двумя навесными р— п—р-транзисторами 7\ и Г2. Поэтому здесь
отпадает необходимость в среднем выводе +2,4 В батареи питания. Кроме
того, теперь можно применять высокоомные двигатели (К/ =10 Ом),
обладающие меньшими потерями и лучшим разгоном, чем низкоомные.
При желании снабдить подобной ИС старые следящие системы (на
2 х 2,4 В), которые нагружаются на двигатели с К, < 8 Ом, последова-
тельно с двигателем следует включить резистор R4 = 1,5 +3,3 Ом. Тран-
зисторы р п -р выбраны в качестве навесных элементов, потому что
получение р- и—р-струкгур в ИС технологически очень сложно.
Многоканальное пропорциональное
управление
Как работает кодер Следующей задачей, которую мы должны
разрешить, является пропорциональное уп-
равление моделью одновременно по многим каналам. Для простоты
ограничимся всего двумя каналами управления. С помощью этих двух
каналов можно вполне надежно осуществлять пропорциональное управле-
147
Рис. 133. Структурная схема импульсной части передатчика (кодера).
ние всеми моделями, предлагаемыми в гл. 3 этой книги. Расширять воз-
можности передатчика и приемника для работы на всех семи предусмот-
ренных для управления моделями каналах будет целесообразно лишь
после того, как мы в совершенстве овладеем эксплуатацией этих моделей
и захотим перейти к более сложным моделям, с еше большим числом
дистанционно управляемых функций.
База для решения этой задачи у нас уже есть: мы знаем, как осущест-
влять пропорциональное дистанционное управление по одному каналу.
Принципиальное решение задачи управления по семи каналам поясняет
схема, приведенная на рис. 133.
Тактовый генератор, как и прежде, задает период повторения импуль-
сов ~25 мс и запускает первый канальный генераторный каскад. Импульс,
генерируемый этим каскадом, подводится к вентилю и одновременно
запускает своим задним фронтом второй канальный генераторный каскад.
Этой части схемы вполне достаточно для двухканального управления. Для
семиканального дистанционного управления необходимо подключить
еще пять канальных генераторных каскадов. Таким образом,импульсная
часть передатчика кодирует соответствующие команды дистанционного
управления наподобие телеграммы, состоящей из следующих друг за
другом канальных импульсов разной длительности, от первого до седь-
мого. В связи с этим импульсную часть передатчика будем называть
в дальнейшем кодером. Декодер в приемнике разделяет импульсную
телеграмму таким образом, что на каждом канальном выходе оказывает-
ся свой соответствующий импульс.
На первый взгляд кодер передатчика (рис. L34) производит впе-
чатление достаточно запутанной схемы. Однако, вооруженные накоплен-
ным в процессе освоения техники дистанционного управления опытом,
временными диаграммами (рис. 135) и осциллограммами (рис. 136),
мы без особого труда сумеем разобраться во всех взаимозависимостях,
присущих этой схеме. Рассмотрим сперва только часть схемы, изображен-
ную черным цветом. На транзисторах Тх и Т2 собрана схема мультиви-
братора с самовозбуждением, который служит тактовым генератором,
задавая период повторения дня импульсной телеграммы. Новым для
нас в этой схеме является то, что коллекторы и базы обоих транзисторов
соединены с корпусом керамическими конденсаторами емкостью 1 нФ.
148
CL S
Рис. 134. Схема импульсной части передатчика.
7\, . . . , T"i4— транзисторы TUN. Для получения импульсов длительностью (1,6 ±
± 0,6) мс установить перед монтажом потенциометры Kg, К9, R 13, R17 на 1,5 кОм
между выводами К и S. Двухканальная импульсная часть изображена черным
цветом (между точками 5 и 8 должна быть перемычка) ; семиканальная импуль-
сная часть - вся схема (черный и красный цвет) . При семиканальном варианте
резисторы Rзз и R35 монтируются прямо на переключателе (на управляющем
механизме или на корпусе передатчика) .
149
Рис. 135. Напряжения в контрольных
точках импульсной части передатчика
(кодера).
Такие же конденсаторы имеются и
во всех последующих каскадах.
Они предназначены для защиты
усилительных каскадов от высоко-
частотных составляющих, попада-
ющих на их входы с высокочастот-
ной части (ВЧ-части) схемы, т. е.
для развязки по высокой частоте.
Для высокой частоты конденсато-
ры представляют собой коротко-
замкнутый участок, на импульсные
же процессы в каскадах они не
влияют. Отрицательный перепад (с
,,1” на „О”) тактового импульса с
точки 1 поступает через резистор К4 на шину 6, а следовательно, и на
вход вентильного транзистора Г10. В зависимости от положения скользя-
щего контакта канального потенциометра К5 (канал 1),от значения ем-
кости С7 и смещения рабочей точки с помощью /<6 первый канальный
генераторный каскад известным уже нам образом вырабатывает первый
канальный импульс. Этот импульс через К8 и шину а подается на вентиль-
ный транзистор Тх 2- С коллектора транзистора Г12 (точка 11) первый
канальный импульс снимается уже инвертированным (отрицательным).
Аналогичным образом второй канальный генераторный каскад, собран-
ный на транзисторе Г4, вырабатывает второй канальный импульс, кото-
рый через К12 и шину Ь подается на вход транзистора 1\ 0 и снимается с
его коллектора (точка 9.) также инвертированным (отрицательным).
Дифференцирующие цепочки С19К41 и С34^4з преобразуют оба
этих отрицательных импульса в остроконечные биполярные импульсы
(точки 10 и 12). Однако коммутирующие транзисторы Тх j и Г13 пропу-
скают только положительные остроконечные импульсы (отрицательные
импульсы их запирают) . Теперь становится понятным, почему на вентиль
подавался отрицательный перепад тактового импульса: из него формиру-
ется первый положительный остроконечный импульс.
Смещение и взаимная привязка обеих серий остроконечных импуль-
сов достигнута; транзисторы ТХ1 и Тх 3 работают при этом на общее кол-
лекторное сопротивление /?44. В точке 13 мы получаем уже полностью
сформированную импульсную телеграмму. Она состоит из последователь-
ности отрицательных импульсов, которыми запирается модуляторный
транзистор ВЧ-части передатчика, в результате чего и осуществляется мо-
дуляция высокой частоты. Соответствующая командная (канальная)
информация содержится в интервалах между передними фронтами моду-
лирующих импульсов.
Длительность импульсов зависит от перепадов напряжения, поэтому
кодер должен работать от стабильного, постоянного напряжения. Приме-
150
в) г)
О)..................................е)
Рис. 136. Осциллограммы на-
пряжений в контрольных точ-
ках импульсной части передат-
чика: а - канальный импульс в
точке 2, б — последователь-
ность импульсов в точке 9, в -
последовательность импульсов
в точке 77; г - последователь-
ность остроконечных импуль-
сов в точке 10; д - последо-
вательность остроконечных им-
пульсов в точке 12; е - им-
пульсная телеграмма для двух-
канального варианта в точке
13; ж - импульсная телеграм-
ма для семиканального вариан-
та в точке 13.
151
няемые для питания схемы кадмиево-никелевые аккумуляторы отличают-
ся (по сравнению, скажем, с угольно-цинковыми батареями) относитель-
ным постоянством напряжения при разряде. Тем не менее в схеме необ-
ходима еще и электронная стабилизация напряжения. Стабилизацию на-
пряжения обеспечивают стабилитрон Дх и включенный последовательно
с ним транзистор Тх 4.
Для того чтобы аккумулятор можно было заряжать, не раскрывая
корпус передатчика, смонтируем в корпусе зарядную фишку. Позднее
мы узнаем, что эта фишка используется и для других целей. Следуя при-
нятому ранее принципу, кодер мы также соберем сначала на эксперимен-
тальной плате и опробуем его вместе с декодером и лишь затем, убедив-
шись в его удовлетворительной работе, перейдем к изготовлению печатной
платы и окончательному монтажу схемы.
Декодер вновь в импульсной телеграмме (рис. 136, е и ж)
разделяет импульсы содержится информация, необходимая для ди-
станционного управления нашей моделью. Она
закодирована в передатчике порядком расположения импульсов на вре-
менной оси и их отстоянием друг от друга. На приемной стороне мы долж-
ны снова разделить импульсы и декодировать их так, чтобы каждый
канальный импульс был приведен к виду, необходимому для подачи на
переключающее устройство.
Декодер должен быть небольшим, легким и надежным в работе, поэ-
тому декодирование будем осуществлять с помощью современных кон-
структивных элементов — интегральных цифровых схем. Выпускаемые
промышленностью цифровые схемы предназначены, как правило, для
различных устройств преобразования данных. Для разных областей
применения существуют свои так называемые серии схем, причем ИС
этих серий по основным электрическим параметрам очень близки, хотя
цифровые их функции могут быть совершенно различными. Для нас важ-
но, чтобы ИС работали от источника питания + 5 В и соответствовали
заданным длительностям импульсов.
С одной из ИС, применяемой в сервоэлектронике, мы уже познакоми-
лись. При этом оказалось, что нам не нужно было знать, что же, собствен-
но, происходит внутри ИС, какие именно процессы в ней протекают. Важ-
но было только знать, куда нужно подключить каждый из выводов ИС,
тгобы она преобразовывала импульсы к желаемому виду.
Для декодирования выберем ИС международной ТТЛ-серии с типо-
вым обозначением 74. ТТЛ означает транзисторно-транзисторная логика,
г. е. цифровые функции здесь обеспечиваются транзисторами. Междуна-
родная серия 74 выпускается различными фирмами-изготовителями полу-
проводниковых приборов и по-разному маркируется соответствующими
буквами или цифрами. В приложении 7 приведены маркировки наиболее
распространенных ИС этой серии, принятые в некоторых социалистичес-
ких странах. Цифровые группы, следующие за числом 74, обозначают циф-
ровые функции схемы. ИС, применяемые для двухканального декодиро-
вания, имеют обозначение 7474, а функциональное их назначение — двой-
ной D-триггер. С работой простейшего триггера на транзисторах мы уже
152
Рис. 137. Структурная схема [>триг-
гера.
Рис. 138. Временные диаграммы напря-
жений D-триггера.
познакомились по схеме, представленной на рис. 67. Важным для нас
является то, что триггер может входным сигналом переключаться в одно
из двух устойчивых состояний и, будучи переключенным, остается в этом
состоянии, т. е. как бы запоминает его. Свойством памяти обладают и
более сложные схемы триггеров. _ _ _
D-триггер на ИС 7474 имеет четыре входа R, S, I) и Т и выходы (J и Q
(рис. 137). Из рис. 137 видно, что D-триггер состоит из трех соединенных
определенным образом друг с другом простейших триггеров. Благодаря
такой конструкции при поступлении на тактовый вход Т положительного
перепада напряжения (переднего фронта положительного тактового
импульса) информация, имеющаяся в этот момент на входе D, передается
на выход {) и сохраняется там до прихода очередного тактового импуль-
са. Это означает, что сигнал, действующий на входе I) с момента времени
появляется на выходе Q лишь в момент поступления на вход Т очеред-
ного тактового импульса (положительного перепада напряжения — от
„О” к „1”), т. с. в момент времени +1. Это свойство и объясняет, поче-
му устройство названо D-триггером (от английского delay — задержка).
Функционирование цифровых ИС определяется таблицей состояний
или временными диаграммами. Для D-триггера таблица состояний весь-
ма проста:
Информационный вход 1) при /.п Выходы При 1н + |
с й
0 1 0 1 1 0
153
Те же самые зависимости видны и из временных-диаграмм переклю-
чений D-триггера (рис. 138). Сигналы на выходе Q всегда находятся
в противофазе по отношению к сигналам на выходе Q. Поэтому теорети-
чески мы могли бы наряду с положительными канальными импульсами
с_выхода получать также отрицательные канальные импульсы с выхода
Q, Однако практическое значение это имеет лишь в том случае, если
переключающие устройства (следящие системы, переключатели скорости
хода и др.) нашей системы дистанционного управления запускаются
отрицательными импульсами.
Входы R и S - установочные; мы уже познакомились с ними при
рассмотрении триггера, собранного по схеме, приведенной на рис. 67.
В дальнейшем эти входы нас интересовать не будут.
Итак, рассмотрим, как же следует подводить импульсную телеграм-
му к тактовому входу Т и информационному входу /), чтобы получить
декодированные канальные импульсы.
Первый положительный перепад (от ,,0”к „1”) импульсной телег-
раммы должен стать и положительным перепадом первого канального
импульса. В соответствии с таблицей состояний и временной диаграммой
это означает, что при первом положительном перепаде на входе Т на
входе /) также должна быть „1” Для того чтобы получить отрицатель-
ный перепад (от „1” к ,,0”) канального импульса, к моменту прихода
второго положительного перепада на вход Т (второго тактового импуль-
са) на входе /) должен быть „О”. Реализовав эти условия с помощью
соответствующей электронной схемы, мы получим на выходе D-триггера
первый канальный импульс.
Второй канальный импульс получим аналогичным способом с помо-
щью другого D-триггсра из второго и третьего положительных перепадов
импульсной 1елсграммы. Но второй положительный перепад телеграммы
должен одновременно формировать и положительный перепад второго
канального импульса, поэтому с выхода первого D-триггера мы должны
снимать сигнал „1 ” для входа I) второго D-триггера.
Всем этим условиям отвечает схема двух канального декодера
(рис. 139). Поступающую с выхода приемника импульсную телеграмму
прежде всего следует усилить и нормализовать, i. с. придать всем состав-
ляющим ее импульсам определенную амплитуду и крутизну фронтов, с
Синхронизатор
гем чтобы все они могли переклю-
чать декодер. Затем импульсы по-
ступают на оба тактовых входа
двойного D-триггера, включающе-
го в себя D-триггеры 1 и 2. Далее
нужно сформировать такое напря-
жение, чтобы к приходу первого
импульса на входе I) । D-триггера 1
была „1 ”. которая затем за время
длительности импульса должна об-
Рис. 139. Структурная схема двухка-
нального декодера.
154
ратиться в ,,0”. Эту задачу решает интегратор. При одновременной подаче
импульсов телеграммы в качестве тактовых на вход 7 4 и напряжений
с интегратора в качестве информационных сигналов на вход />4 на вы-
ходе сформируется первый канальный импульс КИХ. В силу того,
что на входе 1)ц D-триггера 2 потенциал „1” должен быть только к момен-
ту прихода второго положительного перепада, этот потенциал ,,1” снима-
ется с выхода Q.\. С окончанием первого канального импульса с выхода
Qa на вход /)д снимается уже „О”, и поэтому третий положительный
перепад импульсной телеграммы сформирует на выходе Qg отрицатель-
ный перепад второго канального импульса КИ2 - Таким образом, двухка-
нальная импульсная телеграмма оказывается декодированной.
Хорошо усвоив все описанные выше процессы; мы без особого труда
сумеем разобраться и в принципиальной электрической схеме двухка-
нального декодера (рис. 140). Особенности ее работы наглядно пояс-
няют временные диаграммы (рис. 141) и осциллограммы напряжений
(рис. 142). Импульсная телеграмма усиливается и нормализуется тран-
зисторами 7\ и Т2 (см. рис. 140) и снимается в точке 2 как последова-
тельность тактовых импульсов. В интервале между двумя импульсными
телеграммами транзистор Т} заперт, а / 2 открыт (вследствие чего заперт
и 7 3). Поэтому перед поступлением на вход Т \ первого положительного
перепада вход Щ находится под высоким потенциалом (,,!”). С первым
тактовым импульсом эта ,,1” переносится на выход (>4 Одновременно
первый тактовый импульс разряжает конденсатор (.’4 , так что на входе
1)А оказывается низкий потенциал (,,0”) . За время паузы между тактовы-
ми импульсами вновь зарядиться до потенциала ,,Г’ конденсатор С4
не успевает, и низкий потенциал („0”) на входе 1>А удерживается до окон-
чания импульсной телеграммы. Поэтому положительный перепад второго
тактового импульса переносит на выход Q 1 сигнал ,,0”, заканчивая тем
Рис. 140. Принципиальная схема двухканального декодера.
155
Рис. 141. BpeMen*ioiv лмтхраммы напря-
жения в контрольных точках декодера.
Двухканальный вариант — черный цвет,
семиканальный вариант — красный и чер-
ный цвет. . . . , КИП — канальные
импульсы.
Рис. 142. Осциллограммы напряжений в контрольных точках двух-
канального декодера: а — импульсная телеграмма на входе; б — так-
товый импульс в точке 2; в — синхроимпульс в точке 5; г - каналь-
ный импульс КИу.
156
самым формирование первого канального импульса. Сигнал „1” для фор-
мирования переднего фронта второго канального импульса поступает
на вход />д с выхода . Затем D-триггер 2 формирует второй канальный
импульс совершенно аналогично тому, как происходило формирование
первого канального импульса D-триггером 1. В этом и состоит операция
декодирования: импульсная телеграмма подверглась разделению, с выхо-
да Q4 снимается канальный импульс КИХ, с выхода Qb — канальный
импульс КИ2.
Путем введения соответствующих взаимных связей между нескольки-
ми ИС 7474 можно сконструировать декодер на любое желаемое число
каналов. Однако с целью упрощения схемы для семиканального декодера
целесообразнее использовать ИС другого типа. Импульс в точке 3 назы-
вается синхроимпульсом, ибо конденсатор С4 за время между импульсны-
ми телеграммами успевает полностью зарядиться, вследствие чего на
входе 1>4 снова оказывается высокий потенциал (,.!”) и декодер снова
переходит в исходное состояние.
Пауза между импульсными телеграммами достаточно продолжительна
(более 6 мс), поэтому декодер приемника работает синхронно с кодером
передатчика независимо от потери части импульсов при распространении
или, наоборот, поступления добавочных ложных импульсов за счет помех
(что бывает гораздо чаще).
Схему декодера также соберем сперва на экспериментальной плате
и опробуем ее вместе с кодером. При монтаже следует обратить внимание
на то, что выводы ИС маркируются как бы при виде на прибор сверху,
тогда как цоколевки транзисторов всегда представляют собой вид с н и -
з у , со стороны корпуса. Кодер комплектуез сложную импульсную те-
леграмму, а декодер вновь разделяет ее на отдельные импульсы. Однако
при сравнении между собой временных диаграмм кодера и декодера
видно, что импульсная телеграмма кодера состоит из отрицательных
импульсов, тогда как телеграмма декодера — из положительных. Поэтому
отрицательные импульсы кодера мы должны предварительно инвертиро-
вать.
Инвертирование импульсов осуществим, введя дополнительно в схе-
му простой усилительный каскад. Из параграфа, поясняющего принцип
Рис. 143. Инвертор импульсов: а- принципиальная схема; б- печатная плата; в -
схема расположения деталей.
157
Рис. 144. Монтаж инвертора им-
пульсов.
действия транзистора, мы уже
знаем, что напряжение на
коллекторе сдвинуто на 180°
по отношению к базовому.
Применительно к цифровой
технике это означает, что при наличии на базе сигнала „0” на коллекторе
будет „1” и наоборот. Инвертор импульсов, представленный на рис. 143,
как раз и является таким усилительным каскадом. Модуляционные им-
пульсы кодера подадим на вход инвертора; его выход соединим со вхо-
дом декодера. Присоединив к выходу декодера осциллограф или следя-
щую систему, проверим экспериментально функционирование обоих
блоков. Во время такой проверки проведем также предварительную на-
стройку кодера, исключив тем самым этот этап из рабочего цикла по из-
готовлению и настройке передатчика.
Мы настраиваем кодер Установим с помощью омметра значение со-
противления между выводами S и Е ка-
нальных потенциометров и /?9 (см. рис. 134) равным 1,5 кОм. Вмонти-
руем эти потенциометры в сервомеханику; кулисная скоба, карданный
шарнир и подстроечный рычаг должны находиться в нейтральном положе-
нии. Подстроечные резисторы и в базовых цепях генераторов
канальных импульсов устанавливаются на 3/4 полного значения. Путем
такой предварительной подстройки кодера мы заранее добиваемся того,
чтобы длительность импульсов изменялась точно в пределах (1,6 ± 0,6) мс.
Точную настройку проведем уже при полностью смонтированном передат-
чике для каждого канала отдельно. Для сервосистем собственного изго-
товления достаточным оказывается в большинстве случаев предваритель-
но настроить кодер. Однако для того чтобы все каналы и сервосистемы
имели одинаковую длительность импульса, мы должны настроить по пер-
вому каналу одну „эталонную” сервосистему и все остальные. С помощью
„эталонной” сервосистемы мы настраиваем затем второй канал и все
последующие.
Может случиться, что необходимо будет подключить к нашему устрой-
ству сервосистему, рассчитанную на другие длительности импульсов.
В этом случае придется подстраивать либо сервосистему к остальному
устройству, либо все устройство к этой сервосистеме.
Если в нашем распоряжении имеется только сервосистема с отрица-
тельными канальными импульсами, ею тоже можно воспользоваться,
введя промежуточный блок инвертора импульсов (см. рис. 143). Таким
образом, мы видим, что с помощью соответствующих электронных схем
можно подгонять к нашим устройствам блоки других систем. В случае
необходимости в таком инверторе импульсов соберем его на миниатюр-
ной плате (рис. 144). Напряжение питания поступает на инвертор от при-
158
Стабилизированное
напряжение
Рис. 145. Кодер: а — печатная плата; б — схема расположения деталей.
Емкости не обозначенных конденсаторов равны 1 нФ.
159
емника. Смонтированный инвертор столь мал, что его можно припаять
прямо к соединительному кабелю, связывающему сервосистему с при-
емником, обмотав поверх клейкой лентой. Такое включение инвертора
выгодно тем, что никак не влияет на массу и объем декодера.
Убедившись, что кодер и декодер работают безупречно, изготовим
печатные платы (рис. 145 и 146) и перенесем все детали с эксперименталь-
ных плат на печатные. По окончании монтажа обоих указанных блоков
(рис. 147 и 148) следует вновь проверить их функционирование и лишь
затем монтировать их в корпусах передатчика и приемника.
Мы строим Освоив двухканальный вариант кодера и деко-
семиканальный декодер дера, познакомимся с семиканальным вариан-
том. Монтаж семиканального кодера для нас
существенных трудностей не представляет: схему на изготовленной на-
ми по рис. 145 печатной плате нужно будет лишь дополнить недостающими
каскадами на транзисторах Т5, . . . , Т9 (на принципиальной схеме, пред-
ставленной на рис. 134, показаны красным цветом) . Принцип действия их
Рис. 146. Двухканаль-
нцй декодер: а - печат-
ная плата; б — схема
расположения деталей.
+ 2,45
приемник
160
Рис. 147. Монтаж кодера.
точно такой же, как у описанных ранее генераторных каскадов канальных
импульсов. Для пятого и шестого каналов вместо потенциометров К22 и
/?28 предусмотрены резисторы с подвижными контактами. Седьмой
канал выполнен только как переключательный. Если мы решим, что и
седьмой канал должен выполнять функции пропорционального управле-
ния, его схему нужно будет соответственно дополнить по образцу преды-
дущих каскадов. На рис. 145, б представлена монтажная схема, а на
рис. 147 - внешний вид полностью смонтированного семиканального ко-
Рис. 148. Монтаж двухканального декодера.
161
Рис. 150. Временные диаграммы напряже-
ний в контрольных точках восьмиразряд-
ного регистра со сдвигом.
дера. Позднее с его помощью мы сможем осуществлять и управление
двухканальным декодером. Это важно для наших дальнейших целей,
поскольку отсюда следует, что семиканальный передатчик можно с ус-
пехом использовать для работы с двухканальным приемником. И наобо-
рот, двухканальный передатчик может работать совместно с семиканаль-
ным приемником; управление при этом осуществляется лишь по двум
каналам.
Для семиканального декодера также применим интегральную схему
серии 74. Это — восьмиразрядный регистр со сдвигом с параллельным
считыванием. Такой регистр можно было бы, конечно, построить спосо-
бом соответствующей комбинации четырех ИС 7474, однако мы предпо-
чтем вариант с одной ИС, обеспечивающий экономию в потреблении то-
ка, уменьшение габаритов и числа элементов. Восьмиразрядный регистр
со сдвигом также состоит из соединенных дру! с другом триггеров
(рис. 149). Он имеет два информационных входа А и В, тактовый вход
162
1\ установочный вход Н и выходы , ... ,(>//. Из таблицы состояний
регистра
Информационные вхоцы при Выход (}д при<„+ ,
А в
1 1 1
0 1 0
1 0 0
0 0 0
следует, что для декодирования можно будет применить как ИС 74164,
так и ИС 7474. Информация, поступающая на входы А и В, будет сдви-
гаться положительными перепадами тактовых импульсов от выхода (>4
до выхода ()//. Поэтому такая схема и получила название регистра со
сдвигом.
Способ действия восьмиразрядного регистра со сдвигом поясняется
временными диаграммами (рис. 150). Потенциал „1 ” появится на выходе
Qa лишь в том случае, если при подаче на вход Т переднего фронта такто-
вого импульса на обоих входах Л и В будет „1”.
Схемы формирователя импульсов и синхронизатора у семиканально-
го декодера (рис. 151) практически почти не отличаются от таковых
для рассмотренного ранее двухканального декодера (см. рис. 140).
11
*V*7
ЭДОТ
<КИЧ
<КИ3
<™1
- + ^В
<КИ7
<КИ6
<КИ5
Супергетеродинный
приемник
Рис. 151. Принципиальная схема семиканального декодера.
7*1, . . . , Г3 — транзисторы TUN; ИС — интегральная схема типа 74164 или74Ы64.
163
a)
M1:1
Рис. 152. Семиканаль-
ный декодер: а - печат-
ная плата; б - схема
расположения деталей.
В интервале между импульсными телеграммами потенциал точки J соот-
ветствует „1” (высокий), поэтому положительный перепад первого так-
тового импульса переносит эту ,,Г’ на выход (см. рис. 141). Первый
же тактовый импульс разряжает конденсатор С3, поэтому при последую-
щих тактовых импульсах на входах А и В будут иметь место потенциа-
лы „О”, так что следующий тактовый импульс сформирует на выходе
Qa отрицательный перепад (задний фронт) первого канального импульса
и одновременно на выходе Qh — положительный перепад (передний
фронт) второго канального импульса. Подобным же образом с каждым
тактовым импульсом сигнал „1” появляется поочередно на всех последу-
ющих выходах декодера. По окончании импульсной телеграммы конден-
сатор С3 вновь заряжается, так что вслед за паузой при поступлении
очередной импульсной телеграммы декодер вновь оказывается „сдвину-
тым” на первый канал. Таким образом, декодер синхронизируется с ко-
дером передатчика.
164
Рис. 153. Монтаж семиканального декодера.
Семиканальный декодер будем собирать сразу на печатной плате
(рис. 152 и 153). Необходимо предусмотреть возможность смены деко-
деров в корпусе приемника, поэтому размеры платы у семиканального
декодера должны быть такими же, как у двухканального. Восьмиразряд-
ные регистры со сдвигом имеются в двух вариантах:
— ТТЛ типа 74164 с потреблением тока /ис = 40-^50 мА;
— ТТЛ-L типа 74L164 с потреблением тока /ис =4 - 5 мА.
Вариант L получил свое наименование от английского low power (ма-
лая мощность) и действительно отличается весьма незначительной потреб-
ляемой мощностью (на порядок меньшей, чем у стандартного варианта).
Однако типовая частота переключения для варианта L составляет 3 МГц,
тогда как у стандартного варианта она около 20 МГц. Частота переклю-
чения, используемая в наших устройствах, существенно ниже 3 МГц,
поэтому (если удастся приобрести) предпочтительнее пользоваться вари-
антом L, так как в результате этого значительно удлиняется время эк-
сплуатации приемника. У обоих вариантов ИС одинаковое расположение
выводов.
Мы монтируем Кодер — последний изготовленный нами блок
передатчик передатчика. Теперь остается только вмонтиро-
вать его вместе с механизмом ручки управления
в корпус передатчика и соединить блоки между собой соответствующими
проводами. ВЧ-часть передатчика и кодер уже были предварительно на-
строены, что существенно упрощает дальнейшие работы.
В первую очередь следует соединить согласно монтажной карте
(рис. 154) батареи (кадмиево-никелевые аккумуляторы 6 В/500 мА • ч)
165
Рис. 154. Соединение монтажных групп в корпусе передатчика:
схема 1 - разводка проводов напряжения питания.
друг с другом и с выключателем Вкл-Выкл, кодером. ВЧ-частью. меха-
низмом ручки управления и обоими резисторами с подвижными контак-
тами, а также с выключателем седьмого канала Лучше всего для этой
цели подходит медный многожильный провод с разноцветной изоляцией.
Расцветка, указанная на рис. 154, вовсе не обязательна, ее следует рас-
ценивать лишь как рекомендацию, однако все же весьма желательно,
чтобы плюсовой провод был красным, а минусовой — черным или синим.
Если для остальных проводов будут выбраны какие-либо иные цвета,
не совпадающие с рекомендованными, го на рис. 154 целесообразно сде-
лать соответствующие пометки; это существенно облегчит в дальнейшем
поиск неисправностей.
К кодеру провода следует припаивать до его монтажа в корпусе
передатчика, однако можно сделать это и после, если приготовить ле-
пестки для пайки на верхней стороне печатной платы кодера. Все осталь-
ные пайки можно сделать после размещения блоков в корпусе. Для
припайки проводов к выводам А обоих резисторов с подвижными кон-
тактами следует только ослабить винты крепления кодера. Разводку
сигнальных проводов кодера к механизму ручек управления, к резисто-
рам с подвижными контактами и переключателю седьмою канала вы-
полним в соответствии со схемой, приведенной на рис. 155. При оконча-
166
Рис. 155. Соединение монтажных групп в корпусе передатчика:
схема 2 - разводка сигнальных проводов.
Рис. 156. Монтаж передатчика (вид изнутри) .
167
тельной укладке проводов в корпусе передатчика необходимо следить
за тем, чтобы провода (по возможности соединенные вместе клейкой
лентой) не защемлялись и не истирались подвижными частями подстроеч-
ных рычагов и переменных резисторов (рис. 156). Покончив с разводкой,
закрепим обе батареи кусочками губчатой резины между рамкой задней
стенки и кодером.
Настройка передатчика Теперь мы можем заняться приведением пере-
датчика в готовность к работе. Подвижные
контакты установочных регуляторов и канальных потенциометров долж-
ны при этом находиться в среднем положении. Привинтим антенну и вы-
тянем ее на полную длину. Запомним важное правило: с передатчи-
ком никогда не работают без антенны! Ведь антенна
должна излучать значительную мощность высокой частоты (порядка
500 мВт). Если антенна отсутствует, эта мощность преобразуется (в око-
нечном каскаде) в тепло и может вывести из строя выходной транзистор.
При первом включении передатчика следует контролировать общий
потребляемый ток, который не должен превышать 100 мА (при встав-
ленном кварцевом резонаторе!).
Выполнив все вышесказанное, приступим к окончательной настройке
передатчика. Эта работа должна выполняться в полном соответствии с об-
щими указаниями по настройке. На расстоянии 1 м от передатчика поме-
щают измеритель напряженности поля; при включении передатчика
стрелка прибора должна заметно отклониться. Крепко держа передатчик в
руках, с помощью пластмассовой отвертки настроим в резонанс антенную
удлинительную катушку L 5 (см. рис. 103). Измеритель напряженности
поля следует при этом удалить от передатчика настолько, чтобы стрелка
отклонялась примерно на половину шкалы. Настроив антенну, зафиксиру-
ем положение сердечника катушки f5 каплей расплавленного воска.
Далее повторим настройку оконечного каскада, добиваясь регулировкой
катушек 12 и Л3 максимального излучения высокой частоты. Передатчик
при этом необходимо все время крепко держать в руках, благодаря
чему учитывается влияние емкости рук и тела.
Настроив передатчик на максимум излучения, проконтролируем
еще раз общий потребляемый ток, который теперь ни в коем случае
не должен превышать 150 мА. Если окажется, что он слишком велик,
путем уменьшения С4 и С7 добьемся допустимого значения тока. Оставим
передатчик включенным около 20 мин, а затем снова подстроим его на
максимум излучения регулировкой />2 и Е3. Добавочные сверления в
верхней стенке корпуса заклеим после этого декоративной пленкой.
С помощью резистора К j j установим стрелку измерителя выхода пере-
датчика так, чтобы она находилась в последней трети приборной шкалы.
Перемещение ее во вторую треть указывает на то, что излучение уменьши-
лось из-за разряда аккумулятора. Работу передатчика в этом случае
необходимо прервать и подзарядить аккумулятор (или сменить батареи).
Настройка импульсного блока передатчика осуществляется с помощью
приемника и следящей системы.
168
Супергетеродинный приемник
пропорциональной системы
Модели с дистанционным управлением с каждым годом становятся
все более популярными. Найти для запуска моделей уединенную мест-
ность в наши дни довольно трудно, будь это акватория для моделей
судов или склон для моделей планеров, поэтому возникает проблема
обеспечения совместной работы нескольких моделей с дистанционным
управлением (в том числе и во время соревнований). Решается эта проб-
лема путем выбора определенной конструкции устройства. В соответст-
вии с международными правилами о распределении диапазонов частот
для диапазона 27,12 МГц± 0,6%, отведенного для дистанционного управ-
ления (см. приложение 8), следует строить приемники с полосой пропус-
кания Д/’= 10 кГц. Из приложения 8 видно, что в указанном диапазоне
могут работать параллельно 1 2 передатчиков дистанционного управления
и при этом сохраняется еще достаточное отстояние между соответствую-
щими полосами частот.
Исходя из наименьшей длительности передаваемых передатчиком
импульсов, получаем, что передатчик должен иметь полосу пропускания
по видеочастоте шириной около 3,5 кГц. Тогда полоса пропускания пе-
редатчика по высокой частоте составит 7 кГц (удвоенная ширина полосы
пропускания по видеочастоте). Нашими средствами (путем использования
обычных кварцевых резонаторов) добиться полосы пропускания уже
7 кГц практически невозможно. У реальных передатчика и приемника
полоса пропускания всегда несколько шире, чем здесь было показано.
Наряду с этим приемник цифрового устройства должен удовлетворять
и требованиям достаточной чувствительности, простоты и жесткости кон-
струкции и т. д. Всем этим условиям соответствует супергетеродинный
Принцип действия супергетеродинного приемни-
ка поясним с помощью структурной схемы
(рис. 157). Высокочастотный сигнал подает-
ся с антенны на входной контур (с резонансной
частотой 27,12 МГц), являющийся первым селектором. Усиливать коле-
бания столь высокой частоты (27,12 МГц) в последующих каскадах
при полосе пропускания Д/ < 7 кГц достаточно трудно. Воспользуемся
поэтому принципом преобразования частот, широко применяемым в ве-
щательных приемниках. С помощью преобразования частот мы получаем
из высокочастотного сигнала сигнал существенно более низкой постоян-
ной частоты, которую называют промежуточной (ПЧ) . Колебания такой
частоты относительно несложно усиливать до необходимого значения
с помощью каскадов, обладающих высокой избирательностью и обеспе-
чивающих заданную полосу пропускания.
Промежуточную частоту мы получаем путем смешения принятого
высокочастотного сигнала с колебаниями другой (тоже высокой) часто-
ты, которые вырабатывает специальный маломощный генератор — гетеро-
приемник.
Как работает
супергетеродинный
приемник
169
ИИЯ!
Рис. 157. Структурная схема супергетеродинного приемника системы
дистанционного управления.
дин. В соответствии со знакомой уже нам по модуляции взаимозависи-
мостью при смешении возникают частоты
/пч 1 =/вЧ - /г И /пЧ2 =/вЧ +/г-
Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) со связанными колебательны-
ми контурами может оптимально усиливать только одну из этих двух
промежуточных частот. Он настраивается на частоту /пч ь При монтаже
мы пользуемся в основном покупными деталями, поэтому выбираем
для нашего УПЧ частоту 455 кГц. Это означает, что в каждом канале
дистанционного управления, по которому мы будем вести передачу ко-
манд, наряду с кварцевым резонатором передатчика необходим еще и
кварцевый резонатор приемника с частотой колебаний на 455 кГц ниже
частоты передатчика (см. приложение 8). Далее сигнал усиливается до тре-
буемой величины двухкаскадным узкополосным УПЧ, а затем детектиру-
ется. В последнем из блоков — импульсном усилителе — последователь-
ность импульсов усиливается настолько, чтобы ею можно было управлять
работой декодера.
Рассмотрим теперь более подробно работу отдельных блоков супер-
гетеродинного приемника.
Что надо знать Правильным расположением и настройкой ан-
об антенне тенны можно существенным образом влиять
на дальность действия и эксплуатационную
надежность устройства дистанционного управления. Общепринятая длина
антенны для таких устройств составляет 0,9—1,0 м. Входной фильтр
рассчитывается именно на эту длину, поэтому менять ее нельзя ни в ко-
ем случае. Для приемной антенны справедливы те же положения, что и для
передающей. Лучшие результаты достигаются всегда при вертикально
170
Рис. 158. Принципиальная схема транзисторного супергетеродинного приемника.
ТJ, . . . , /5 — транзисторы типов SF 115, SF255 и др.; Д\ — стабилитрон на 3,6 В
или 4 диода DUS, соединенных последовательно (в пропускном направлении;
Д2 — диод DU S; £ J, £ 2 — катушки с обмотками из медного провода ф 0,3 мм
(обмотка 1-2 — II витков, обмотка 3—4 — 4 витка) ; Др — дроссель из 20 витков
медного провода ф 0,2 мм на сердечнике ф 2 мм; <Pj, Ф2, Фт> - фильтры типов
LMC 4100А, LMC 4101 A, LMC 4102А соответственно.
расположенной приемной антенне. Практические советы по конструкции
антенн даны в главе о размещении приемника в корпусе модели.
зачем на входе Поначалу кажется непонятным, зачем на вхо-
супергетеродинного / ico\
приямими» ,пня «е супергетеродинного приемника (рис. 158)
колебательных контура? включены два колебательных контура, к тому
же разнесенных в пространстве и разделен-
ных электрически. Катушки £15 £2 обоих колебательных контуров уда-
лены друг от друга примерно на 100 мм и связаны между собой только
слабым взаимным магнитным полем. Благодаря этому достигается очень
высокая избирательность по высокой частоте. Мы знаем уже, что про-
межуточная частота получается в соответствии с равенством/ич = /вш —
—/г, где /вч i ~ частота передатчика. Однако ту же промежуточную часто-
ту можно получить и из соотношения/вч -/г - /вч 2’ гДе/вч2 ~ частота,
которая относительно частоты гетеродина j\ расположена на частотной
шкале зеркально к частоте /вч i и носит поэтому название зеркальной
(рис. 159). Сигналы зеркальной частоты усиливались бы поэтому супер-
гетеродинным приемником в той же мере, что и излучаемые ^сп передатчиком, и это могло бы привести к значительным по- ильная , юта 142 fr Част< переде эта гтчика ВЧ1
ж Гпч ?пч >
Рис. 159. Зеркальная частота.
171
мехам. Однако благодаря высокоизбирательному входному контуру на
усилительные каскады поступают лишь высокочастотные сигналы, ле-
жащие в полосе от 26,957 до 27,283 МГц, а все остальные частоты подав-
ляются. Входной контур отфильтровывает практически только нужную
частоту. По этой причине колебательные контуры, обладающие подоб-
ными свойствами, называют входными фильтрами.
Частоты смешиваются Транзистор Т2 (см. рис. 158) усиливает высо-
кочастотный сигнал и одновременно обеспе-
чивает получение промежуточной частоты путем смешения (исходя из
соотношения /пч = /вч -/г)- Для этого необходимы колебания второй
частоты (/г), которые генерирует известный нам уже по схеме передат-
чика маломощный генератор с кварцевой стабилизацией. При использо-
вании вставных кварцевых резонаторов легко менять командные кана-
лы. В приемнике кварцевый резонатор колеблется с частотой более низ-
кой, чем в передатчике (разность между этими частотами как раз и состав-
ляет /пч)- Перепутать эти кварцевые резонаторы — значит нарушить
функционирование всей системы.
Смешение /вч и /г происходит в эмиттерной цепи смесительного
транзистора 7’2, имеющего в этой цепи общий резистор с транзистором
7\. Смешение может произойти только при наличии элементов с нелиней-
ной характеристикой. Применяемые нами транзисторы обладают ярко
выраженными нелинейными характеристиками, в связи с чем необходи-
мо кратко остановиться на возникающих в результате этого нежелатель-
ных побочных явлениях.
Если излучаемые передатчиком ВЧ-колебания подвергнутся амплитуд-
ной модуляции модулирующей частотой передатчика помех, возникает
перекрестная модуляция. Эффект перекрестной модуляции можно су-
щественно снизить путем смещения рабочей точки транзистора Т2 в
область с наименьшей кривизной характеристики. Такое положение ра-
бочей точки необходимо еще и потому, что транзистор Т2 должен обеспе-
чить требуемое усиление ВЧ-колебаний и оптимальный режим смешения.
Вследствие того что параметры отдельных транзисторов одной и той
же серии довольно сильно разнятся между собой, правильное положение
рабочей точки определяется экспериментально путем подбора К4, а иногда
и К3. Однако полностью избежать перекрестной модуляции на практике
все же не удается.
Промежуточная частота Из смеси частот следует выделить желаемую
усиливается (промежуточную) частоту и максимально уси-
лить колебания этой частоты в последующих
усилительных каскадах. Первая фильтрация промежуточной частоты
455 кГц осуществляется с помощью нагрузочного сопротивления тран-
зистора Т2 (см. рис. 158), образованного колебательным контуром
(полосовым фильтром) . Полосовой фильтр выбирается с таким расчетом,
чтобы он пропускал нужную нам полосу частот (455 ±5) кГц. Известно,
что полоса пропускания УПЧ должна лежать по-возможности между 5
172
и 10 кГц. В основном же она определяется фильтрами. Поэтому мы долж-
ны настраивать их на максимальное усиление при выбранной полосе про-
пускания. В первый раз промежуточная частота фильтруется фильтром
Фх и усиливается последующим каскадом на транзисторе 73. С целью
согласования высокого резонансного сопротивления колебательного кон-
тура фильтра с относительно невысоким входным сопротивлением после-
дующего транзистора колебания промежуточной частоты подаются на него
со специальной катушки связи. Усилительные каскады на транзисторах
Т3 и 7’4 также работают на нагрузочные сопротивления в виде полосовых
фильтров, включенных в их коллекторные контуры. Такое трехкратное
селектирование оказывается оптимальным. Наиболее удачное положение
рабочих точек транзисторов Т3 и /4 устанавливают изменением сопротив-
лений эмиттерных резисторов К5 и К6, добиваясь при этом максимально-
го усиления УПЧ. Транзистор Т5 выполняет сразу две функции: он должен
усиливать колебания промежуточной частоты, одновременно выпрямляя
(детектируя) их. Его рабочая точка устанавливается подбором плеч
делителя К 7, Д2. Диод при этом действует как стабилизатор (подобно
стабилитрону) и одновременно ограничивает слишком большие сигналы
промежуточной частоты в непосредственной близости от передатчика.
Регулировка усиления В радиусе действия передатчика с выхода
супергетеродинного приемного устройства дистанционного управ-
приемника ления должны сниматься сигналы постоян-
ной амплитуды. Это серьезная проблема,
потому что если в непосредственной близости от передатчика приемная
антенна взаимодействует с высокочастотным полем напряженностью
порядка 5 В/м, то на предельной дальности напряженность поля составля-
ет всего около 5 мкВ/м. Таким образом, амплитуда выходных сигналов
должна сохраняться постоянной при изменении входного напряжения
в 105 раз. Первое выравнивание столь сильно различающихся по амплиту-
де напряжений осуществляется с помощью диода Д2. Если сигнал проме-
жуточной частоты превышает по величине пороговое напряжение диода
Д2 С~1,5 В), то амплитуда сигнала ограничивается (срезается). Однако
одного этого ограничителя для получения выходных сигналов с постоян-
ной амплитудой недостаточно. Необходимо еще управлять усилительны-
ми свойствами транзисторов УПЧ в зависимости от напряженности поля
в месте приема. Поблизости от передатчика усиление должно быть малым,
а при слабых входных сигналах, т. е. при больших удалениях модели,
наоборот, максимальным. Изменение коэффициента усиления происходит
автоматически и носит название АРУ (автоматическая регулировка уси-
ления) .
В цепи база эмиттер транзистора 7 s сигнал промежуточной частоты
выпрямляется. С коллектора он снимается усиленным и подается далее
на импульсный усилитель. Остатки высокочастотных составляющих сигна-
ла замыкаются через конденсатор (\ 0 на корпус. Одновременно прило-
женное к коллектору выпрямленное напряжение промежуточной частоты
(последовательность импульсов) поступает на /?С-цепочку (К9О8), сгла-
живается ею и подается на базы транзисторов Т3 и 7’4. При высокой
173
напряженности поля в месте приема УВЧ и УПЧ усиливают максимально.
Потенциал коллектора транзистора 7’5. понижается, базовые токи умень-
шаются, и рабочие точки транзисторов Т3 и 7’4 смещаются в область мень-
шего усиления. С помощью такой АРУ напряжение выходного сигнала сох-
раняется приблизительно постоянным в широком диапазоне дальностей.
Дальнейшее усиление демодулированного сигнала осуществляет
импульсный усилитель на плате декодера.
Мы строим транзисторный
супергетеродинный приемник
Размеры печатной платы тран-
зисторного супергетеродинного при-
емника совпадают с размерами пе-
чатной платы декодера, с которым
приемник монтируется в общем
корпусе (рис. 160 и 161). Следует
учитывать также, что транзистор-
ный супергетеродинный приемник
должен быть взаимозаменяемым с
приемником на ИС. Схема тран-
Рис. 160. Печатная плата (а) и схема расположения элементов (б) транзисторного
супергетеродинного приемника.
174
Рис. 161. Укомплектованная плата
транзисторного супергетеродинного
приемника устройства дистанционно-
го управления.
зисторного супергетеродинного
приемника рассчитана так, что
в ней можно применять и иные,
чем указано в подписи к
рис. 158, типы транзисторов и
других элементов. Так, в прин-
ципе можно использовать здесь
TUN-транзисторы и фильтры
других типов (например, от карманных приемников). Даже если эти
фильтры будут несколько больших габаритов, места для них на плате
хватит. В случае применения таких фильтров должно соответственно
меняться и расположение токопроводов на печатной плате.
Прежде всего разместим на печатной плате полосовые фильтры (свер-
лить в соответствии с расположением фильтровых выводов!). Затем
с помощью вольтметра и батареи проверим целость всех катушек ПЧ.
Далее намотаем катушки L j и /,2 и припаяем их выводы к соответствую-
щим точкам. Очень важно проверить перед монтажом все элементы схемы
(резисторы, конденсаторы и особенно транзисторы). Транзисторы долж-
ны иметь коэффициент усиления по току Н > 100. Все они обязательно
должны быть кремниевыми высокочастотными с малыми емкостями
коллектор-база. В рассматриваемом образце примерно одинаковые ре-
зультаты показали типы S1 216 и SF 136*. Затем смонтируем гетеродин.
В качестве дросселя Др используем готовый дроссель (20 витков медно-
го провода ф0,2 мм, намотанных на двухмиллиметровый каркас), для
кварцевого резонатора припаяем пятиштырьковую транзисторную панель-
ку (или без панельки сам резонатор). После этого припаяем транзисторы
7 1 Д з <» • - • , 15 •
Укомплектованную печатную плату проверим, деталь за деталью, на
соответствие чертежу, приведенному на рис. 160, и проконтролируем
все пайки и токопроводы (надежность паечных контактов и отсутствие
коротких замыканий).
Мы настраиваем
супергетеродинный
приемник
От настройки супергетеродинного приемни-
ка в очень большой степени зависит дальность
действия всего устройства дистанционного уп-
равления. Поэтому все этапы работы следу-
ет проводить как можно тщательнее и в той самой последовательности,
которая указывается ниже. Настройку, как и раньше, следует вести на
деревянном столе, на котором (и в ящиках которого) не должно быть
металлических предметов (паяльников, плоскогубцев и г. д.).
* Советские аналоги см. в приложении 5.
175
Настройка входной цепи. Припаяем транзисторы 7\,
7’3, . . . , 7’§ (см. рис. 158) и подключим антенну длиной около 90 см.
Включим передатчик (с антенной) и поставим его на удалении 2—3 м.
Супергетеродинный приемник должен потреблять ток около 8 мА. Между
точкой 2 и корпусом включим авометр (шкала 10В). Вращая сердечни-
ки катушек и Ь2, проведем предварительную настройку (добиваясь
минимального отклонения стрелки прибора). Если имеется осциллограф,
подключим его к клемме „Выход” и добьемся максимальной амплитуды
сигнала (рис. 162).
Настройка усилителя промежуточной частоты.
Настройку УПЧ проводим с помощью авометра (шкала 10 В), подклю-
ченного к точке 2, или осциллографа, подключенного к клемме „Выход”.
Полосовые фильтры уже настроены; таким образом, для окончательной
настройки в большинстве случаев требуются лишь один-два поворота
сердечника. Путем взаимной подстройки фильтров Ф2, ®з добиваем-
ся безупречной формы и максимальной амплитуды выходных импульсов
(по осциллографу) или минимального отклонения стрелки авометра
(-0,55 В).
Окончательная настройка супергетеродинного
приемника. Окончательную настройку лучше всего проводить
с парами кварцевых резонаторов для 17 или 14 каналов. Авометр остает-
ся подключенным к точке 2. Вдвинем антенну передатчика наполовину
и увеличим расстояние между передатчиком и приемником примерно
до 30 м. Будем повторять попеременно настройку />15 Л2, Ф2, Ф3,
добиваясь минимального отклонения стрелки авометра, до тех пор, пока
дальнейших улучшений наблюдаться уже не будет. Затем проверим все
имеющиеся в наличии пары кварцевых резонаторов, убеждаясь, что ре-
зультаты получаются примерно одинаковыми, и в заключение проведем
испытание на дальность действия, которое повторим затем еще раз на всех
каналах уже с помощью полностью укомплектованного устройства вмес-
те со следящей системой. Для контроля работы супергетеродинного при-
емника системы дистанционного управления и для отыскания неисправ-
ностей можно пользоваться осциллограммами (см. рис. 162). Супер-
гетеродинный приемник — последний блок, необходимый для системы
пропорционального дистанционного управления.
Прежде чем приступить к монтажу на модели, включим совместно
все электронные блоки приемной части и проверим их работоспособность
(рис. 163). Если эта проверка пройдет удовлетворительно, приступим
к изготовлению корпуса приемной части из полистирола.
Мы строим приемник
системы
дистанционного
управления
Корпус приемного устройства изготовим с та-
ким расчетом, чтобы блоки приемника и деко-
дера легко вставлялись и вынимались, но
в то же время не хлябали в направляющих
(рис. 164). Сверху и снизу приемник изолирован от корпуса пластинка-
ми мягкого пенопласта. Для антенны и кварцевого резонатора в корпусе
предусмотрены соответствующие отверстия. Антенный провод завяжем
176
Рис. 162. Осцилограммы напряжений в контрольных точках транзис-
торного супергетеродинного приемника: а - напряжение ПЧ в точке 1;
б - демодулированное напряжение ПЧ на клемме „Выход”.
Рис. 163. Функциональные группы цифрового устройства пропорционального
дистанционного управления.
1 — вставной кварцевый резонатор; 2 — зарядная фишка; 3 — ввинчиваемая
антенна; 4 — выключатель; 5 — канальный переключатель (канал 7) ; 6 —
высокочастотный индикаторный прибор; 7 — ручка управления; 8 — рычажки
подстройки; 9 — управляющий регулятор (каналы 5 и 6) ; 10 — антенный ка-
натик (90 см); 11 — супергетеродинный приемник; 72 — декодер; 13 — выклю-
чатель; 14 — батарея.
177
Рис. 164. Монтаж приемника в корпусе.
1 — декодер; 2 — супергетеродинный приемник; 3 — антенна
(90 см) ; 4 — кварцевый резонатор; 5 — мягкий пенопласт;
6— фишки; 7— съемное дно.
внутри корпуса в узел, с тем чтобы при натяжении антенны провод не
оторвался от места пайки. Все остальные провода подведем через колодки
(фишки). Чтобы соединить приемник с декодером, достаточно короткого
провода (40—50 мм). Для надежности обтянем корпус двумя полосками
клейкой ленты. По размерам корпуса (69x32x44 мм), массе (около
54 г; один корпус - 23 г), внешнему виду (при тщательной обработке)
и потребляемой мощности наш приемник не уступает приемникам завод-
ского производства. Внешний вид приемника показан на рис. 165.
Изготовлением супергетеродинного приемника заканчивается цикл
построения блоков нашей системы дистанционного управления. После
окончательной настройки передатчика можно приступать к управлению
по радио первой моделью. Окончательная импульсная настройка произво-
дится по тем же рабочим этапам, что и предварительная. Если в нашем
распоряжении нет эталонной откалиброванной сервосистемы заводского
производства, произведем регулировку всех канальных каскадов кодера
так, как это было указано ранее при описании его предварительной на-
стройки. С помощью этих канальных
каскадов настроим сервосистему точ-
но на среднюю длительность импуль-
сов и на одинаковые регулирующие
отклонения в обе стороны. В даль-
нейшем эту сервосистему будем счи-
тать эталонной.
Точного среднего (нейтрального)
положения ручки управления добь-
Рис. 165. Смонтированный приемник.
178
емся путем корректировки разворота оси потенциометра. Ослабим для
этого крепежные винты на кулисной скобе и карданном шарнире и,
захватив узкими плоскогубцами ось потенциометра, повернем ее на нуж-
ный угол. Регулирующие отклонения установим подстройкой переменных
резисторов в базовых цепях транзисторов канальных каскадов. Регули-
рующие отклонения и среднее положение влияют друг на друга, поэтому
может случиться, что настройку придется поэтапно повторить несколько
раз.
Мы строим супергетеродинный
приемник на ИС
Как работает
супергетеродинный
приемник на ИС
Мы уже знакомы с тем, как используются
достоинства ИС при декодировании. Резуль-
таты настолько хороши, что сама собой напра-
шивается мысль о том, нельзя ли использо-
вать ИС и в схемах ВЧ-приемников. Промышленностью изготовляются
различные варианты приемников на ИС, прежде всего для коммерческих
радиовещательных устройств. Для наших целей воспользуемся одной из
ИС, которая содержит в себе всю ВЧ-часть приемника амплитудно-модули-
рованных сигналов. С помощью навесных элементов можно добиться,
чтобы она удовлетворяла требованиям, предъявляемым к приемникам
систем дистанционного управления. Речь идет об ИС А 244, взаимозаменя-
емой с ИС ТС А 440. ИС состоит из уже знакомых нам функциональных
блоков (рис. 16б). Путем интеграции удалось добиться дальнейших
ее усовершенствований, например введения в схему регулируемых
ВЧ-каскадов, каскада внутренней стабилизации, отдельного регулиро-
вочного каскада и четырех каскадов УПЧ. Благодаря этому супергете-
родинный приемник на ИС по сравнению с транзисторным супергетеро-
динным приемником обладает рядом преимуществ. К ним относятся:
— повышенная устойчивость к сильным сигналам (особенно важна
на малых удалениях от передачика) ;
— хорошие регулировочные свойства (увеличение диапазона регули-
ровок) ;
- высокая помехоустойчивость;
— внутренняя стабилизация напряжений;
- широкий диапазон изменения напряжения питания (4,5 — 15 В);
— простота монтажа навесных элементов;
- внутренний гетеродин.
Остановимся на характерных особенностях схемы (рис. 167) .
Антенну (90 см) присоединяем через конденсатор С, к входному
колебательному контуру Li('2. Благодаря этому, во-первых, достигается
хорошая селекций по высокой частоте и, во-вторых, существенно умень-
шается влияние изменения длины (положения) антенны на колебательный
контур. Через выводы 1 и 6 внутренний гетеродин соединен с кварцевым
резонатором и колебательным контуром Г2С3, настроенным на резонанс-
ную частоту 27,12 МГц. Цепочка — развязывающий фильтр гетеро-
179
00
о
Регулировка предварительного
усиления- по потребности
16
Входной
Каскад
стабилизации
Смесительный
каскад
Каскады
ПЧ
7
1
оНЧ
Контур гетеро-
динах — 1
'^\гЛ(аскад
преддарипк.
усиления^ I
'.льного
£о
£
W
Гетеро-
дин
1512
’ 11 ;
6-6———6-
13
Фильтр ПЧ
*— Регул и роб
— ка ПЧ
10
Индикатор
настрой киС
Регулирующее напряжение
Рис. 166. Структурная схема ИС А244 (ТСА 440).
Изменения в схеме при использовании
д качестве Фг фильтра Му рота
SFD 440 47
I
/2Ф-
W
Сц и Ру
0^1
7t
устраняются
-о + ^вв
7/r
Cig
22,0
^47Г
Выход
Рис. 167. Принципиальная схема супер-
гетеродинного приемника на ИС.
1/2 — катушка с обмоткой из 11 витков
медного провода 00,2 мм; Lj — катуш-
—L ка с обмотками из медного провода
ф 0,2 мм (обмотка 1—2 — 14 витков;
обмотка 3—4— 4 витка); ИС — инте-
гральная схема ТСА 440 или А244;
Ту, Т^— транзисторы TUN; Ду — диод
DUG; Д2 - диод DUS; Фу - фильтр
LMC 4 101 А; Фу — пьезофильтр 455 кГц;
Ф3 - фильтр LMC 4102 А. При отсут-
ствии готовых фильтров Фу иФ3 можно
намотать их самим: для фильтра Фу
обмотка 1—2 — 68 витков, обмотка
2—3— 27 витков, обмотка 4—5 — 28
витков; для фильтра Фу обмотка/ — 2 —
95 витков. Емкости конденсаторов в
фильтрах Фу и Ф3 равны 1 нФ.
Рис. 168. Осциллограмма напряжения при-
емника на ИС в точке Л.
дина. Селекцию по промежуточной
частоте обеспечивают фильтры Фх и
Ф2. Ф2 — керамический фильтр,
полоса пропускания которого опреде-
ляет собой полосу пропускания при-
емника в целом. В пояснениях к схеме
указаны два варианта керамических
фильтров различных типов. Однако
здесь могут найти применение и керамические фильтры других типов.
Для хорошей селекции по промежуточной частоте важно взаимное соот-
ветствие фильтров Фх пФ2. Поэтому мы должны по возможности приме-
нять фильтры указанных на схеме
типов, а выбирая иные типы, стремить-
ся к тому, чтобы их параметры были
максимально близки к параметрам
фильтров, предлагаемых схемой. При
недостаточной чувствительности (ма-
лой дальности уверенного приема)
фильтр Ф2 следует заменить.
С вывода 7 снимается модулиро-
ванный сигнал ПЧ, который демоду-
лируется (детектируется) диодом
Напряжение ПЧ падает на фильтре
Ф3. В качестве Ф3 можно применять
фильтр любого типа с резонансной
частотой 455 кГц. Регулирующее на-
Рис. 169. Супергетеродинный приемник на ИС: а - печатная плата;
б — схема расположения деталей.
182
Рис. 170. Два варианта монтажа супергетеродинного приемника на ИС.
пряжение снимается с детекторного диода через Rh, (\ 2, ^5» Go и
подводится к выводу 9 каскадов УПЧ, а через /<2» Кз> G - к каскаду
предварительного усиления по высокой частоте.
Дадим важное указание по дальнейшей настройке. Для применения
ИС А244 в радиовещательных схемах на вывод 10 выведена индикация
настройки. Таким образом, напряжение между корпусом и выводом 10
можно использовать при настройке в качестве критерия.
Выход ИС — высокоомный, поэтому он нагружается на усилительный
каскад на транзисторе 7\ , включенном по схеме с общим коллектором
(см. табл. 4). Это схема эмиттерного повторителя, обладающего свойства-
ми трансформатора сопротивлений. Выходное сопротивление такого кас-
када невелико; сигнал, снимаемый с резистора К10, усиливается транзис-
тором Т2 до уровня, необходимого для работы декодера (рис. 168). В
целях взаимозаменяемости размеры печатной платы приемника на ИС
должны быть такими же, как у платы транзисторного приемника
(рис. 169 и 170). Из-за расположения выводов ИС кварцевый резонатор
здесь размещен по-иному, чем в транзисторном приемнике, поэтому и от-
верстие для кварцевого резонатора в корпусе также придется проделы-
вать в другом месте.
Мы настраиваем
супергетеродинный
приемник на ИС
Закончив монтаж приемника, проконтролиру-
ем еще раз все места паек, ни в коем случае
не допуская возникновения перемычек. Без
подачи сигнала приемник потребляет ток
12—15 мА при напряжении питания К = 4,8 В. При настройке соблюдаются
все инструкции, изложенные выше для транзисторного приемника Помес-
тим передатчик на удалении около 5 м от приемника. Между выводом
10 ИС (см. рис. 167) и корпусом включим вольтметр (шкала 2,5 В).
Попеременно вращая сердечники катушек н Ь2ч найдем точку, в ко-
торой гетеродин начинает генерировать (стрелка миллиамперметра откло-
183
няется за деление 15 мА). Ввернем сердечник катушки /,2 еще примерно
на два оборота, добиваясь устойчивой, надежной генерации гетеродина
(постоянства отклонения стрелки). С помощью катушки и фильтров
фх , Ф3 добьемся максимального отклонения стрелки. Напряжение меж-
ду выводом К) и корпусом должно при этом ориентировочно составлять:
без входных сигналов ^15 мВ, при наличии входных сигналов 400 мВ.
Удалив передатчик со вдвинутой антенной на 30 м, повторим еще раз
настройку L1, и Ф3 по максимальному отклонению стрелки (подоб-
ный же эффект можно получить, поместив передатчик рядом с приемни-
ком в сухой стиральной машине). Мощность колебаний, улавливаемых
при этом приемником, достаточна для эффективной его настройки на
максимальную чувствительность. Следует заметить, что данный метод
можно использовать и при настройке транзисторного супергетеродин-
ного приемника. При этом мы убедимся, что подстройка иФ1 оказы-
вает очень сильное влияние на отклонение стрелки (при отчетливой фик-
сации максимума отклонения).
Мы управляем пропорционально
частотой вращения ходового
двигателя
Как работает Испытывая устройство дистанционного управ-
регулятор хода ления на модели, мы очень скоро выясним,
что в нем следовало бы улучшить. Если для
моделей планеров вначале достаточно пропорционального отклонения
рулей, то с судо- и автомоделями дело обстоит несколько иначе. Простым
включением и выключением ходового двигателя судомодели добиться
полного подобия ее хода ходу прототипа добиться вряд ли удастся. Отсю-
да следует, что надо искать возможности для пропорционального измене-
ния частоты вращения ходового двигателя. Очевидно, что наиболее опти-
мальное решение поставленной задачи - создание соответствующей элек-
тронной схемы.
Во главу угла в наших рассуждениях снова поставим канальные
импульсы. Пропорциональную информацию, содержащуюся в изменении
длительности импульсов на ±0,6 мс, мы должны преобразовать в изме-
нение частоты вращения от нуля до максимума для обоих направлений
вращения. Наряду с применением уже известных нам, оправдавших себя
на практике элементов схем для обработки импульсов займемся и разра-
боткой совершенно новых вариантов.
Наш прибор имеет назначением дистанционное управление частотой
вращения двигателя, поэтому по справедливости его следовало бы назы-
вать регулятором частоты вращения. Однако в литературе по моделиро-
ванию укоренилось иное его название — регулятор хода, которым мы и
будем пользоваться в дальнейшем.
Собственно, приведенная выше постановка задачи для нас не так уж
и нова. Взяв собранную нами электронную следящую систему, изготовив
редуктор для серводвигателя и установив подвижный контакт потенци-
184
Рис. 171. Структурная схема регулятора хода.
ометра опорного генератора на среднюю длительность импульса, мы
уже вполне можем регулировать частоту вращения серводвигателя от ну-
ля до максимума. Такой двигатель можно использовать в качестве ходо-
вого для небольших судовых моделей (длиной около 30 см) . Однако при
попытке применить подобный вариант для двигателей больших мощнос-
тей сразу проявляются его недостатки (нам потребовались бы, например,
ходовая батарея со средним выводом и два одинаковых по мощности
транзистора с различным типом проводимости). Во избежание этих недо-
статков попробуем найти другое решение.
Основное условие, из которого мы должны исходить, - применение
высокоэффективного двигателя с потребляемой мощностью до 250 Вт
(10 А/25 В) и возможностью изменения направления вращения, питаемо-
го от одной батареи, без отводов.
Принцип действия регулятора хода рассмотрим сперва с помощью
структурной схемы (рис. 171). Многие блоки нам уже знакомы: опорный
генератор, переключательное реле, расширитель импульсов, усилитель.
Новым для нас является вариант схемы сравнения импульсов.
Для сравнения импульсов воспользуемся логическими схемами
базиса И—НЕ. С работой схемы И -НЕ лучше всего ознакомиться с помо-
щью таблицы состояний. Из нее следует: сигнал „0” на выходе схемы
появится лишь в случае подачи сигналов „1 ” на оба ее входа. Во всех
остальных случаях на выходе будет иметь место сигнал ,,1”:
Вход 1 Вход 2 Выход
0 0 1
0 1 1
1 1 0 1 1 0
185
Этой логикой мы и воспользуемся для выделения остаточного импульса
при сравнении канального и опорного импульсов. Этот способ сравнения
импульсов обеспечивает более высокую помехоустойчивость схемы по
отношению к импульсным помехам, чем способы сравнения импульсов
с помощью переключающего усилителя или сервосистемы. Вышеупомяну-
тое достоинство достигается за счет применения ИС серии ТТЛ и связан-
+ в (батарея
приемника}
+ б~2ЧЁ (Ходовая
батарея)
_ Ходовая
батарея
батарея
~ приемника
Рис. 172. Схема регулятора хода.
И€\ — интегральная схема 74121; ИС2 — интегральная схема 7400, D100;
Г4 - транзистор TUP; Т5 - транзистор ВС327, BD136 и др.; Г6 - транзистор
2N3055, KU606 и др. с радиатором охлаждения; Д2 — диоды DUS; Д3 —
кремниевый диод на 1А; Р\ — реле на 4 или 6 В с контактами, рассчитанными
на большую нагрузку.
186
Рис. 173. Временные диаграммы напряже-
ний в контрольных точках регулятора
хода.
ного с этим несколько повышенного
потребления тока. Для сравнения
импульсов с помощью схемы И-НЕ
требуются канальные импульсы от-
рицательной полярности, для чего
необходим еще один каскад — инвер-
тор. Сравнение импульсов осуществля-
ют элементы и Э2. Элементы Э3
и Э4 входят в схему триггера, уп-
равляющего работой переключатель-
ного реле.
Взаимодействие отдельных функ-
циональных блоков становится ясным
из рассмотрения принципиальной схе-
мы (рис. 172) и временных диаграмм (рис. 173). Интегральная схемаИС\
вместе с навесными элементами представляет собой ждущий мультивиб-
ратор. Длительность генерируемых импульсов в достаточно широких
пределах можно регулировать с помощью элементов /^4, С2, подстраивая
тем самым схему применительно к нашим требованиям. С помощью
резистора К4 длительность опорного импульса устанавливается равной
1,6 мс. Интегральная схема обладает внутренней стабилизацией, поэтому
генерируемый ею опорный импульс практически не зависит от напряжения
питания и температуры. Таким образом, стабильность опорного генера-
тора зависит только от температурных свойств элементов К4, С2 (по-
этому в качестве конденсатора С2 выбирается по возможности тантало-
вый электролитический конденсатор). Ждущий мультивибратор запус-
кается положительным перепадом входного импульса, поступающим
на вход В (вывод 5 ИС\), тогда как остальные входы (выводы 3 и
4 ИС\) находятся под потенциалом „(Г. С выхода Q снимается положи-
тельный опорный импульс, а с выхода {) - отрицательный. Необходимый
для сравнения импульсов отрицательный канальный импульс снимается
с инвертора, собранного на транзисторе 1\.
Таким образом, теперь для сравнения импульсов в нашем распоряже-
нии имеются положительные и отрицательные канальные и опорные
импульсы.
Предположим сначала, что канальный импульс короче опорного
Окан < ton) • В этом случае элемент Э2 интегральной схемы ИС2 сравни-
вает отрицательный канальный импульс с положительным опорным.
187
В соответствии с таблицей состояний для схемы И-НЕ сигнал ,,0” на ее
выходе будет лишь тогда, когда на оба входа поступают сигналы „1”.
Но при ^кан < *оп такое состояние возможно лишь при условии, что точ-
ка / уже снова находится под потенциалом „1”, а точка 3 еще сохра-
няет его. Получаемый в результате этого на выходе схемы сравнения
отрицательный импульс подается через резистор К8 на расширитель им-
пульсов.
Рассмотрим далее случай, когда /кан > t оп. Теперь элемент Э! сравни-
вает положительный канальный импульс, поступающий со входа регуля-
тора, с отрицательным опорным, снимаемым с точки 2. На выходе Jj
сигнал „О” будет лишь при условии, что канальный импульс на входе
регулятора еще сохраняет значение „1”, а опорный импульс в точке 2
уже снова принял это значение. Полученный в результате этого отрицатель-
ный остаточный импульс поступав! через резистор К7 на расширитель
импульсов.
В третьем случае, когда длительности канального и опорного импуль-
сов равны между собой (гкан “ Un), ни с выхода элемента Эг, ни с вы-
хода элемента Э2 остаточных импульсов, управляющих последующими
каскадами, не поступает.
Остаточный импульс с максимальной длительностью 0,6 мс повторяет-
ся с периодом 25 мс. Для того чтобы регулятор хода в положении ^Мак-
симальная частота вращения” подключал к двигателю также полное на-
пряжение, остаточный импульс длиной 0,6 мс должен быть растянут до
25 мс. Эту растяжку импульсов осуществляет конденсатор Через
цепочку СЗД2 конденсатор С8 разряжается отрицательным остаточным
импульсом пропорционально длительности последнего. В интервале меж-
ду импульсами (~23 мс) снова подзаряжается через В случае
коротких остаточных импульсов конденсатор С8 разряжается лишь
незначительно. Это означает, что заряжается он тоже быстро, и в точке
возникает лишь довольно слабо растянутый остаточный импульс. Тран-
зисторами Т3, . . . , 7 § растянутый остаточный импульс формируется в
прямоугольный и усиливается. Этим импульсом управляется мощный
транзистор 7’6, через который протекает ток двигателя с максимальным
значением 10 А.
В случае длительных остаточных импульсов (например, 0,6 мс)
постоянная времени восстановления заряда конденсатора С8 устанавли-
вается с помощью Я]о такой, чтобы он сумел полностью зарядиться за
время интервала между импульсами (~21 мс). Таким путем мы полу-
чаем на С8 растянутые управляющие импульсы с длительностью, точно
пропорциональной длительности остаточных (± 0,6 мс) . Эти импульсы
управляют током двигателя, обеспечивая его вращение в ту или иную
сторону.
Электронику надо усовершенствовать таким образом, чтобы при
^кан> *оп двигатель вращался в одну сторону, а при tKaH < Uni - в
188
другую. Тогда и скоростью нашей модели можно будет пропорциональ-
но управлять при движении как вперед, так и назад. Мы знаем, что при
£кан < ^оп остаточный импульс снимается с точки 5, а при гкан > гоп — с
точки 4. Этими остаточными импульсами можно воспользоваться для уп-
равления переключателем полярности, включающим в себя транзистор
и реле с двумя контактными группами- (двумя переключающими кон-
тактами), которые рассчитаны на ток двигателя 10 А. Переключатель
полярности должен реагировать на очень короткие остаточные импульсы,
поэтому необходимо позаботиться еще и об электронном блоке, который
переключался бы даже при самых коротких остаточных импульсах. В ка-
честве такого блока может быть использован хорошо знакомый нам триг-
гер. Достаточно короткого импульса на одном из его входов, как триг-
гер переключается во вполне определенное состояние. Повторная подача
импульса на тот же вход это состояние не меняет. Переключение происхо-
дит лишь при поступлении импульса (пусть даже очень короткого) на дру-
гой вход. Такой триггер: называют триггером с установочными входами
или RS-триггером. В качестве активных элементов этой схемы использу-
ем незадействованные до сих пор элементы Э3 и Э4 интегральной схемы
ИС2. Мы уже знаем, что работу логических схем удобно описывать с
помощью таблицы состояний. Обозначим входы триггера буквами S
(от английского set — установка) и R (от английского reset — сброс),
а выходы — буквами Q и Q. Мы уже упоминали, что сигналы с обоих
выходов триггера всегда снимаются в противофазе друг к другу. Из
рассмотрения таблицы состояний
о
о
1
1
0 1
Без изменения
следует, что при подаче на оба входа одинаковых сигналов однозначное
состояние схемы не обеспечивается. Поэтому при эксплуатации триггеров
подобных комбинаций сигналов на их входах следует избегать.
Из той же таблицы состояний мы видим, что при поступлении сигнала
„0” в точку 5, а следовательно, и на вход5 RS-триггера (свободный вход
элемента Э4), на выходе Q (вывод 6 схемы ИС2), а следовательно, и в
точке 7, появляется сигнал „1”. Этот сигнал „1” через R6 подводится
к транзистору Т2 и отпирает его, в результате чего срабатывает реле и
двигатель меняет направление вращения. Остаточные импульсы, повторя-
ющиеся через каждые 23 мс, не меняют состояния RS-триггера, Лишь
в том случае, когда остаточный импульс появляется в точке 4, т. е. сигнал
189
ж) з)
Рис. 174. Осциллограммы напряжений в контрольных точках регулято-
ра хода: а - отрицательный канальный импульс-в точке 1; б - опор-
ный импульс в точке 3; в — остаточный импульс в точках 4 или 5; г —
растянутый остаточный импульс в точке 6; д - управляющий импульс
в точке 8; е - импульс тока двигателя при пуске в точке 9; ж - им-
пульс тока двигателя при половинной частоте вращения в точке 9;
з — импульс тока при частоте вращения, составляющей 90% макси-
мальной, в точке 9.
190
„О” будет не на входе 5, а на входе К, RS-триггер переключается и реле
отпускает.
Оба логических элемента в RS-триггере функционально равнозначны,
поэтому вход 5 можно организовать и на элементе Э3. Важно только,
чтобы S и {) принадлежали одному и тому же элементу (а К и {) — соответ-
ственно другому).
Из всего сказанного можно сделать весьма важный для эксплуатации
вывод. Через реле в замкнутом состоянии протекает (в зависимости от
типа реле) ток 50-70 мА, существенно нагружающий батареи приемника,
в результате чего время их работы заметно укорачивается. Поэтому сос-
тояние „Реле замкнуто” выбираем для наименее часто используемого
режима хода (задний ход). Состояние „Реле замкнуто” можно установить,
перемещая в соответствующую сторону ручку управления на передат-
чике (направление движения ручки зависит от того, подключен ли резис-
тор К6 к выводу 8 интегральной схемы ИС? (выход элемента Э3) или к
выводу 6 (выход элемента Э4).
С помощью RS-триггера мы, по-существу, привязываем к включен-
ному состоянию реле определенный диапазон отклонений ручки управле-
ния на передатчике, причем в случае необходимости эта привязка может
регулироваться. Импульсы напряжений в различных контрольных точках
схемы показаны на рис. 174. Из их рассмотрения становится ясным, что
частота вращения двигателя устанавливается не за счет меняющегося по
значению постоянного напряжения, а за счет постоянного по знаку пуль-
сирующего напряжения. Длительность импульсов постоянного тока,
подводимых к двигателю, мы можем устанавливать пропорциональной
отклонению ручки управления на передатчике, а следовательно, можем
менять пропорционально и частоту вращения двигателя. К числу досто-
инств такого процесса регулировки хода относятся улучшение условий
разгона двигателя и снижение потерь мощности в установочном тран-
зисторе.
Мы строим
регулятор хода
Испытаем сперва блоки на экспериментальной
плате. Если есть из чего выбирать, выберем
интегральную схему ИС2 (см. рис. 172) в
L-варианте, отличающемся малым потребляемым током. Для надежного
управления мощным транзистором транзистор 7’5 должен иметь макси-
мальный коллекторный ток /ктах> 500 мА. Мощный транзистор 7’6
следует выбирать, исходя из его способности обеспечить протекание со-
ответствующего тока двигателя. При эксплуатации моделей необходимо
учитывать и то, что транзистор Т6 должен быть в состоянии переносить
значительные перегрузки, в несколько раз превышающие ток двигателя
(например, если на судовой винт намотаются водоросли или заклинится
гребной вал). Кремниевые транзисторы способны выдерживать кратко-
временные (до 30 с) перегрузки током, вдвое превышающим номиналь-
191
a)
Вход^
JL
Батарея
"" приемника
+ 6... 245
^Двигатель
_ХодоВая
Батарея
Рис. 175. Регулятор хода на ИС: а - печатная плата; б - схема расположения деталей,
ный. Весьма способствует этому хорошее охлаждение (большая поверх-
ность радиатора). Для надежности в провод двигателя включается предо-
хранитель 10 А. Соответствующие предохранители вместе с держателями
можно приобрести в автомагазинах.
При испытаниях двигатель включим через автомобильную лампочку
12 В/45 Вт. Убедившись в удовлетворительной работе регулятора хода,
изготовим печатную плату (рис. 175, а). Для получения более простой
конфигурации токопроводов эта плата должна иметь двустороннее метал-
лизированное покрытие. Пять коротких токопроводов нанесены на верх-
ней стороне платы. Их расположение наметим в соответствии со схемой
расположения элементов (рис. 175, б). При этом имеет смысл просвер-
лить сперва все точки паек на чистой печатной плате, а затем уже покры-
вать лаком точки паск и то ко проводы. Перенесем на печатную плату все
элементы регулятора хода, вплоть до транзистора 7’6 (рис. 176). Тран-
192
Рис. 176. Монтаж регулятора хода
на ИС.
Рис. 178. Смонтированный регулятор
хода.
Рис. 177. Детали корпуса регулятора хода: а - верхняя часть (жесть); б - ниж-
няя часть (полистирол).
зистор 7’6 из-за необходимости в охлаждении крепится на радиаторе,
в роли которого выступает металлическая крышка регулятора хода
(рис. 177). Место для переключательного реле выбирается на печатной
плате в соответствии с типом применяемого реле и может быть изменено.
Для предотвращения взаимных помех контакты реле заблокированы
конденсаторами 671О, . . . , С14. Диод Д3 исполняет для мощного транзис-
тора 76 те же защитные функции, что и диод Д4 для реле переключающе-
го усилителя (см. рис. 76). Он необходим, поскольку двигатель представ-
ляет собой для 7’6 индуктивную нагрузку. Печатная плата точно подгоня-
ется к корпусу, в результате чего мы получаем прочную, компактную
конструкцию (рис. 178).
По окончании монтажа проконтролируем печатную плату на безуп-
речное исполнение всех паек, а затем проведем первое испытание ра-
ботоспособности схемы. На этом же этапе проведем и настройку регуля-
тора хода. К клеммам двигателя последовательно с амперметром (5 А)
снова включим автомобильную лампочку 12 В/45 Вт. Переменным резис-
тором К4 (см. рис. 172) установим положение переключения Большей
частью оно соответствует среднему положению ручки управления на пере-
датчике. С помощью резистора R ] 0 настраиваем растяжку остаточных
импульсов на длительность интервала. В точке переключения ток должен
193
быль равным нулю. Своего максимума он должен достигать при отклоне-
нии ручки управления на 90°. При этом между точкой 9 и корпусом
должно быть приложено полное, не пульсирующее уже более напряжение
батареи (за вычетом падения напряжения на 7’6). При полной нагрузке
транзистор Ть очень сильно греется. При падении на 7’6 напряжения 1-
1,5 В и токе 10 А мощность потерь составляет Р = 10 4-15 Вт (почти
столько же, сколько требуется для нагревания нашего малого паяльни-
ка!) . Отсюда понятно, почему дня радиатора транзистора Ть необходима
такая большая поверхность охлаждения.
Регулятор хода требует для своей работы значительных мощнос-
тей, поэтому во избежание выхода прибора из строя при его эксплуа-
тации следует неукоснительно придерживаться некоторых основных
правил. Эти правила будут сформулированы ниже вместе с другими
рекомендациями по эксплуатации устройства дистанционного управ-
ления.
Несколько практических
рекомендаций по эксплуатации
устройства дистанционного управления
После того как мы приобрели определенный опыт собственноручною
изготовления устройств дистанционного управления и в достаточной сте-
пени разобрались в их функционировании, нам остается познакомиться
с некоторыми правилами эксплуатации этих устройств. Эти правила оп-
равдали себя на практике, их соблюдение оградит нас от досадных нео-
жиданностей.
Как вмонтировать При размещении устройства в модели (даже
устройство в модель ПрИ самых первых попытках) не делайте ни-
чего временно. Опыт показывает, что позд-
нее у вас едва ли найдется время заменить временный монтаж более
основательным, а ведь такие „временные” недоделки являются посто-
янным источником неисправностей. Накопив опыт работы со своим
вариантом монтажа и сравнивая этот монтаж с иными вариантами, мы
сможем, разумеется, внести в него необходимые изменения. Однако
при этом никогда не следует забывать, что обычно простейшее реше-
ние — самое лучшее. Простое вовсе не означает примитивное; прос-
той вариант монтажа должен быть полноценным во всех отношениях.
/
-----------------------------------------------------
/ Рис. 179. Возможный вариант монта-
I / жа антенны на авиамодели.
1 к
/ \|\ 1 — штыревая антенна; 2 — антенна;
С|[\~Н ttH\ Ь- 11_ II j _ следящая система; 4 — прием-
5 V * ник; 5— аккумулятор.
194
Независимо от типа модели приемник следует обернуть в несколько
слоев губчатой резины (толщиной 10—15 см) и закрепить его позади
крепкого шпангоута так. чтобы он нигде не касался корпуса модели.
Целесообразно предусмотреть для приемника отдельный отсек. Кадмиево-
никелевые аккумуляторы отличаются большой прочностью, но, несмотря
на это, их тоже необходимо обернуть губчатой резиной и размещать
всегда впереди приемника (считая по ходу модели). Тогда
при падении модели соскользнувший с опор аккумулятор не сможет
повредить приемник. Особой опасности подвергается приемник на авиа-
моделях. Необходимо всячески уменьшать эту опасность путем рацио-
нального размещения его узлов! На судомоделях аккумуляторы реко-
мендуется укладывать в небольшой пластиковый пакет и оберегать их
от водяных брызг.
Для защиты от вибрации механизм следящей системы закрепляют
на эластичных резиновых шайбах.
Соединительные кабели между батареей, приемником и механизмом
следящей системы необходимо прокладывать свободно, без натяжения.
Небольшие смещения узлов аппаратуры по отношению друг к другу,
возникающие при приземлении авиамоделей или посадке на мель судомо-
делей, не должны вызывать натяжения кабелей. В противном случае
могут оторваться пайки или выдернуться из гнезд штекеры.
Механизм следящей системы должен работать плавно, без заеданий,
рули и рычажный механизм должны ходить легко, без люфтов. При меха-
ническом ограничении угла отклонения руля механизм следящей систе-
мы работает с полной нагрузкой, а следовательно, и потребляет большой
ток. К тому же приводит тяжелый ход рычагов и подшипников меха-
низма следящей системы. Кроме того, при этом снижается точность
установки рулей и уменьшается допустимое время эксплуатации уст-
ройства.
Безупречная работа устройства в значительной степени определяется
подавлением помех от электромоторов. В моторной яхте приемник и
антенну следует размещать как можно дальше от ходового двигателя и
его подводящих проводов. Настроив приемник с антенной определен-
ной длины, в дальнейшем эту длину менять уже нельзя. Любое укороче-
ние антенны ведет к уменьшению дальности действия. Антенна обяза-
тельно должна быть прямолинейной и размещаться вне модели на мак-
симально возможном удалении от электромоторов, рулевых машинок,
металлических частей и проводов под током. На модели планера антен-
на проходит через отверстие в фюзеляже и протягивается к килю, а от-
туда -- к кромке стабилизатора (рис. 179). Наилучшие условия при-
ема обеспечивает вертикальная штыревая антенна, конец которой сле-
дует загнуть в виде петли (для защиты глаз). К сожалению, как пока-
зал опыт, надежный контакт между такой антенной и входным кон-
туром получить довольно сложно. Поэтому штыревые антенны со ште-
керным соединением применяют только на судомоделях. На авиамо-
делях следует применять более надежные ввинчивающиеся штыревые
антенны.
195
На что следует
обратить внимание
при эксплуатации
передатчика
У моделиста должна выработаться привычка
перед каждым стартом тщательно проверять
функционирование системы дистанционного
управления. Таким путем мы своевременно
сможем найти и устранить неисправность (например, заменить разряжен-
ные батареи приемника).
Существует правило: при включении устройства следует
сперва включить передатчик, затем приемник; при в ы ключении
устройства — сперва выключить приемник, затем передатчик. Со-
блюдая это правило, мы исключим срабатывание приемника от чужого
передатчика или внешних помех, что могло бы привести к повреждению
механизма.
Известно, что минимальная напряженность высокочастотного поля
передающей антенны — в направлении ее оси. Отсюда вытекает правило:
никогда не с л е д у е т н а ц е л и в а т ь с я а н т е н н о й н а м о-
дель, поскольку приемник окажется при этом в зоне минимальной
напряженности поля. Необходимо также наблюдать за тем, чтобы передаю-
щая и приемная антенны по возможности не оказывались перпендикуляр-
ными друг другу.
Может случиться, что два самодельных устройства, работающие на
соседних каналах (например 12 и 14 — см. приложение 8), будут влиял
друг на друга. В этом случае необходим переход на другой канал (с боль
шим разносом частот).
Помеху может создать и перекрестная модуляция, которая возникает,
если передатчик помех имеет большую мощность, чем собственный, или
если передатчик помех находится к модели намного ближе, чем собст
венный. Поэтому моделисты, участвующие в соревнованиях, должны
применять передатчики примерно одинаковой высокочастотной мощности
и стоять поблизости один от другого (на расстоянии нескольких метров)
Рекомендуется также, чтобы каждый моделист-спортсмен обозначал
применяемый им канал цветной лентой на передающей антенне (см. при-
ложение 8).
Что следует знать
о допустимой
продолжительности
работы
потребляемый ток
Как правило, допустимые продолжительности
работы передатчика и приемника различны.
Для передатчика допустимая продолжитель-
ность работы определяется тем, на какой
(или высокочастотную мощность) он рассчитан. При
длительной эксплуатации и потребляемом токе около 100 мА на ак-
кумуляторе с емкостью 500 мА ч можно работать примерно 4,5 ч, после
чего его следует зарядить снова. Для того чтобы аккумуляторы не ока-
зались разряженными неожиданно для нас, надо учитывать время ра-
боты передатчика и своевременно подзаряжать батареи (по возмож
ности после каждого сеанса работы). Если устройство в течение дли-
тельного времени не выключалось, аккумуляторы также следует за-
рядить.
Допустимое время работы приемника в большой степени зависит
от числа подключенных следящих систем и их характеристик управления.
196
Чем больше подключено сервомеханизмов и чем больше управляемых
движений совершает модель, тем больше потребляемый ток и тем короче
допустимое время работы. Сервомеханизмы потребляют ток лишь во
#ремя движения, поэтому при пропорциональном управлении ручкой
управления следует работать плавно, а не прерывисто, как при подаче
дискретных команд. Если в процессе работы с моделью приходится мно-
го времени уделять подстройке следящей системы для установки рулей
в нейтральное положение, это является верным признаком того, что бата-
реи подсели. В подобном случае необходимо прервать работу и подзаря-
дить аккумуляторы. Зимой емкость всех источников питания заметно
падает, поэтому проверять степень разрядки аккумуляторов и подзаря-
жать их следует чаще.
На что следует Для бесперебойной эксплуатации регулятора
обратить внимание хода необходимо соблюдать следующие пра-
при эксплуатации
регулятора хода ВИЛЗ.
1. Регулятор хода должен подключаться
как сервосистема к соответствующему канальному выходу приемника.
2. Регулятор хода должен подключаться к ходовой батарее в надле-
жащей полярности.
3. При желании изменить направление вращения двигателя следует
поменять местами провода подключения двигателя, но ни в коем случае
не выводы регулятора хода!
4. Необходимо избегать коротких замыканий! Ни в коем случае
нельзя допускать соприкасания проводов подключения двигателя или его
металлических частей с корпусом или транзистором регулятора хода.
Самое надежное — изолировать корпус от схемы диэлектрической про-
кладкой.
5. Следует избегать заклинивания двигателя! Во избежание риска
в подводящий провод двигателя нужно включить соответствующий
предохранитель (10 А).
6. Необходимо позаботиться о хорошем охлаждении регулятора
хода! Следует обеспечить обтекание регулятора хода холодным воздухом,
сделав на модели соответствующие лючки для входа и выхода холод-
ного воздуха. Как минимум, нужно разместить регулятор хода в модели
с таким расчетом, чтобы он не соприкасался с остальными блоками, и
проделать над ним вытяжной люк, через который мог бы выходить нагре-
тый воздух.
7. Регулятор хода должен быть надежно защищен от помех? Для бе-
зупречной работы регулятора хода все находящиеся в модели двигатели
следует обеспечить надежной помехозащитой и применять только электро-
двигатели с безукоризненной коммутацией.
8. Необходимо оберегать регулятор хода от сырости! Проникновение
воды влечет за собой нарушение правильной работы регулятора хода, что
может привести к потери модели (в результате бесконтрольного движе-
ния полным ходом в направлении от мод ел иста-спорте мена).
9. При эксплуатации двигателя никогда не применять два или бо-
лее включенных параллельно регулятора хода! Возникающие при этом
197
переходные токи могут повредить электронную часть схемы. Напротив,
вполне возможно включение нескольких двигателей (параллельно или
последовательно) с одним регулятором хода, лишь бы общий ток не пре-
восходил граничного значения (10 А при 25 В).
10. Регулятор хода с кремниевым транзистором в оконечном каскаде
способен к кратковременным двойным перегрузкам по току. Однако не
следует допускать перегрузок в течение времени, превышающего 10—30 с
(в зависимости от степени перегрузки).
11. Для обеспечения по возможности меньшей нагрузки батарей при-
емника переключательное реле должно быть в замкнутом состоянии при
наименее вероятном направлении движения (при исполнении команды
„Задний ход”). В зависимости от типа переключательное реле потребляет
ток 50—100 мА, существенно укорачивая тем самым время работы прием-
ной части устройства дистанционного управления.
12. После окончания работы необходимо отключить ходовые батареи
от регулятора хода! Ток, протекающий через него при выключенном
приемнике измеряется, правда, всего единицами миллиампер, но тем
не менее его вполне достаточно, чтобы полностью разрядить батареи.
Последнее особенно вредно для свинцовых аккумуляторов, посколь-
ку их срок службы существенно укорачивается из-за глубокого
разряда.
Как обучать работе
с устройством
дистанционного
управления
Во избежание поломок, а то и гибели модели
из-за неопытности начинающего моделиста
целесообразно поначалу подстраховывать его
от ошибок. Управление моделью в этом случае
осуществляют с помощью двух передатчиков — инструктора и ученика,
работающих в одном и том же канале. Оба передатчика связаны соедини-
тельным кабелем, подключенным к разрядным фишкам.
В соответствии со схемой, приведенной на рис. 180, а, соединим мину-
совый полюс аккумулятора передатчика с клеммой 3 зарядной фишки.
Выключатель передатчика работает в этом случае как переключатель:
Электронная часть
передатчика
Черный
Вкл
Выкл
Красный
Рис. 180. Схема зарядной фишки передатчика (я) и кабель (б) для работы
Штекер Штекер
передатчика передатчика
инструктора ученика
в режиме инструктор-ученик.
198
в положении „Вкл” аккумулятор подключен к клемме 2, в положении
„Выкл" к клемме 1. Соединив кабелем передатчики инструктора и
ученика (по схеме, показанной на рис. 180,6), можно приступать к обуче-
нию. Выключатель на передатчике ученика остается при-этом всегда в по-
ложении „Выкл”. Для предотвращения подачи ошибочных команд акку-
мулятор из передатчика ученика изымается. Если выключатель передат-
чика инструктора перевести в положение „Выкл, то напряжение питания
будет по кабелю подаваться на передатчик ученика, и тот может осуществ-
лять дистанционное управление моделью. При переводе выключателя пере-
датчика инструктора в положение „Вкл” передатчик ученика выключается
и моделью управляет теперь инструктор. В большинстве случаев инструк-
тор проводит старт модели и поднимает ее на безопасную высоту, после
чего передает управление ученику, переводя выключатель своего передат-
чика в положение „Выкл”. В критических ситуациях и перед посадкой
модели он вновь вмешивается в процесс управления, включая свои пере-
датчик и принимая тем самым управление на себя.
При таком методе обучения новичок быстро осваивает управление
моделью и приобретает необходимую спортивную сноровку. Можно даже
проводить тренировки на выход из специально создаваемых опасных
ситуаций, пока ученик не приобретет должной уверенности в управлении
моделью.
Поиск неисправностей
Если в работе устройства дистанционного управления начинают возни-
кать сбои, необходим систематический поиск неисправностей. Большую
помощь в этом нам окажут самодельные вспомогательные приборы,
а также знания и опыт, приобретенные при изготовлении и наладке устрой-
ства. Воспользуемся же ими!
Для систематического обнаружения и устранения неисправностей их
поиск необходимо вести „шагами” в такой последовательности:
1. Замерить напряжение батареи передатчика под нагрузкой (выклю-
чатель в положении „Вкл”, антенна полностью выдвинута). Если отклоне-
ние напряжения от его номинального значения превышает 20%, необходи-
мо заменить батарею или подзарядить аккумулятор и лишь после этого
продолжать дальнейший поиск. При измерении тока, потребляемого пере-
датчиком, к выводам выключателя следует присоединить авометр (вы-
ключатель в положении „Выкл”, антенна полностью выдвинута).
2. Проверить излучение передатчика с помощью измерителя напряжен-
ности поля.
3. Подключить наушники к измерительной приставке (см. рис. 99) и
проверить модуляцию высокой частоты.
4. Если генератор не возбуждается, вставить в передатчик другой
кварцевый резонатор или проверить прежний резонатор с помощью конт-
рольного высокочастотного генератора.
5. Замерить напряжения на транзисторах усилителя низкой частоты и
импульсного блока. Это поможет нам выявить неисправности элементов
схемы.
199
6. Неправильная форма импульсов, которая может быть обнаружена
только с помощью осциллографа, является, как правило, следствием
нарушения работы определенных схемных узлов, но не ведет к полному
выходу аппаратуры из строя. Для отыскания источника ошибок и путей
к их устранению следует сравнивать полученные осциллограммы с ти-
повыми.
7. Приемник тоже может быть источником ошибок. Необходимо
проверить напряжение батарей и потребляемый ток (при подключенном
механизме следящей системы).
8. Простым средством контроля может служить второй приемник.
При безупречной его работе следует поменять кварцевые резонаторы,
выяснив тем самым, не является ли причиной отказа приемника дефект-
ный резонатор. Кварцевые резонаторы проверяют также с помощью
контрольного высокочастотного генератора.
9. Если неисправность еще не обнаружена, измерить повторно напря-
жения на транзисторах. Для контроля импульсных процессов необходим
осциллограф.
10. При неправильной работе сервомеханизма заменить его другим,
заведомо исправным, установив в результате этого, что является источ-
ником неисправностей — сервомеханизм или декодирующее устройство.
11. Если неисправно декодирующее устройство, замерить напряжения
на его транзисторах и снять контрольные осциллограммы.
12. При неисправно работающем сервомеханизме прежде всего прове-
рить напряжение источника питания и потребляемый ток, выясняя, не яв-
ляется ли причиной отказа какой-либо оборванный провод.
13. Проверить напряжения на транзисторах электронного блока сле-
дящей системы и снять контрольные осциллограммы.
Особенно неприятны кратковременные отказы во время работы с мо-
делью. Здесь также необходимы систематический поиск и устранение
возможных неисправностей:
а) сильно падает мощность передатчика - замерить выходную мощ-
ность;
б) недостаточная чувствительность приемника — проверить на земле
дальность действия системы;
в) неправильное положение передающей антенны — проверить поляри-
зацию; не направлять передающую антенну на модель, так как в этом
случае приемная антенна окажется в зоне минимальной напряженности по-
ля; передающую антенну держать по возможности параллельно приемной;
г) слишком короткая приемная антенна — приемную антенну растя-
нуть снаружи модели на полную длину;
д) неблагоприятные условия распространения (в большинстве случаев
из-за плохой проводимости почвы или наличия отражений) - сменить
место проведения запусков;
с) посторонние помехи — сменить каналы (смена кварцевых резона-
торов). но прежде убедиться в наличии посторонних помех, так как они
чрезвычайно редки;
ж) ненадежные контакты простучать схемные узлы, путем осторож-
ного покачивания и вытягивания проверить целость схемных элементов,
200
соединительных кабелей и контактов (поломавшиеся резисторы, дефект-
ные провода и т. д.) и локализовать места повреждений
Если причиной помех являются чужие передатчики в радиусе дейст-
вия нашей системы дистанционного управления, выявить это можно
с помощью приемника. Такие помехи возникают чаще всего, если чужой
передатчик работает на расстоянии менее 2 м. При увеличении расстояния
более чем на 10 м помехи должны исчезнуть.
При поиске неисправностей следует исходить из того, что каждая
неисправность имеет свою причину. Мы сами изготовили свою систему
дистанционного управления, полностью освоились с ее функционирова-
нием и эксплуатацией, поэтому мы с уверенностью сможем отыскивать и
устранять все неисправности. Если необходимо произвести замену каких-
либо элементов схемы, на их место следует ставить по возможности эле-
менты тех типов и номиналов, что указаны на схемах, хотя все описанные
в этой книге устройства в определенной степени допускают отклонение
от приведенных на их схемах номиналов элементов. Неисправные универ-
сальные транзисторы всегда можно заменять другими, иного типа, но
входящими в ту же группу (TUP или TUN). Заменять кремниевый тран-
зистор германиевым, разумеется, нельзя, обратная же замена в большинст-
ве случаев возможна.
Изготовляя и опробывая шаг за шагом свое устройство дистанцион-
ного управления, мы приобрели определенные теоретические знания и
практический опыт. Большинство экспериментов нам удалось с самого
начала, не избежали мы при этом, конечно, и работы по отысканию неис-
правностей. Неисправности возникают в большинстве случаев из-за не-
нужной спешки, недостаточной тщательности, пренебрежения проверками
и контролем и т. д. Поэтому работать следует аккуратно и точно, не
забывая советоваться с другими моделистами-спортсменами, чьи знания и
-опыт могут помочь избежать многих разочарований.
МОДЕЛИ СУДОВ
И САМОЛЕТОВ
С ДИСТАНЦИОННЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ
Подготопка к постройке
и эксплуатации моделей
В предыдущих главах мы ознакоми-
лись с проблемами электронного дистан-
ционного управления, теперь же обра-
тимся к постройке моделей и технике
дистанционного управления. Сперва зай-
мемся простыми моделями, постройка
которых не составит для нас особых
трудностей. Потом, руководствуясь стро-
ительными чертежами или используя мо-
дельный набор, мы сможем перейти к
постройке более совершенных моделей, а
затем и участвовать с ними в спортивных
соревнованиях.
Какие инструменты
необходимы
Свой набор ин-
струментов нам
придется теперь
несколько расширить (рис. 181). Важ-
нейшая роль при постройке моделей при-
надлежит стапельной доске, которая
должна иметь длину не менее 1,5 м, ши-
рину 20-30 см, быть прочной и абсолют-
но плоской. Она состоит из нескольких
склеенных в одну доску брусков, об-
струганных и закрытых снизу и сверху
листами фанеры (рис. 181, а). Такая
конструкция гарантирует, что с течением
времени стапель не покоробится. Если
мы не сможем изготовить стапельную
доску самостоятельно, то придется обра-
титься за помощью к столяру.
Далее, нам понадобится острый
нож; очень подходят для наших целей
модельные ножи, наподобие тех, что
применяются сапожниками. Полез-
Рис. 181. Инструменты, необходимые для постройки моделей: а - стапель-
ная доска; б, в - модельные ножи; г - рашпиль; д - бельевые защепки
(деревянные); е - шлифовальный брусок (дерево, пробка) со стеклянной
или наждачной бумагой; ж — кисть; з — пружинные зажимы.
ными окажутся также малый рубанок, рашпиль, булавки со стеклянными
головками, бритвенные лезвия, резиновые кольца, деревянные бельевые
защепки, несколько сортов наждачной бумаги - грубой (№ 60, 80), мел-
кой (№ 100, 120) и очень мелкой (№ 320, 400), шлифовальный брусок и
две мягкие кисти (узкая и широкая). Пружинные зажимы, в которых
довольно часто возникает необходимость, изготовим сами. Для этого на-
режем стальную проволоку диаметром 1,5—2 мм (например, велосипед-
ную спицу) кусками различной длины от 10 до 40 см и, остро заточив на-
пильником их концы, согнем эти заготовки в виде разомкнутых колец. С
помощью этих пружинных зажимов-скоб, резиновых колец и бельевых
защепок мы будем сжимать листы обшивки, пока не высохнут проклеен-
ные места.
Понадобятся нам и различные строительные материалы. Сведения о
материалах, которые нужны для постройки той или иной модели, можно
найти в спецификациях. Потребность в них для разных моделей неодинако-
ва, поэтому создавать большие запасы не имеет смысла. Однако, и это
должно войти в привычку, не следует никогда выбрасывать даже малые
остатки материалов (будь то куски реек, клееной фанеры или обрезки
картона). А вот хороший запас клеев и красок никогда не помешает. На-
ряду с боухкомпонечтным клеем (для металла, на основе эпоксидных
смол), целлюлозным клеем (для бумаги и дерева) и контактным клеем
(для склеивания больших поверхностей), нам понадобятся еще казеин
(для медленно сохнущих склеек деревянных деталей) и обойный клей
(для приклеивания бумажной обтяжки). При одновременном выполне-
нии многих склеек на одном рабочем этапе (например, во время крепле-
ния обшивки) относительно медленный процесс сушки позволяет нам вно-
сить поправки в положение отдельных частей. Прочность от этого не пост-
203
радает, а мы благодаря этому получаем возможность работать спокойно и
тщательно.
В качестве окрасочных материалов воспользуемся нитролаком и для
поверхностей, обтянутых бумагой, эмалитом. Для каждого сорта лака
необходимо соответствующее количество разбавителя для приготовления
годного к окраске раствора и4для мытья кистей.
Как правильно Модели следует окрашивать в надлежащий
лакировать цвет. Запомним несколько основных правил,
общих для всех Покрасочных работ. Очень
важно выполнять эти работы основательно, не торопясь. Лишь правильная
лакировка придает модели законченность. Перед каждым покрытием
цветным лаком окрашиваемую поверхность необходимо хорошо загрун-
товать. В любом случае имеет смысл первые два покрытия сделать разбав-
ленным бесцветным лаком. Перед нанесением каждого последующего
слоя следует дать окрашиваемой поверхности хорошо просохнуть. При
желании сохранить естественный цвет материала число покрытий бесцвет-
ным лаком следует увеличить и продолжать наносить очередные слои до
тех пор, пока вся окрашиваемая поверхность не станет одинаково плот-
ной и не приобретет легкий блеск. Покрытие большим числом тонких
слоев лака всегда дает лучший эффект, чем покрытие малым числом бо-
лее густых слоев.
После просыхания каждого слоя лакированную поверхность следует
полировать влажной наждачной бумагой самой мелкой структуры (№ от
300 до 400), пока она вся не станет матовой, без единого блестящего пят-
нышка. В белом лаке очень велика доля пигментного вещества, поэтому
по сравнению с другими цветными лаками он довольно тяжел. По этой
причине для окраски авиамоделей применяют бесцветный или красный
лак.
Дадим еще несколько практических советов. Для лакировки нужно
применять чистую кисть, а после употребления обязательно вымыть ее в
разбавителе. Остатки лака и растворителя удалить путем стряхивания и
вождения сухой кистью по бумаге. Лакировку моделей следует произво-
дить в сухом, чистом помещении, без сквозняков и пыли, при температуре
20—25 С, после чего дать им там же просохнуть и вновь нанести очередной
слой лака.
Наш инструментальный Производя запуски моделей с дистанционным
ящик управлением, мы очень скоро обнаружим, что
без некоторых приборов и инструментов нам
просто не обойтись. Опытным путем мы постепенно подберем оснащение,
необходимое при эксплуатации моделей. Что именно будет в него входить,
определяется нашими запросами и практической необходимостью. Неко-
торую помощь моделисту могут оказать следующие советы.
Прежде всего рассмотрим, в чем и как разместить приборы и инстру-
менты. Очень практичны специальные инструментальные ящики, которые
в полевых условиях могут служить стапельными подставками для судо-
и авиамоделей, что существенно облегчает ремонтно-профилактические
204
Рис. 182. Аварийный набор матери-
алов в инструментальном ящике
заводского изготовления.
Рис. 183. Чемодан с инструментами
и передатчиками системы дистанци-
онного управления..
работы. Отсеки ящика каждый может распланировать по своему усмотре-
нию. Хорошо зарекомендовали себя и имеющиеся в продаже инструмен-
тальные ящики различных размеров, позволяющие удобно размещать в
них рассортированные мелкие детали (рис. 182).
При желании разместить в одной упаковке наряду с инструментами
еще и передатчик, а иногда и авометр целесообразно позаботиться о не-
большом ручном чемоданчике с соответствующими отсеками (рис. 183).
В набор инструментов и запасных деталей, как минимум, должны
входить: резиновые кольца, медная проволока, мерная рулетка, запасные
батареи, медный многожильный провод, плоскогубцы, кусачки-бокорезы,
пассатижи., модельный нож, ножницы, пинцет, несколько отверток, цел-
люлозный клей, а также рулон клейкой ленты. Кроме того, нелишними мо-
гут оказаться сменный аккумулятор для приемника, запасные кварцевые
резонаторы, авометр, тахометр, паяльник (12 В), олово, а также дезинфи-
цирующее средство, бинт и лейкопластырь для оказания первой помощи.
С помощью такого оснащения можно выполнить практически любые
неотложные ремонтные работы. Что же касается работ большего объема,
связанных, например, с регулировкой необходимой точности системы дис-
танционного управления или оклейкой (при значительном времени высы-
хания), то их лучше проводить в домашних условиях.
Моторная яхта с дистанционным управлением
Образцом нашей первой судомодели является катер с каютой
(рис. 184) Множество судов такого типа можно видегь на внутренних и
прибрежных акваториях. Модель, по внешнему виду близкую к прототи-
пу, можно построить при довольно ограниченных денежных затратах, мес-
та же для размещения узлов системы дистанционного управления и ходо-
вого двигателя внутри модели вполне достаточно.
205
Рис. 184. Моторная яхта с дистанцион-
ным управлением.
Ходовой двигатель для модели
надо выбирать помощнее, не пере-
гружая, однако, ее при этом. Мо-
дель должна быть не только быст-
рой, но и поворотливой при измен-
чивой ветровой обстановке и непос-
тоянных течениях, а также остойчи-
вой и механически прочной. Требо-
вания эти в известной мере проти-
воречивы, особенно учитывая наши
возможности их реализации. При-
емлемый компромисс нам придется
искать на практике. Поэтому преж-
де, чем приступить к постройке модели, порассуждаем немного о том, как
лучше выполнить перечисленные требования.
Кое-что о физических
свойствах воды
Еще в школе мы познакомились с законом
Архимеда, в соответствии с которым тело пла-
вает, если его вес меньше веса вытесненной им
жидкости. При этом некоторая часть тела оказывается в надводном поло-
жении. И наоборот, тело, вес которого превышает вес вытесненной им
жидкости, плавать не может, оно тонет. Все это понятно и привычно нам
Труднее дать правильное объяснение следующему опыту. Вырежем из
куска дерева прямоугольный брусок, три взаимно перпендикулярных
ребра которого имеют различную длину. Если положить это тело на воду,
оно будет плавать так, что сверху и снизу окажутся наибольшие его грани
(рис. 185, а). Стоит, однако, прикрепить к одной из самых малых граней
свинцовую пластинку, как тело примет такое положение, что снизу ока-
жется грань, к которой прикреплен груз (рис. 185,6). Мы можем повора-
чивать брусок в воде как угодно, притапливать его все равно он снова
примет то же самое положение. Это свойство называют остойчивостью.
Рассмотрим, что же происходит в обоих указанных случаях. К плава-
ющему телу приложены две силы,
представленные на рис. 185 стрел-
ками: сила веса А действующая
вертикально вниз, и сила поддер-
Рис. 185. Положение тела на воде:
а - нормальное положение; б - поло-
жение с добавочным грузом.
Векторы F д и FQ в действительности
лежат на одной прямой.
206
жания /^, определяемая весом вытесненной жидкости и направленная
вертикально вверх. При этом сила веса приложена к телу в его центре тя-
жести (точка 6), а сила поддержания - в центре величины (центр тяжести
объема вытесненной жидкости точка I). Испытуемое тело имеет и
третье, менее стабильное положение плавучести — когда мы опустим его в
воду средней по площади гранью без балласта, однако для нас это положе-
ние плавучести интереса не представляет. В результате опыта мы приходим
к заключению, что наибольшей остойчивостью тело обладает, когда центр
тяжести С, расположен значительно ниже ватерлинии. В первом из рас-
смотренных случаев остойчивость зависит от формы тела, поэтому ее и на-
зывают остойчивостью формы. Относительно широкое тело, плоско ле-
жащее на воде, обладает, таким образом, высокой остойчивостью формы.
Во втором случае центр тяжести расположен ниже центра величины. Если
вывести это тело из состояния покоя (наклоняя и разворачивая), возник-
нет вращающий момент, который вновь приведет его в прежнее положе-
ние. Такая остойчивость зависит от положения центра тяжести 6’ и называ-
ется остойчивостью веса. Здесь положение плавающего тела однозначно,
сверху всегда находится одна и та же его грань. Поскольку судомодель
всегда должна плавать килем вниз, следует добиваться как можно боль-
шей остойчивости веса (двигатель, аккумуляторы и узлы системы дистан-
ционного управления размещать поглубже, надстройки делать легкими),
подкрепляемой остойчивостью формы. По этой причине моторная яхта
должна быть относительно широкой и плоской. В известной степени это
соответствует требованию высокой маневренности. Короткая, широкая
яхта более способна к резким изменениям курса в ограниченной аквато-
рии, чем длинная и узкая.
Насколько быстрой
может и должна быть
моторная яхта
У судов различают два ходовых состояния:
скольжение (глиссирование) и вытеснение.
Наша модель сильно загружена и, следователь-
но, сидит в воде сравнительно глубоко. Поэ-
тому она модель водоизмёшающая.
Сопротивление движению зависит от размеров подводной части кор-
пуса, состояния его поверхности и квадрата скорости. Эту зависимость на-
зывают законом Фруда. Исходя из этого закона, можно прийти к выводу,
что при длинном днище сопротивление движению меньше, чем при корот-
ком. К сказанному следует добавить, что водоизмещающая модель при
скорости более 4 км/ч развивает
волны, препятствующие движению.
Образуются носовая и кормовая
волны, длина которых примерно
соответствует длине модели по ва-
Рис. 186. Образование волн моделью:
а - при вытеснении; б — при глисси-
ровании.
207
терлинии (рис. 186). Для скорости распространения водяных волн спра-
ведлива формула
г =4,5/,
где г скорость распространения волн, км/ч; I - длина судна по ватер-
линии, м.
Дальнейшее повышение мощности двигателя приведет к тому, что
возрастет лишь амплитуда волн, скорость же модели не изменится. Увели-
чить ее можно только путем постройки более длинной или более легкой
модели. Если судно достаточно легкое, то при соответствующей конст-
рукции днища и сильном двигателе оно может „взбежать” на собственную
носовую волну. Лодка скользит (глиссирует) по ней и может благодаря
этому развивать очень высокую скорость. Мы видим, что, используя элек-
тродвигатель (а именно на него и рассчитана наша моторная яхта), мы
сможем достичь только вполне определенной, скорости. Про’тотип нашей
модели, снабженный мощным двигателем, без труда переходит на глисси-
рование. Если мы хотим, чтобы глиссировала и модель, электродвигатель
следует заменить двигателем внутреннего сгорания. Двигатели внутренне-
го сгорания для моделей изготовляются с рабочим объемом цилиндра от
0,5 до 10 см3 в виде двигателей с самовоспламенением или с калильными
свечами (называемых обычно модельными или малыми дизелями).
Попробуем теперь разобраться в том, что понимают под скоростью
модели, соответствующей прототипу. Прототип нашей модели как глиссер
развивает скорость от 40 до 50 км/ч. Скорость модели, соответствующей
прототипу, рассчитывают по формуле
где г м — скорость модели, соответствующей прототипу; г () - скорость
прототипа; 1/ - отношение длины прототипа к длине модели.
Таким образом, скорость нашей модели составит
45 км/ч
/ =-----= 16,4 км/ч.
VTs
При эксплуатации модели как глиссера такую скорость можно попы-
таться достичь путем подбора и правильного размещения соответствующе-
го двигателя.
Модель должна резать волны, поэтому обводам ее носовой части
следует придать острую V-образную форму, постепенно переходящую к
корме в более плоскую. Такая конструкция дает нам тройную выгоду:
- модель при этом мореходна, волны не столь сильно уменьшают ее
ход;
- модель относительно стабильно лежит на курсе, не рыскает;
- при соответствующем выборе и правильном размещении двигателя
модель без труда переходит на глиссирование.
Построив модель и разместив в ней узлы устройства дистанционного
управления и двигатель, надо проследить за тем, чтобы она не погружалась
208
Самое главное —
подобрать подходящий
двигатель
ниже указанной на строительных чертежах ватерлинии (КВЛ - конструк-
тивная ватерлиния). Правильного положения модели на воде можно дос-
тичь подбором места размещения аккумулятора. Правильно отдифферен-
тованная модель ни в одной точке не должна погружаться ниже ватерли-
нии. Эта дифферентовка должна выдерживаться и на полном ходу. Особое
значение правильное положение центра тяжести имеет при глиссирова-
нии. Оно должно выбираться таким, чтобы модель, с одной стороны, не
очень сильно приподымалась (это будет означать, что центр тяжести слиш-
ком сдвинут к корме), а с другой стороны, не резала волны (центр тяжес-
ти слишком сдвинут к носу)
При выборе двигателя для модели моторной
яхты следует учитывать самые разнообразные
факторы. Будем исходить из того, что первая
наша модель моторной яхты будет двигаться
с помощью электродвигателя. Мы знаем уже, что ему присущ определен-
ный недостаток: он слишком тяжел, и потому с его помощью модель не
сможет достичь скорости, соответствующей скорости прототипа. С другой
стороны, электродвигатель обладает таким несомненным достоинством,
как чистота при работе и малошумность. Кроме того, регулируя его часто-
ту вращения с помощью устройства дистанционного управления, можно
управлять ходом модели от ,.Полного вперед” через „Стоп” до „Полного
назад”
При наших экспериментах лучше всего поступить следующим образом.
Установим на модель миниатюрный двигатель (6 В), аккумулятор
(6 В/6 А- ч) и двухлопастный винт (ф от 45 до 50 мм). Замерим ток,
потребляемый двигателем при максимальной частоте вращения. Для этого
нам придется пробежаться рядом с идущей моделью, держа в руках под-
ключенный через кабель измерительный прибор. Процедура эта весьма
трудоемкая, поэтому двигатель можно испытать и в обычной ванне путем
измерения стендовой тяги. К корме модели прикрепляют пружинный ди-
намометр и прямо по шкале считывают стендовую тягу, которая создается
при каждом изменении в режиме работы двигателя. В большинстве случаев
полученных данных оказывается вполне достаточно для выбора двигате-
ля. Однако следует помнить, что скорость модели зависит не только от
двигателя, но и от других факторов, тем более, что частота вращения дви-
гателя на полном ходу выше, чем при измерении стендовой тяги. Поэтому
дальнейшие эксперименты по оптимальной регулировке двигателя будем
проводить на мерной трассе с секундомером.
При наличии набора различных гребных винтов измерим скорость,
достигаемую с каждым из них, и соответственно потребляемый ток. Цель
этих экспериментов путем подбора параметров винта и двигателя до-
биться как можно более высокого КПД обоих агрегатов. Внешне дости-
жение такого КПД проявляется в том. что с дальнейшим ростом потреб-
ляемого тока скорость модели больше не возрастает. В результате этого
эксперимента мы выбираем винт, с помощью которого при приемлемой
электрической мощности достигается наиболее быстрый ход.
209
Далее можно попытаться уменьшить вес аккумулятора с таким расче-
том, чтобы его емкости хватало примерно на 2 ч работы. Оказывается, что
это ведет к дальнейшему росту скорости модели.
Мы строим моторную Моторную яхту будем строить с плоскокилева-
яхту тым корпусом. Судно состоит из корпуса и
съемной каюты, благодаря чему облегчается
доступ к двигателю и узлам системы дистанционного управления.
Прежде чем приступить к постройке яхты, следует основательно изу-
чить чертежи модели и рекомендации по ее изготовлению, а также подго-
товить все материалы согласно спецификации (приложение 9). Общее
расположение яхты показано на рис. 187, отдельные детали набора - на
рис. 188.
Начнем с того, что перенесем с рис. 188 на четырехмиллиметровую
клееную фанеру чертежи шпангоутов (ребровидные детали, к которым
крепится обшивка) , транца (доска, завершающая корпус с кормы) и
форштевня (передняя оконечная балка судового корпуса) — детали (1) -
(8). Затем аккуратно выпилим их лобзиком и зашлифуем края. Выемки
для привального бруса и скулового стрингера (подкрепляющих реек в
углах между палубой и бортовой обшивкой и между обшивкой бортов и
днища) должны быть такими (5x9 мм), чтобы рейки выступали пример-
но на 1 мм. Обшивку следует приклеивать только к привальному брусу,
скуловому стрингеру и килю (балка посредине подводной части судна).
Она нигде не должна касаться шпангоутов или быть с ними склеенной.
Рис. 187. Общее расположение моторной яхты.
На этом рисунке и следующих номера деталей яхты указаны в соответствии
со спецификацией модели яхты, приведенной в приложении 9.
210
Рис. 188. Детали модели моторной яхты: транец (1); шпангоуты (2) (7) и форштевень (8).
Благодаря этому борта и днище будут ровными, без вспучиваний. Все
шпангоуты выпиливаются в виде замкнутых деревянных контуров и ус-
танавливаются в таком виде на стапеле. Для получения седловатости па-
лубы (сводчатости палубы в продольном направлении) за одно целое со
шпангоутами следует выпилить также и подставки П, опираясь на которые
шпангоуты стоят на стапельной доске. Перед тем, как клеить палубу, изо-
браженные красным цветом подставки и части шпангоутов 1 и 3 следует
отрезать. Таким путем нам удастся достичь максимальной жесткости кор-
пуса судна.
Прикрепим к стапельной доске лист плотной бумаги и в соответствии
со строительным чертежом наметим на нем диаметральную линию судна
и расстояния между шпангоутами. С помощью кусочков реек установим
шпангоуты 1—6 и транец (1) в нужных местах на стапеле (рис. 189) и вы-
ровняем их. Сборку корпуса будем вести вверх килем. Прежде всего
приклеим форштевень (8) к шпангоутам 4, 5 и 6. Когда склеенные места
просохнут, подгоним к шпангоутам киль (9) и тоже приклеим его. Поло-
жение форштевня и киля при склейке фиксируется с помощью резиновых
колец или пружинных зажимов. Резиновые кольца крепятся за гвозди,
вбитые по бокам в стапельную доску. Затем приклеим (рис. 190) при-
вальный брус (10) и скуловые стрингеры (И). Все эти рейки должны
быть изогнуты плавно, без вмятин и выпучин, симметрично по обоим бор-
там. Для этого может оказаться необходимым несколько срезать под-
ставки отдельных шпангоутов или, наоборот, подложить под них дополни-
тельно кусочки фанеры. Работу эту следует выполнять очень тщательно,
так как устранять неровности позднее чрезвычайно трудно. Для лучшего
прилегания привальные брусья и скуловые стрингеры делаются состав-
ными, из двух реек (сечением 3x10 мм).
Рис. 189. Установка шпангоута на стапельной доске.
212
Рис. 190. Приклеивание привального бруса и скулового стрингера.
После того, как все склейки хорошо затвердеют, обработаем с по-
мощью рашпиля и шлифовального бруска на киле и скуловых стрингерах
поверхности прилегания обшивки. Необходимо проследить за тем. чтобы
рейки повсюду выступали из шпангоутов на 1 мм. Далее возьмем лист
плотной упаковочной бумаги, приложим его к днищу судна и очертим
контуры днища, после чего (с припуском в 5 мм с каждой стороны) вы-
режем шаблоны днищевой обшивки. По этим шаблонам можно весьма
экономично произвести раскрой обшивки из листа 1,5-миллиметровой
фанеры.
Приклеим сперва днищевую обшивку левого борта (12) и удалим
выступающие кромки. Затем приклеим таким же образом днищевую
213
обшивку правого борта. При высыхании положение обшивки также фик-
сируется резиновыми кольцами и пружинными зажимами (рис. 191).
Далее перейдем к приклейке бортовой обшивки (13). Для этого сни-
мем набор корпуса со стапельной доски и зачистим соответствующие по-
верхности прилегания. Раскрой обшивки снова произведем по шаблонам
из упаковочной бумаги. Приклеивать бортовую обшивку следует только
к привальному брусу и скуловому стрингеру (фиксируя ее положение
пружинными зажимами и бельевыми защепками). После высыхания тща-
тельно зачистим корпус рашпилем и шлифовальным бруском.
Затем проделаем в обшивке отверстия для выхода гельмпортовой
(16) и дейдвудной (17) труб. Гельмпортовое (14) и дейдвудное (15)
устройства подгоняют под профиль днища и приклеивают двухкомпо-
нентным клеем. Одновременно можно приклеить карлингсы рейки,
расположенные под палубой вдоль судна и служащие для подкрепления
палубы (19) и днищевые стрингеры (20). После этого отпилим подставки
и отмеченные части шпангоутов 1 и 3 и для предохранения от проникнове-
ния влаги основательно загрунтуем корпус изнутри бесцветным лаком
или целлюлозным клеем.
Сообразуясь с конфигурацией палубы, изготовим известным нам уже
способом шаблоны и вырежем по ним из 1,5-миллиметровой фанеры
(с припуском) палубный настил (18). Приклеив палубный настил, вкле-
им между ним и бортовой обшивкой буртик (21), идущий вокруг всего
корпуса судна. Затем тщательно отполируем всю обшивку и жестким ост-
рым карандашом прочертим на палубе отдельные доски настила. Далее
приклеим еще обносный брус (22) и окрасим корпус судна снаружи бес-
цветным нитролаком.
Во время дальнейшей работы по постройке модели хорошую службу
сослужат нам стапельные подставки (рис. 192). На них удобно размещать
судно для предотвращения разного рода повреждений.
Теперь по данным общего расположения яхты (см.рис. 187) вычертим
на 1,5-миллиметровой фанере в соответствующем масштабе части каюты и
выпилим их лобзиком. Боковые стенки каюты (24), лобовую (29) и
заднюю (30) стенки кокпита (углубление в корме яхты со скамейками-
банками для сидения), а также подволочные бимсы (27) тщательно под-
гоним к вырезу в палубе и склеим их друг с другом. Далее приклеим ло-
бовую стенку каюты (25), крышу каюты (26), настил кокпита (28) и
буртик (32) вокруг каюты. Дверь каюты (33) и сдвижную люковую
крышку (34) можно имитировать наклейкой.
Далее следует вклеить окна каю-
ты, укрепить релинги ограждения
по борту судна (35), поручни из труб
или тросов на каютной надстройке
(36), опознавательные огни (40), ут-
ки - приспособления для закрепления
Рис. 192. Стапельные подставки для мотор-
ной яхты.
214
Рис. 193. Моторная яхта со снятой каютой.
тросов (37), штурвал (31), флагшток (38) и сиденье для рулевого (39)
Некоторые из этих деталей следует закреплять лишь после окончательной
лакировки. Поручни, релинги, сиденья и флагшток изготовим из медных
трубок (старые стержни от шариковых ручек). Отдельные части следует
спаять, отполировать и покрыть бесцветным лаком. Опознавательные огни
и сирена — алюминиевые или деревянные.
Окраска: борт ниже ватерлинии - красный или зеленый: борт выше
ватерлинии белый; палуба, кокпит - бесцветные; боковые стенки каю-
ты -белые; релинги, поручни - медные, покрытые бесцветным лаком;
утки черные; опознавательные огни - белые или посеребренные.
На рис. 193 показана готовая модель моторного катера со снятой ка-
ютой. Хорошо видно расположение двигателя, аккумуляторов, рулевой
машинки и приемника.
Парусная яхта с дистанционным
управлением
Для модели парусной яхты
снова выбираем плоскокилеватую
форму корпуса (типа шарпи) в
деревянном исполнении (рис. 194).
Таким образом, как и в случае с
моторной яхтой, при относительно
небольших денежных затратах мы
получим простую и надежную в
эксплуатации модель судно клас-
са F5-M, для которого регламенти-
рована общая длина 1,27 м и мак-
симальная парусность 5160 см2.
Рис. 194. Наша парусная яхта с дистан-
ционным управлением.
215
Опыты с почтовыми
открытками
Знание и учет соответствующих физических за-
конов позволяет добиться от модели лучших
результатов. Эффективно используя ветер, мы
сумеем обеспечить яхте максимальную силу тяги при удержании на задан-
ном курсе. Как же возникает эта сила тяги? Физической величиной, с ко-
торой чаще всего приходится встречаться, когда мы имеем дело с текучей
средой (вода или воздух), является давление (сила на единицу поверх-
ности). В воздушном шаре на оболочку действует етатическое давление
Рстат, являющееся мерой потенциальной энергии заключенного в нем воз-
духа. При выпускании воздуха из шара эта потенциальная энергия преоб-
разуется в кинетическую энергию воздушного потока. Кинетическая энер-
гия проявляется в форме динамического давления Рдип, действующего
всегда перпендикулярно направлению потока. Мы можем убедиться в
этом, обдувая воздушным потоком почтовую открытку (рис. 195).
Для отыскания зависимости между статическим и динамическим дав-
лением изогнем две почтовые открытки и подвесим их параллельно друг
другу на двух вязальных спицах на расстоянии примерно 3 см (рис. 196).
Подуем теперь с силой сверху вниз в зазор между обеими открытками.
Можно было бы ожидать, что воздушный поток раздвинет их еще больше.
Однако вопреки ожиданию оказывается, что возникают силы, которые,
наоборот, прижимают открытки друг к другу. Это явление можно объ-
яснить следующим образом. Представим воздушный поток в виде линий
обтекания. В таком потоке на основе закона сохранения энергии Рстат +
+ ^дин - const. При протекании частиц воздуха через зауженные поперечные
сечения их скорость увеличивается, следствием чего является возрастание
динамического давления, а значит (в соответствии с вышеприведенным
равенством), и падение статического давления. В результате возникает
сила, перпендикулярная потоку. В нашем эксперименте это проявля-
ется в том, что обе открытки вплот
ную прижимаются одна к другой.
Силы, воздействующие на выгну-
тые пластины (а именно такую фор-
му имеет парус), используют
создания тяги.
Рис. 196. Опыт, подтверждающий
возникновение силы, перпендикуляр-
ной воздушному потоку.
1 — воздушный поток; 2 — вязаль-
ные спицы; 3 — движение открыток.
ДЛЯ
Рис. 195. Иллюстрация эффекта дина-
мического давления.
1 — воздушный шар; 2 — воздушный
поток; 3 — почтовая открытка.
216
Силы, действующие Наша яхта должна ходить разными курсами,
на парус на КОТОрЫХ ветер будет дуть в ее паруса под
самыми различными углами. Взаимосвязи меж-
ду ветром, парусами и ходом достаточно сложны, поэтому для начала сно-
ва проведем некоторые эксперименты. Наклеим одна на другую две поч-
товые открытки, придадим получившейся пластине выгнутую форму пу-
тем подклейки к ней трех продольных ребер из 1 ?5-миллиметровой фане-
ры и поместим ее на почтовые весы, применяемые для взвешивания кон-
вертов и другой корреспонденции, с таким расчетом, чтобы наша конст-
рукция могла разворачиваться в вертикальной плоскости (рис. 197).
Угол наклона пластины считывается со шкалы угломера. Выгнутую плас-
тину будем обдувать феном, следя за тем, чтобы во всех опытах рассто-
яние между пластиной и феном и направление дутья оставались оди-
наковыми. Стрелку весов установим на середину шкалы.
В первой серии опытов будем менять угол наклона пластины от О
до 50° с шагом 5°. Отклонение стрелки от исходного положения бу-
дет пропорционально силе, возникающей вследствие различия динами-
ческих давлений снизу и сверху от выгнутой пластины и действующей
перпендикулярно направлению дутья. Поверх пластины линии обтека-
ния сжимаются и динамическое давление уменьшается, снизу они рас-
ходятся, благодаря чему динамическое давление повышается. Оба эти
давления вызывают соответствующие силы, сумма которых представ-
ляется в виде некоторой результирующей Fp. Она приложена к цент-
ру давления, который у паруса называется центром парусности. Изме-
рения показывают, что при углах « = 20^25° результирующая сила ока-
зывается наибольшей. Это объясняется тем, что с увеличением угла нак-
лона пластины примерно до 25° линии обтекания поверх пластины все
Рис. 197. Эксперимент, доказывающий наличие поперечной составляющей
силы ветра.
217
Рис. 198. Обтекание изогнутой пластины
при различных углах атаки а.
больше сжимаются, а снизу все
сильнее расходятся. Результирую-
щая достигает максимального зна-
чения. При дальнейшем увеличении
угла наклона результирующая бу-
дет уменьшаться. Линии обтекания
не могут уже больше следовать
вдоль поверхности. Поток отрыва-
ется, образуются нежелательные за-
вихрения (рис. 198). При желании
добиться как можно большей ре-
зулыирующей следуе! выдерживать оптимальный угол наклона (для па-
руса он называется углом атаки) — от 20 до 25° к направлению ветра.
Рассмотрев рис. 199, мы поймем, какое значение имеет указанная
результирующая для движения яхты. Результирующую А’ можно раз-
ложить на две составляющие: силу тяги Гт, действующую в направлении
движения яхты, и сил\ дрейфа А’ , направленную перпендикулярно ему.
При острых курсах яхгы относительно ветра (угол 7), т. е. на курсах
„круто к ветру” (крутой бейдевинд), составляющая А’т еще мала. При
7=90° (курс .3 полветра”, или галфвинд) сила тяги А' достигает сво-
его максимума. На курсах „от ветра” (полный бакштаг, фордевинд)
соотношение между потоками по обе стороны паруса ухудшается, так
что А’т снова уменьшается.
Рис. 199. К возникновению си-
лы тяги: а — на курсе крутой
бейдевинд; б - на курсе
галфвинд; в — на курсе фор-
девинд.
218
Истинный и вымпельный До сих пор мы предполагали, что модель не
ввтвр движется. В действительности же движение
модели и ветра складываются друг с другом.
Для пояснения этого приведем простой пример. Предположим, что мы
идем на моторном катере при полном штиле со скоростью 20 км/ч. При
этом у нас возникает ощущение, будто навстречу нам с той же скоростью
20 км/ч дует кажущийся („ходовой”) ветер. Если мы идем на парусном
судне, то „ходовой” ветер складывается с истинным ветром {истинным
называют тот ветер, что воспринимается неподвижным наблюдателем),
а мы воспринимаем эту результирующую также как некий кажущий-
ся ветер. Стоя на берегу, мы можем оценить только истинный ветер.
Для индикации кажущегося ветра на модели устанавливают флюгарку -
вымпел на топе (верхнем конце мачты), в связи с чем кажущийся ветер
называют вымпельным. Простейшей флюгаркой может служить куриное
или гусиное перо. Для нашей модели изготовим такую флюгарку по
рис. 200. Точно сбалансированная противовесом, она дает правильные
показания даже при накрененной модели.
Все силы, воздействующие на идущую парусную яхту, обязаны своим
возникновением вымпельному ветру. Изобразив стрелками скорости
ветров на разных курсах (рис. 201), мы видим, насколько различными
могут быть значения вымпельного ветра при одинаковом для всех слу-
чаев истинном ветре. Из уравнения
Р = — 2,
дин э ‘в
где р — плотность воздуха, гв — скорость вымпельного ветра, следует,
что действующее на парус динамическое давление Рдин, а значит, и воз-
никающая при этом* сила F (и ее составляющие) претерпевают на раз-
личных курсах существенные изменения. На курсах „к ветру” (бейде-
винд) сила Ет относительно мала (см. рис. 199, а), ио поскольку ско-
рость вымпельного ветра велика (см. рис. 201), то FT в соответствии
с приведенным уравнением приобретает все же довольно значительную
величину. Яхта может идти круто к
ветру. Вплоть до курса „в полвет-
ра” (галфвинд) скорость вымпель-
ного ветра уменьшается, зато F
возрастает (быстрый ход). Ско-
рость вымпельного ветра продол-
жает все более уменьшаться при
Рис. 200. Флюгарка (вымпел), показывающая направление вымпель
ного ветра.
— парусина (40x100 мм); 2 — свинцовые бусинки; 3— медная про
волока 01 мм.
219
попутных ветрах, пока не становится на курсе фордевинд равной всего
лишь половине скорости истинного ветра v и. В приведенном примере при
неизменной скорости модели гм скорость вымпельного ветра изменяется
в диапазоне от гв = 1,5ги до гв =0,5/ и. Таким образом, сила тяги самым
решающим образом зависит от угла атаки паруса и скорости вымпельного
ветра.
Итак, для получения максимальной скорости модели при удержании
заданного курса парус должен образовывать с направлением вымпельного
ветра некоторый определенный угол.
Немного теории
конструирования
парусных яхт
Теперь мы знаем, какие силы действуют на па-
рус. Подумаем далее о том, как можно исполь-
зовать эти силы для приведения модели в дви-
жение. Вы, конечно, обращали внимание на то,
что при боковых ветрах парусная яхта под воздействием ветрового давле-
ния в той или иной степени наклоняется. Говорят, что судно кренится. Та-
кой крен нежелателен: он таит в себе опасность, что яхта зачерпнет бортом
воду, а то и вовсе опрокинется. Кроме того, при сильных кренах сущест-
венно уменьшаются действующая поверхность паруса, что видно из
рис. 202, а также эффективная площадь руля, причем порой столь сильно,
что четкое управление яхтой становится невозможным. Поэтому центр
тяжести модели располагают как можно ниже (используют легкие мачты,
легкие паруса, легкий корпус, глубокий монтаж узлов системы дистанци-
онного управления) и дополнительно прилаживают на встроенном в
днище плавнике балластный груз. При сильных ветрах он, действуя как
220
Рис. 202. Крен яхты под воздействием
ветра.
1 — при легком ветре; 2 — при сильном
ветре.
противовес, снижает крен судна.
Однако балласт приводит к более
глубокому погружению модели, а
следовательно, и к увеличению
сопротивления движению. Поэтому
балластный груз не должен быть
большим, чем это необходимо, а
при слабых ветрах целесообразно и
вовсе заменять его другим, более
легким.
Плавник уменьшает дрейф суд-
на, возникающий под воздействием
силы дрейфа ГИз рис. 199 понят-
но, что для компенсации дрейфа
силе Г должна быть противопоставлена другая сила, по возможности та-
кой же величины. Если бы дрейф нс компенсировался вовсе, судно не
смогло бы идти никакими иными курсами, кроме попутных с ветром.
Однако здесь на помощь нам приходит большая боковая поверхность мо-
дели (боковая проекция ее подводной части). которая вызывает большую
силу сопротивления, действующую навстречу F и в значительной степени
компенсирующую дрейф. Плавник следует делать длинным и узким, что-
бы балласт был погружен достаточно глубоко. Таким образом даже при
небольшом балласте мы достигаем высокой остойчивости веса. Узкий
плавник способствует, кроме того, поворотливости модели.
Известны два центра приложения сил парусной яхты: общий центр па-
русности (обобщенный для переднего паруса - стакселя и главного пару-
са — грота}, к которому приложены силы ветра, и центр бокового сопро-
тивления, к которому приложены противодействующие силы. Напрашива-
ется вывод: оба эти центра должны лежать примерно на одной вертикали
(рис. 203). В зависимости от курса центр парусности меняет свое положе-
ние. То же происходит и с центром бокового сопротивления, а их взаим-
ное расположение оказывает решающее влияние на устойчивость модели
на курсе. Модель стабильно лежит на курсе, если центр парусности смещен
от вертикали, проходящей через центр бокового сопротивления, не более
чем на (0,05 4-0,1)% длины конструктивной ватерлинии. Если он смещен
слишком далеко вперед, модель имеет склонность самостоятельно ували-
ваться под ветер. Для устранения этого явления паруса переставляют не-
сколько ближе к корме. Если центр парусности смещен слишком далеко
назад, модель имеет склонность самостоятельно приводиться к ветру
(стремится стать носом к ветру). Это явление устраняют путем переноса
парусов несколько ближе к носу. При нейтральном положении руля мо-
дель должна устойчиво лежать на курсе. Малейшую попытку к увалива-
нию или приведению можно, разумеется, компенсировать соответствую-
щим поворотом руля, однако поступать так следует как можно реже, ибо
221
Рис. 203. Положение центра тяжести модели: а - нормальное положение, модель
стабильно лежит на курсе; б - модель уваливается; в - модель приводится.
1 — центр парусности; 2 — центр бокового сопротивления.
при этом увеличивается сопротивление движению и уменьшается ско-
рость. Обеспечить стабильность удержания на курсе можно только путем
тщательной регулировки положения парусов.
До сих пор мы не придавали никакого значения высоте паруса. Клас-
сификацией судов предусматривается только общая площадь парусности,
поэтому высоту и ширину стакселя и грота можно варьировать в широких
пределах. При одинаковом ветре высокий узкий парус развивает большие
силы, чем парус с меньшим отношением сторон. Это означает, что для ях-
ты надо изготовлять по меньшей мере два комплекта парусов, один из ко-
торых (с отношением сторон 6:1) предназначается для слабого ветра. Для
сильных ветров рекомендуются паруса с меньшим отношением сторон.
Высокорезультативные модели яхт несут паруса высотой около 1,7 м при
высоте мачты 2 м.
Наряду с удлинением паруса на возникающие силы оказывает влияние
и его вогнутость. Слабо изогнутый парус развивает при сильном ветре
большие силы, чем сильно изогнутый, и, наоборот, сильно изогнутый па-
рус, с „пузом”, лучше работает при слабых ветрах. Вогнутость паруса
можно регулировать путем натяжения шкаторин (шкаторина — трос, вши-
тый в кромку паруса для придания ему жесткости) стакселя и грота. Для
того чтобы при ветре вогнутость грота не очень изменялась из-за подъема
гика (гик — круглое или четырехгранное рангоутное дерево, вращаемое
на вертлюге перпендикулярно мачте; к нему пришнуровывается нижняя
шкаторина) и раздутия паруса (особенно в верхней его трети), к гику
прилаживают оттяжку - нирал (приспособление, препятствующее подъе-
му гика и натягивающее заднюю шкаторину). Этот нирал постоянно
удерживает в натяжении заднюю шкаторину „растравленного5’ паруса
(травить ослаблять тросы), препятствуя тем самым его раздутию. Та-
ким образом, в зависимости от силы ветра мы можем придавать парус}
желаемую вогнутость, которая затем уже остается примерно постоянной
на всех курсах.
222
Рис. 204. Ламинарный и турбулентный
потоки у поверхности корпуса яхты.
1
1 — завихрения, вызванные мачтой;
2 — завихрения за счет отрыва потока.
В заключение рассмотрим несколько более внимательно взаимодей-
ствие потоков воды с корпусом судна и воздуха с парусом. Корпус яхты
движется в потоке воды, представленном на рис. 204, как и прежде, лини-
ями обтекания. На участке, где эти линии проходят вдоль поверхности об-
текаемого тела, поток называют ламинарным. Однако при увеличении
скорости тела (или при неблагоприятной его форме) поток не может уже
больше следовать за изгибом поверхности. Он отрывается от нее, образуя
завихрения. Такой поток называют турбулентным. В турбулентном потот
ке тело оказывает потоку гораздо более сильное сопротивление, чем в ла-
минарном, так как большая часть его двигательной энергии преобразуется
в кинетическую энергию водяных завихрений. Отсюда следует вывод:
всем телам, соприкасающимся с потоками воды или воздуха, следует
придавать по возможности обтекаемую форму. В конструкции корпуса
это уже учтено; он обладает такой формой. Однако обтекаемую форму
должны иметь не только корпус, но и плавник, и перо руля. К образова-
нию турбулентностей ведет не только форма поверхности, но и ее состоя-
ние. Точным изготовлением модели и тщательностью обработки ее по-
верхностей можно свести турбулентности к минимуму или вовсе избежать
их. Становится очевидным, что безупречно отлакированная поверхность
целесообразна не только с точки зрения эстетики, но и с точки зрения фи-
зики, ибо оказывает положительное влияние на скорость модели. Анало-
гичные рассуждения относятся и к парусу (рис. 205). Турбулентностей,
вызываемых мачтой, полностью избежать нельзя. Поэтому ее следует из-
готовлять как можно более тонкой (однако не в ущерб прочности) и
профилировать. Кроме того, необходимо следить, чтобы парус был изог-
нут равномерно, без вмятин и складок.
Мы строим парусную Мы уже упоминали, что наша яхта должна
яхту иметь плоскокилеватый корпус (типашарпи),
поэтому строить ее будем так же, как строили
прежде моторную яхту. Большую помощь нам окажет при этом накоплен-
ный ранее опыт. Начнем с того, что снова обтянем стапельную доску плот-
ной бумагой и нанесем на ней шпации и среднюю осевую линию по разме-
223
1500
Рис. 206. Общее расположение парусной яхты.
На этом рисунке и следующем номера деталей яхты указаны в соответствии
со спецификацией деталей модели яхты, приведенной в приложении 10.
224
рениям общего расположения яхты (рис. 206). В приложении 10 содер-
жатся данные о числе, материале и размерах отдельных деталей. Вычертим
на листе клееной фанеры шпангоуты, транец и форштевень по образцам,
изображенным на рис. 207, а также плавник по рис. 206 (с учетом мас-
штаба). Выпилим детали лобзиком и зачистим их наждачной бумагой.
Проложим по осевой линии карлингс (10) и, опирая на него шпангоуты,
установим их с помощью реек вверх днищевой частью на стапеле. Далее
следует приклеить форштевень (И) к шпангоуту 9 и плавник (12) — к
шпангоутам 5 и 6. От точности установки плавника существенно зависит
устойчивость яхты на курсе. Стоит неправильно установить угол наклона
плавника или нарушить его соосность с диаметральной плоскостью, как
возникшее в результате этого отклонение от курса придется выправлять
с помощью руля, а это означает потерю в скорости.
После того как склейки просохнут, подгоним к гнездам в шпангоутах
киль (13) и приклеим его к шпангоутам. Для лучшего прилегания киль
составляют из двух реек (4 х 10 мм). Далее приладим скуловой стрингер
(14), также составленный из двух реек (см. „Мы строим моторную ях-
ту”)- Скуловой стрингер приклеим сразу к шпангоутам и форштевню. Та-
ким же способом приладим привальный брус (15) и транец (16) и при-
клеим их. Когда все склейки полностью затвердеют, обработаем киль и
скуловой стрингер с помощью рашпиля и шлифовального бруска для
предстоящей наклейки на них днищевой обшивки. Днищевую обшивку
(17) изготовим с помощью шаблонов и приклеим, как и при постройке
моторной яхты.
По высыхании мест склейки снимем корпус яхты со стапеля и под-
готовим его к приклеиванию бортовой обшивки (18). Листы бортовой
обшивки также изготовим по бумажным шаблонам и приклеим их затем
Рис. 207. Детали модели парусной яхты: транец (16) , шпангоуты (1)-(9) и форш-
тевень (10) .
225
к скуловому стрингеру и привальному брусу. Параллельно с этим прикле-
им карлингс (19), подпирающий люки между шпангоутами 1 и 2, 3 и 5. На
карлингс (10) наклеим рейку (20), высота которой возле шпангоута 4
равна 10 мм, а к носу и корме постепенно сходит на нет. При наклеивании
палубы это обеспечит ей необходимую погибь и седловатость. Прорезав
отверстие для гельмпортовой трубы (22), приладим и приклеим ее вместе
с опорной колодкой (21) к шпангоуту 1 и килю. Вырежем теперь часть
карлингса (10) между шпангоутами 1 и 2, 3 и 5, подготовив таким обра-
зом места для люков.
Готовый корпус судна дважды прокрасим изнутри бесцветным нит-
ролаком либо один раз целлюлозным клеем. После этого вырежем
(опять-таки по шаблонам) палубу (23), промажем ее целиком с одной
стороны целлюлозным клеем и наложим, не давая высохнуть, на подго
товленные к приклейке места. Необходимо проследить за тем, чтобы па-
лубная обшивка приклеилась только к привальному брусу, транцу и кар-
лингсу. При выполнении этой работы снова воспользуемся стапельной
подставкой. На этот раз (из-за длинного плавника) изготовим ее в виде
складных козел (рис. 208), на которые ставится корпус яхты, опираю-
щийся на два кожаных ремешка. В приклеенной палубе прорежем люки и
приклеим комингсы люков (24). Комингс — четырехугольная рама, об-
рамляющая люк в виде порожка, должен выдаваться над палубой при-
мерно на 6 мм. Одновременно в угол между выступающей палубой и бор-
товой обшивкой вклеим буртик (25).
Крышки люков (2о) изготовим на модели. Наложим поверх коминг-
са полиэтиленовую пленку (пластиковый пакет), смажем казеином в мес-
тах склеек пригнанные боковые планки (27) и крышки люков и зафик-
сируем склеиваемые части пружинными зажимами. После высыхания
крышки люков можно снять. Теперь можно быть уверенным, что они хо-
рошо подогнаны, плотно закрываются и надежно защитят внутреннее по-
мещение от водяных брызг. Руль (28) изготовим из 8-миллиметровой фа-
неры. Он должен быть профилированным, как и плавник. Баллер руля
(29) приклеим двухкомпонентным клеем. После этого прошпаклюем и
отшлифуем корпус так, чтобы внешняя его поверхность стала безупречно
гладкой. Затем дважды загрунтуем
и один раз окрасим весь корпус
судна в желаемый цвет или комби-
нацию цветов. Подбор красок дол-
жен соответствовать цвету парусов.
Вант-пу тенсы (деталь 30;
оковка на палубе для закрепления
Рис. 208. Стапельная подставка для па-
русной яхты.
1 — кожаный ремешок; 2 — сосновые
рейки (10x20 мм); 3 — стальные или
латунные стержни ф 6 мм; 4 — гайки
с барашками.
226
Рис. 209. Оковки, гельмпорт и направляющие блоки: а - деталь 30 (вант-пу-
тенс); б - деталь 31 (степс) ; в - деталь 32 (штаг-путенс) ; г - деталь 22 (гельм -
порт); д - деталь 34 (направляющие блоки) .
блока (34).
Мы ставим рангоут
и такелаж
вантов; вант - трос, удерживающий мачту от изгиба к бортам), степс (де-
таль 31; оковка для крепления мачты) и штаг-путенс (деталь 31; оковка
для закрепления штага; штаг - трос, удерживающий мачту от изгиба на-
зад) изготовляются из алюминиевого или медного листа (рис. 209). После
лакировки все оковки крепятся к корпусу судна с помощью нержавею-
щих шурупов (33). Для проводки шкотов (шкоты — тросы для управле-
ния парусами) к палубе приклеиваются двухкомпонентным клеем три
Рангоут - совокупность всех надпалубных де-
ревянных частей, служащих для постановки и
растягивания парусины. Главной частью рангоу-
та является мачта. Такелаж — совокупность всех снастей на судне.
Мачту (36) изготовим из двух прямослойных, лишенных сучков сос-
новых реек. С помощью дисковой пилы проделаем в обеих рейках по пазу
2x3 мм (рис. 210, а). Проложим между рейками слой фанеры (толщиной
1,5 мм) и склеим их по всей длине, получив таким образом лик-паз (же-
лобок для продергивания передней шкаторины грота; рис. 210, б). Для
просыхания положим склеенные рейки между двух плоских досок и
227
Рис. 210. К изготовлению мачты: а - в рейках прорезаются пазы;
б - обе половины склеиваются через прокладку (фанера толщиной
1,5 мм) — образуется лик-паз; в — мачте придается нужный профиль.
сожмем их (например, с помощью струбцин). Для того чтобы выдавлен-
ный клей не закупорил лик-паз, продернем через него несколько раз после
спрессования шпагат с завязанными на нем узлами.
Далее обработаем мачту рубанком и шлифовальным бруском, чтобы
она имела сечение, показанное на рис. 210, в, и сужалась постепенно к то-
пу (верхнему концу мачты). Диаметр мачты по всей ее длине не должен
превышать 19 мм.
Для изготовления грота-гика (37) (рис. 211) и стаксель-гика (38)
(рис. 212) также воспользуемся прямослойными, свободными от сучков
сосновыми рейками, грани которых зашлифовываются. Детали мачты и
гика показаны на рис. 213.
Бугель мачты (металлическую деталь для установки болта грота-ги-
ка) (39) и оковку пятки грота-гика (40) изготовим из медных пластинок
(рис. 213, в) и закрепим их с помощью сквозных медных болтов
2 мм), расклепанных по обе стороны. Все кольца на грота- и стаксель-
гиках, предназначенные для крепления парусов и шкотов, закрепляются
с помощью нитяных марок, пропитанных целлюлозным клеем. Стаксель-
гик крепится значительно проще, чем грота-гик (рис. 213, г), с помощью
вертлюга (42) и проволочного гака (46) к штаг-путенсу (32). Вертлюг
обеспечивает свободное вращение стаксель-гика. Его можно приобрести
в магазинах рыболовных принадлежностей, так же г^ак и де дероновую
леску для вант (44), ахтер- и форштагов (43). Верхний огон (петлю)
Рис. 211. Кормовая часть парусной ях-
ты с грота-гиком.
Рис. 212. Носовая часть парусной
яхты со стаксель-гик ом.
228
Рис. 213. Детали мачты и гика: а - топ мачты (фрагмент А рис. 206) ; б - обушок
для крепления стаксель-штага (фрагмент В рис. 206) ; в крепление грота-гика
(фрагмент С рис. 206) ; г — крепление стаксель-гика (фрагмент D рис. 206) .
Номера деталей указаны в соответствии со спецификацией, приведенной в прило-
жении 10.
229
ванта вдеваем в обушок (35) на мачте, а нижний закладываем за гак од-
ного из стержней винтовой стяжки талрепа (45). Второй стержень тал-
репа с помощью проволочного гака соединяем с вант-путенсом (30). Вы-
пилив из обушка для крепления форштага к мачте кусочек шириной
2 мм, мы сможем удобно и просто вдевать в него верхний огон штага и
освобождать ею в случае необходимости. Нижний огон заводится в коль-
цо, закрепленное на ноке стаксель-гика.
По данным рис. 214 изготовим из упаковочной бумаги шаблоны для
парусов. Размеры будем выбирать, исходя из двух значений: вне скобок -
для обычных парусов (для хорошей погоды) и в скобках - для штормо-
вых парусов. При первых, проверочных, запусках модели достаточно ис-
пользовать один комплект обычных парусов. Ткань для парусов должна
быть легкой, прочной, водоотталкивающей и воздухонепроницаемой.
Лучше всего подходят для этого легкие синтетические ткани (например,
дакрон), имеющие плотность от 70 до 175 г/м2. К сожалению, такую ткань
можно найти, пожалуй, только в парусной мастерской. Однако вполне
пригодны для парусов и другие легкие шелковые, хлопчатобумажные или
льняные ткани, которые следует пропитать водоотталкивающим составом.
Льняные и хлопчатобумажные ткани обладают тем преимуществом, что
перед раскроем их можно гладить, не опасаясь деформаций; кроме того,
они дешевле всех других. Дедероновую и полиэфирную ткань очень легко
„резать” острозаточенным горячим паяльником. Линия обреза при этом
оплавляется, в результате чего отпадает необходимость подрубать кайму.
При раскрое парусов нужно учитывать направление нитей (показано на
рис. 206). Выкройки парусов приведены на рис. 214. Важно, чтобы края
паруса, которые подвергаются наиболее сильному натяжению (у стак-
селя это передняя шкаторина, у грота — задняя), были параллельны-
ми нитям основы ткани. В этом случае на парусах после постановки не
будет складок. При раскрое необходим припуск, который затем уйдет на
окантовку паруса. Для шитья следует по возможности использовать нит-
ки, из которых изготовлена ткань паруса: такой парус не будет иметь
морщин при намокании и усадке. Сквозь кант передней шкаторины грота
пропустим медный провод с поливинилхлоридной изоляцией, с помощью
Рис. 215. Боуты на фалов ом (л), галсовом (б) и шкотовом (в) углах паруса.
1 — полая заклепка ф 3 мм; 2 — медный провод.
230
которого шкаторина заводится в лик-паз и удерживается в нем по всей
длине мачты. Через кант передней шкаторины стакселя (48) пропустим
форштаг (43). Поэтому канты передних шкаторин грота и стакселя сле-
дует делать такой ширины, чтобы сквозь них можно было пропустить со-
ответствующие провода. Одновременно с этим на кант фалового (верхне-
го), шкотового (нижнего, к которому крепятся шкоты) и галсового
(нижнего переднего) углов паруса нашьем из остатков ткани боуты (на-
кладки соответствующей формы), усиливающие парус в этих местах
(рис. 215). В боутах проделаем отверстия для коушей (коуши - металли-
ческие кольца с желобком). обметаем их нитками или окантуем полыми
заклепками.
В зависимости от силы ветра парус должен иметь большее или мень-
шее „пузо”, величина которого регулируется натяжением нижней шкато-
рины. Для того чтобы полощущая задняя шкаторина грота или стакселя
не заворачивалась на ветер, парусу придают пополнительную жесткость ла-
тами. На гроте можно разместить максимум четыре латы (49) предельных
размеров (10 х 100 мм), на стакселе - максимум три латы (50) предель-
ных размеров (10 х 50 мм). Латы вставляют в карманы, нашитые на па-
рус. Условием высокой эффективности работы паруса является отсутствие
морщин и складок. Для того чтобы при хранении на парусе не образовы-
вались складки, просушенные паруса аккуратно наматывают на гики и
вставляют в пластиковые чехлы.
Мы строим парусную С помощью лебедки меняют положение пару-
лебедку сов пропорционально отклонению ручки уп-
равления на передатчике. При этом приходится
выбирать и вытравливать шкоты длиной до 150 мм. Парус должен проти-
востоять ветровому давлению, поэтому лебедка должна быть достаточно
Рис. 216. Парусная лебедка: а - вид сбоку; б - вид сверху.
I _ тросовый барабан; 2 — основание; 3 — вал /4; 4 — двигатель;
5 - шестерня; 6 - м^фта; 7 -потенциометр; 8 - вал С; 9 - уголь-
ник; 10 — вал В (главный вал) .
231
Рис. 217. Общий вид парусной лебедки.
мощной, способной выбрать или
вытравить весь трос в течение
б—10 с. Этим требованиям отвечает
парусная лебедка, представленная
на рис. 216—219. Через редуктор и
червячную передачу двигатель вра-
щает главный вал с насаженным на
один его конец тросовым бараба-
ном. На другой конец главного ва-
ла насажен, второй червяк, с по-
мощью которого (через шестерню) вращается вал потенциометра. Весь
механизм вместе с двигателем и потенциометром размещается в корпусе
из тонкого алюминия (рис. 217). Для облегчения замены тросовый бара-
бан насаживается на главный вал снаружи корпуса. Путем замены бараба-
на на другой, с иным диаметром, мы можем устанавливать лебедку на вы-
борку шкота различной длины. Детали конструкции лебедки показаны на
рис. 218, 219. При монтаже особое внимание следует уделять тому, чтобы
весь механизм обладал мягким ходом, но не имел люфтов.
Изменением передаточных отношений в различных звеньях механизма
можно получить ряд полезных эффектов:
Рис. 218. Основание (а) и угольник (б) парусной лебедки.
232
Рис. 219. Валы парусной лебедки: а — вал Л; б — вал В; в - вал С.
1 — червяк; 2 — муфта (припаивается) ; 3 — шестерня (32 зуба) .
- подбирая соответствующий диаметр тросового барабана, можно ме-
нять длину выборки шкота при сохранении неизменным времени враще-
ния и усилия на главном валу;
— увеличивая передаточное отношение редуктора, можно увеличить
усилие на главном валу при росте времени вращения и неизменной длине
выборки шкота;
- увеличивая передаточное отношение второй червячной пары (глав-
ный вал — потенциометр), можно увеличить длину выборки шкота и вре-
мя вращения при неизменном усилии на главном валу;
- изменяя рабочее напряжение двигателя, можно варьировать в опре-
деленных пределах время вращения и усилие на главном валу.
Если усилие на валу, развиваемое данным двигателем, недостаточно,
следует заменить двигатель более мощным.
Для гарантии безупречной работы на модели двигатель лебедки необ-
ходимо надежно защитить от помех. Рама парусной лебедки рассчитана
таким образом, чтобы переключающий усилитель составлял с лебедкой
единый конструктивный узел.
Наряду с электроникой проверим и функционирование устройства
для натяжения шкотов — парусной лебедки (рис. 220). Проводка шкотов
показана на рис. 221. Для того чтобы шкоты (51) не перепутались под па-
лубой, их все время удерживают в натяжении с помощью тонкой резино-
вой нити (52), которую протягивают от узла, соединяющего стаксель- и
грота-шкот, к правому вант-путенсу (30). В качестве шкотов можно ис-
пользовать плетеную леску или продающийся в радиомагазинах дедероно-
вый тросик для шкал, очень гибкий и несмачиваемый.
Мы отливаем балласт Нам уЖе известно, что по ряду причин парус-
ной яхте необходим относительно тяжелый
балласт. Роль такого балласта в нашей модели будет исполнять обтекае-
мый бульб (53). который нам предстоит отлить из свинца с таким расче-
том, чтобы можно было ходить под
парусами даже при сильном ветре.
В случае необходимости можно
сделать еще и второй, облегченный
бульб для слабого ветра.
Прежде всего изготовим дере-
вянную модель бульба круглого
Рис. 220. Монтаж рулевой машинки
и парусной лебедки.
233
Движок для установки длины
шкотов} бантов и штагов
Рис. 221. Проводка шкотов на модели.
поперечного сечения в натуральную величину (рис. 222). В модели должна
быть предусмотрена прорезь, по форме совпадающая с плавником, для на-
садки балластного бульба на плавник, а также отверстие для крепления
бульба к плавнику с помощью болта (54). В направлении прорези модель
разделим посередине на две симметричные половины (рис. 223, а). Для
того чтобы их можно было снова соединить дру! с другом, в одну из по-
ловинок вобьем две шпильки (гвозди без шляпок) Вторую половину с
силой прижмем к первой так, чтобы шпильки вдавились в древесину
(рис. 223, б), а бульб представлял собой при этом как бы одно целое. Да-
лее в месте наибольшего сечения перпендикулярно плоскости раздела
просверлим сквозное отверстие фь мм. Модель тщательно отшлифуем и
нанесем на нее слой расплавленного воска.
Для изготовления едок нам потребуются две рамы, собранные из де-
ревянных планок (15 х 60 мм). Они должны иметь размеры примерно
130 х 250 мм и точно соответствовать друг другу (рис. 223. в) Положим
Рис. 222. Балластный бульб.
Длина 260 мм, максимальный диаметр 63 мм.
234
Рис. 223. Этапы изготовления бульба.
одну из половинок модели плоской частью на абсолютно ровную подлож-
ку и введем в прорезь кусочек 4-миллиметровой фанеры (рис. 223, г) та-
ких размеров, чтобы между ним и стенками опоки оставалось с каждой
стороны примерно по 5 мм (рис. 223, д). Теперь зальем в опоку гипс.
Когда он затвердеет, перевернем рамку с гипсом, как показано на
рис. 223, е, вобьем в каждом углу по крепкому гвоздю без шляпки
235
(шпильку) и приставим сверху вторую половину опоки. На шпильки,
вбитые в первую половину модели, насадим вторую, и прорезь между ни-
ми снова заполним таким же кусочком фанеры (рис. 223, ж). В сдвоенной
фанерной прокладке просверлим, как и в модели, отверстие диаметром
6 мм и пропустим через него штырь с резьбой Мб. Через верхнюю полови-
ну модели штырь должен пройти на 20 мм в нижнюю, верхний его конец
должен быть при этом вровень с кромкой верхней половины опоки. Вто-
рую половину опоки также зальем гипсом и, когда тот застынет, осторож-
но отделим ее от первой.
В обе половины опоки ввернем по шурупу; с помощью этих шурупов
путем легкого постукивания без труда можно вытянуть модель из гипсо-
вой формы. Штырь Мб остается в верхней форме. В месте наибольшего се-
чения бульба прорежем в обоих половинах опоки воронкообразное от-
верстие (внешний диаметр 20 мм, внутренний диаметр 10 мм) -отвод-
ник для выхода воздуха, вытесняемого расплавленным металлом, а 3 см
отступя — еще одну, несколько большую воронку — литник для заливки
формы металлом (рис. 223, з).
Когда гипсовые формы просохнут, оба фанерных кусочка положим
обратно в форму и навинтим на штырь Мб латунную гайку с таким расче-
том, чтобы между гайкой и фанерой оставалось около 5 мм. Впоследствии
гайка полностью охватывается свинцом и остается в балластном бульбе.
Для литья обе части формы нужно точно подогнать друг к другу и че-
рез дощечки-прокладки крепко стянуть двумя струбцинами (рис. 223, и).
Расплавим в тигле мелконарубленный свинец. Масса свинца должна быть
примерно в полтора раза больше массы готового бульба. Когда свинец
станет жидким, удалим с его поверхности слой окиси и жира и в один при-
ем зальем в литник, прекратив литье лишь после того, как он, поднявшись
по отводнику, выйдет наружу. При литье необходимо соблюдать осторож-
ность: расплавленный свинец брызжется! После охлаждения разделим обе
половины, вывернем штырь Мб и удалим фанерные прокладки. Латунная
гайка остается внутри бульба и вместе с болтом (54) служит для крепле-
ния бульба к плавнику. Готовый бульб следует обработать напильником,
отшлифовать и покрыть лаком.
Кое-что о технике хождения под парусами
Во время штиля яхта должна иметь легкий дифферент на корму, что-
бы при попутных ветрах нос не зарывался в волну. Для пробного запуска
яхты наиболее благоприятны дни. когда дует легкий, ровный ветер посто-
янного направления. Установив мачту посередине степса, равномерно на-
тянем ванты так, чтобы мачта стояла вертикально, без перекосов. Пра-
вильного положения мачты добиваются путем ее передвижки в степсе.
Лучше всего это делать на курсах бейдевинд, продолжая регулировку до
тех пор, пока при нейтральном положении руля (контролировать!) мо-
дель не будет стабильно лежать на курсе. Чем добросовестнее мы отнесем-
ся к определению правильного положения мачты, гем легче и точнее смо-
жем впоследствии управлять яхтой.
23b
Шкоты должны быть такой длины, чтобы стаксель-и грота-гики обра-
зовывали со средней осевой линией примерно одинаковые углы. При раз-
вороте яхты против ветра оба паруса должны заполаскивать одновремен-
но. При движении яхты курсом бейдевинд можно точно установить, нас-
колько остры углы, при которых яхта еще идет против ветра. Не может
нас, разумеется, не волновать и скорость яхты, поэтому обязательно сле-
дует отыскать угол вымпельного ветра, при котором модель имеет наи-
больший ход.
После первых запусков яхты необходимо немного потренироваться в
маневрировании и лавировке. Ведь большое достоинство дистанционного
управления как раз и состоит в том, что модель может идти любым кур-
сом, как и настоящая яхта. Для этого нужно только свободно владеть не-
которыми приемами.
Прежде всего выберем ориентир (пункт пришествия), расположенный
точно в наветренном направлении. Прямым курсом этого ориентира не
достичь, поэтому яхте придется лавировать (рис. 224,а) ,т. е. менять галсы,
делая в определенных точках повороты. Если мы идем курсом 1
(со шкотами с левого борта), то для того, чтобы лечь на курс В, не-
обходимо пересечь носом линию ветра; гики при этом перекладыва-
ются с левого борта (считая по ходу) на правый. Такой поворот носит наз-
вание поворота оверштаг. Уже с са-
мого первого поворота нам станет
ясно, что этот маневр удается лишь
в том случае, если яхта набрала
достаточную скорость. Поэтому по-
ворот будем производить на пол-
ном ходу, плавно, только с по-
мощью руля, без использования
шкотов. Управляющую команду
будем подавать до тех пор, пока
яхта не ляжет на новый курс. Во
время поворота скорость заметно
падает, и потому производить его
следует как можно быстрее. Курс
яхты обеспечивается парусами, а
руль нужен только для вы-
полнения поворотов или иног-
да для компенсации шквалов. Лю-
бой поворот руля на прямом
курсе приводит к потере ско-
рости.
На курсе фордевинд скорость
яхты не очень велика и мы значи-
Рис. 224. Яхта идет галсами: а - против
ветра (повороты оверштаг) ; б — по вет-
ру (повороты фордевинд).
237
тельно скорее достигнем цели путем периодического изменения галсов, де-
лая повороты, называемые поворотами фордевинд, или, как говорят, лави-
руя на фордевинд. При лавировке на фордевинд гики также перекладыва-
ются с правого борта на левый и обратно; линию ветра при этом пересекает
корма (рис. 224, б). Исключая моменты перекладки гиков, яхта длитель-
ное время испытывает значительное ветровое давление. При повороте
фордевинд она почти не теряет скорости и хорошо слушается руля. В от-
личие от поворота оверштаг здесь приходится работать шкотами. С курса
бакштаг путем вытравливания гика-шкота яхту переводят на фордевинд,
а затем, в момент, когда корма пересекает линию ветра, шкот быстро вы-
бирают втугую, способствуя тем самым повороту. С помощью руля яхта
разворачивается вокруг линии ветра так, что гики перекладываются на
другой борт. В зависимости от курса или требуемой скорости яхты гика-
шкоты можно теперь снова слегка растравить. Мы видим, что для быстро-
го поворота следует одновременно манипулировать шкотами и рулем.
Для того чтобы четко овладеть этими приемами, требуется некоторая тре-
нировка. Из соображений увеличения срока службы такелажа при поворо-
тах фордевинд следует быть очень осторожным. По правилам поворот
фордевинд производится только с помощью парусной лебедки. Однако
при средней силе ветра можно обойтись и без нее.
Для начала приведенных рекомендаций, пожалуй, и достаточно. Хоти-
те, чтобы ваша яхта стала истинной властительницей ветра и волн — уп-
ражняйтесь, упорно тренируйтесь и правильно применяйте приобретенные
навыки. Всяческих вам успехов!
Модель планера с дистанционным управлением
Занимаясь парусной яхтой, мы учились владеть ветром и эффективно
использовать действующие на нее гидродинамические силы. Модель пла-
нера (рис. 225) должна помочь нам освоить интереснейший участок
авиамодельного спорта. Изготовляемая целиком из бальзы, эта модель
обладает хорошими летными качествами и разработана так, что без
особых затруднений может быть построена даже новичком. Во внутренних
отсеках модели легко размещаются бортовые блоки устройства дистанци-
онного управления (приемник, батареи, сервосистема) в защитной упа-
ковке.
Предлагаемый в данной книге вариант предназначен для полета по
наклонной траектории. Для достижения хороших результатов при парении
в восходящих потоках мы изготовим позже для нашего планера второе
крыло с большим (на 20—40 см) размахом, получив таким образом более
универсальную летающую модель. Однако прежде чем приступить к по-
стройке, нам следует несколько пополнить свои знания по аэродинамике.
Почему воздух держит Сравнивая профиль паруса (см. рис. 205) с
крылом модели планера (рис. 226), мы сразу
же заметим их сходство. За счет такого профиля паруса создается сила тя-
ги, являющаяся составной частью действующей на парус поперечной силы.
238
е Центр давления
О Центр тяжести
Рис. 226. Профиль крыла: а - при
нормальном угле атаки (+1°); б —
при чрезмерном положительном угле
атаки (+15°); в — при чрезмерном
отрицательном угле атаки (-10°).
Воздействуя на крыло, воздушный поток также вызывает поперечную си-
лу, которая, однако, используется здесь для поддержания авиамодели в
воздухе, т. е. для полета, и называется поэтому подъемной силой. Эта
подъемная сила обусловлена движением воздуха и является, следователь-
но, динамической подъемной силой (в отличие от статической подъемной
силы в случае плавающего тела) Подъемная сила крыла некоторого про-
филя вычисляется по формуле
где F — подъемная сила; Су - коэффициент подъемной силы; р - плот-
ность воздуха; v — скорость потока; Sr - площадь горизонтальной про-
екции крыла. Коэффициент подъемной силы безразмерная величина, за-
висящая в основном от формы профиля.
Исследуя свойства крыла, следует считаться еще с одной силой, кото-
рой мы пренебрегли при рассмотрении работы паруса,— силой лобового
сопротивления воздушному потоку.
Вместо крыла воспользуемся для опыта изготовленной нами ранее
выгнутой пластиной, которую на этот раз закрепим на почтовых весах
вертикально (см. рис. J 97) и будем обдувать ее сверху. Стрелка весов
239
снова покажет нам степень сопротивления этого испытуемого тела потоку
воздуха. Сопротивление вычисляется по формуле
= Cx—v2S„,
х * 2 JI
где F — сила лобового сопротивления; Сх - коэффициент лобового со-
противления; р—плотность воздуха; v - скорость потока; 5Л-площадь
лобовой поверхности крыла. Коэффициент Сх -также безразмерная ве-
личина, зависящая от формы профиля. Можно сказать, что в коэффициен-
тах €у и Сх содержится информация о свойствах профиля. Если мы жела-
ем, например, построить скоростную модель или, что равносильно, иметь
возможность запускать модель при сильном ветре, коэффициент Сх следу-
ет выбирать как можно меньшим (слабо выгнутый профиль), ибо в соот-
ветствии с вышеприведенным уравнением сила лобового сопротивления
зависит от квадрата скорости потока. В случае слишком больших Ь'х мо-
жет оказаться, что при сильном ветре модель будет лететь назад (как бы
пятиться). С другой стороны, если требуется, чтобы модель проявляла хо-
рошие летные качества даже при слабом ветре, необходимо выбирать про-
филь с большим С (как правило, сильно выгнутый). Универсальных же
профилей, в одинаковой мере хорошо пригодных как для сильных, так и
для слабых ветров, к сожалению, нет.
Однако подъемная сила крыла зависит не только от формы профиля и
площади горизонтальной проекции крыла, но и от угла атаки а. Любой
профиль достигает максимальной подъемной силы только при определен-
ном угле атаки. Стоит увеличить этот угол, и поток начнет срываться с
верхней поверхности (рис. 226, б), станет турбулентным. Сила лобового
сопротивления Ь'х в результате этого существенно растет, а подъемная си-
ла F уменьшается. Кроме того, при увеличиении угла а проявляется и
очень неприятное свойство многих профилей - смещение центра давления.
Подобно центрам бокового сопротивления и парусности яхты, центры тя-
жести и давления авиамодели должны раполагаться поблизости друг от
друга и лежать на одной вертикали. Из-за смещения центра давления авиа-
модель теряет устойчивость в полете. Поэтому для нашей модели следует
выбирать такой профиль крыла, у которого центр давления с изменением
угла атаки смещается возможно меньше. При отрицательных углах атаки
крыла (рис. 226, в) поток срывается с его нижней поверхности, лобовое
сопротивление также возрастает, а подъемная сила уменьшается. Центр
давления смещается при этом назад. Отношения Су/ Сх для различных
профилей крыла авиамоделей были измерены в аэродинамической трубе в
зависимости от значений угла атаки. Эту зависимость можно представить в
виде полярной диаграммы - поляры, получив таким образом наглядное
представление о свойствах профиля (рис. 227). Точка 1 соответствует
большому отрицательному углу атаки. Крыло создает при этом отрица-
тельную подъемную силу (модель в этом режиме могла бы лететь „вверх
ногами”)- В точке 2 подъемная сила равна нулю; модель пикирует. В
точке 3 отношение Су/ Сх имеет максимальную величину. Модель обладает
240
при этом большой подъемной силой при высоком лобовом сопротивлении
и минимальной скорости. Такого режима полета добиваются при посадке
модели. Точка 4 (С -шах) — точка наивысшего подъема. Точка 5 соот-
ветствует критическому углу атаки, при котором поток начинает срывать-
ся, а модель входит в штопор. Свойства профиля крыла в значительной
мере определяют и свойства всей летающей модели.
Чуть побольше В пояснениях к постройке авиамоделей мы
об аэродинамике встретимся с таким понятиями, как нагрузка
на крыло, скорость снижения и коэффициент
глиссады.
Нагрузка на крыло определяется как отношение веса модели при
взлете к общей несущей поверхности, складывающейся из поверхности
крыла и стабилизатора (несущей называется поверхность, создающая
подъемную силу). В нашей модели планера стабилизатор несущим не явля-
ется, поэтому при расчете нагрузки на крыло учитывается лишь поверхность
крыла. Скоростные модели с большой скоростью снижения имеют, как
правило, высокие нагрузки на крыло. При этом каждый профиль рассчи-
тан на вполне определенную нагрузку на крыло. Существенное превыше-
ние этого максимального значения ухудшает летные качества модели. Про-
филыбо 539, которым мы воспользуемся для изготовления крыла моде-
ли, обеспечивает хорошие результаты при значениях нагрузки на крыло до
39,2 Н/м2.
Скорость снижения показывает, на сколько метров модель снижается
за одну секунду. Планер должен оставаться в воздухе как можно дольше,
поэтому уменьшению скорости снижения придается при конструировании
очень большое значение.
Коэффициент глиссады авиамо-
дели
(^ - угол планирования) характери-
зует путь 5, который проходит модель
при снижении на h = 1 м (рис. 228).
Особое значение величина .s- имеет при
выполнении планером маршрутных
полетов. При высокой скорости полета
модели с большим коэффициентом
глиссады имеют очень протяженную
посадочную дистанцию.
Рис. 227. Поляра (полярная диаграм-
ма) профиля.
241
Рис. 228. К определению коэффициен-
та глиссады модели планера.
Рис. 229. Оси авиамодели.
1 — высотная ось; 2 - поперечная
ось; 3 — продольная ось.
При рассмотрении взаимосвязи между скоростью и сопротивлением
движению судовых моделей мы узнали, что эти величины нельзя перено-
сить с прототипа на модель простым масштабированием. Аналогичное
положение имеет место и в авиамоделизме. Для скорости нашей авиамо-
дели важнейшим показателем является число Рейнольдса (Re), вычисля-
емое по формуле
pt v
Re =-------
г]
где р плотность воздуха; I - хорда профиля; v - скорость потока;
т] динамическая вязкость воздуха.
Для нас важно, что число Рейнольдса является граничной величиной.
Если превысить Re. рекомендуемое для некоторого определенного про-,
филя. то характер обтекания, а вместе с ним и летные качества крыла
(значения Су и (х) резко ухудшатся. Применительно к нашим экспери-
ментам это означает, что при полетах модель не должна выходить за пре-
делы рекомендованных значений Re. Для практических расчетов, сводя
постоянные величины в единый коэффициент, получаем упрощенную
формулу
Re = 70г Z,
где г берется в м/с, а / в миллиметрах. Отсюда видно, что для удержания
числа Рейнольдса модели в допустимых пределах возможны только два
пути: либо строить более скоростную модель, либо выбирать крыло с
большей хордой. Компромиссное решение, которое мы должны принять,
будет пояснено на практическом примере при рассмотрении чертежей
нашего планера.
Теперь еще несколько слов об устойчивости в полете. Применитель-
но к авиамоделям речь идет о динамической устойчивости, которая дол-
жна обеспечиваться по трем взаимно перпендикулярным осям
(рис. 229). Оси представляют собой мнимые линии, пересекающиеся в
центре тяжести авиамодели. Обычно авиамодель должна разворачиваться
Рис. 230. Разность углов атаки крыла
* 2 и стабилизатора.
| 7 — крыло; 2 — стабилизатор.
242
вокруг каждой оси с помощью отдельного руля. Так, элероны обеспечи-
вают разворот вокруг продольной оси, руль высоты - вокруг поперечной,
а руль поворотов - вокруг высотной оси. Модель должна быть устойчивой
по всем трем осям. Устойчивым называется такое состояние модели в по-
лете, когда при отклонении от своего первоначального положения (за счет
порывов ветра или восходящих тепловых потоков) она самостоятельно,
без помощи рулей возвращается в прежнее, нормальное для полета поло-
жение.
Понятие продольной устойчивости относится к вращению модели во-
круг поперечной оси. Она определяется площадью крыла и стабилизатора,
их углами атаки и удаленностью стабилизатора от центра тяжести. Решаю-
щим фактором является при этом разность между обоими углами атаки
(рис. 230). Если мы позаботимся о том, чтобы крыло постоянно созда-
вало большую подъемную силу (выбором соответствующего профиля и
большого угла атаки), то при нарушении нормального полетного положе-
ния (например, при подъеме или опускании носовой части) за счет дей-
ствия стабилизатора создается обратный момент вращения, который и воз-
вращает модель в исходное положение. Продольная устойчивость модели
может быть существенно повышена выбором профилей со стабильным
центром давления. Опыт показал, что хорошей продольной устойчивости
авиамодели можно достичь при разности углов атаки в 3°. Получим ли мы
это значение за счет углов атаки 5° и 2°, 3° и 0° или 1° и -2° (относи-
тельно продольной оси фюзеляжа), в данном случае несущественно.
Поперечная устойчивость проявляется при вращении модели вокруг
продольной оси. Поперечную устойчивость можно существенно повысить,
придав крылу V-образную форму (рис. 231). При крене модели действу-
ющие поверхности обеих половин крыла оказываются неодинаковыми.
Большая действующая поверхность создает большую подъемную силу, а
следовательно, и больший обратный момент вращения, который возвра-
щает модель в нормальное положение. Для моделей без элеронов следует
позаботиться о повышенной поперечной устойчивости, получить которую
можно выбором соответствующей Vобразной формы крыла. Для надеж-
ной устойчивости достаточен угол р = 5° + 8° (при наличии элеронов Р =
= 0° -5°).
Путевая устойчивость относится к вращению авиамодели вокруг оси
высоты. Удержание на курсе обеспечивается в полете главным образом
рулем направления. Однако при i олете по кривой путевая устойчивость
непосредственно связана с поперечной устойчивостью (на кривой траекто-
рии модель летит с креном, разворачиваясь при этом вокруг продольной и
вертикальной осей), поэтому слишком сильное влияние руля направления
нежелательно. Разворот модели во-
круг вертикальной оси (а следова-
тельно, и слишком резкую реакцию
Правая половина Левая половина
крыла крыла
Рис. 231. К повышению поперечной
устойчивости за счет V-образной формы
крыла.
Меньшая подъем-\ Большая подъем-
ная сала у I ная сила у
243
на отклонение руля направления) можно ограничить выбором относи-
тельно большой поверхности бокового сечения. Путевая устойчивость
поддерживается также и за счет того, что эффективное сопротивление од-
ной из половин крыла при рыскании становится больше, чем у другой
(аналогичный эффект оказывается V-образная форма крыла на попереч-
ную устойчивость). Рысканием называют незначительные угловые откло-
нения летательного аппарата от основного направления в горизонтальной
плоскости относительно вертикальной оси при прямом положении руля.
Стабилизирующий эффект можно повысить приданием крылу стреловид-
ной формы.
На практике все виды устойчивости тесно переплетены друг с другом.
Мы познакомились здесь только с важнейшими положениями аэродина-
мики. Желающих изучить законы аэродинамики более основательно, от-
сылаем к специальной литературе. Для постройки и облета нашей первой
модели достаточно тех сведений, что приведены в этой книге.
Прежде, чем строить, Основные требования к первой модели планера
хорошенько все следующие: она должна быть достаточно прос-
про думай те той, чтобы изготовить ее можно было просто и с
наименьшими денежными затратами; должна
обладать хорошими летными характеристиками и конструктивными воз-
можностями для размещения любого варианта самодельной аппаратуры
дистанционного управления; при всем этом она должна быть еще и проч-
ной, чтобы исправно служить в течение длительного срока. Очевидно, что
без компромиссов при решении тех или иных вопросов здесь не обойтись.
Первой проектной величиной являются размеры планера. С самого на-
чала следует помнить, что хотя вместе с увеличением размеров улучшают-
ся летные качества модели, зато заметно возрастают ее стоимость, время
изготовления и восприимчивость к разного рода механическим поврежде-
ниям. Поэтому мы будем строить модель средних размеров, однако с та-
ким расчетом, чтобы она была способна нести бортовую часть самодельной
аппаратуры дистанционного управления. При парении в восходящих тепло-
вых потоках модель должна описывать узкие окружности, как можно
меньше снижаться, но иметь все же достаточную скорость для полета про-
тив ветра. Последнее условие позволит нам сажать модель в заданном
месте с помощью дистанционного управления или выводить ее в зону вос-
ходящих воздушных потоков.
Если мы собираемся построить планер для полетов по наклонной тра-
ектории, то при расчете его конструкции следует исходить из того, что
модель должна быть прочной, высокоскоростной и вместе с тем способ-
ной к еще более крутым разворотам, чем модель, предназначенная для па-
рения в восходящих термических потоках. Эти характеристики находятся
в прямой зависимости от размаха крыла. Скорость модели можно повы-
сить в определенных пределах путем создания дифферента на нос, увели-
чения веса или уменьшения разности углов атаки, сообразуясь при этом
с меняющейся скоростью ветра. Однако эти мероприятия приводят также
к более крутой траектории снижения модели, уменьшению устойчивости в
полете и ограничению возможностей полетов при сильном ветре из-за
244
возрастания нагрузок на крыло. Строить же несколько сменных крыльев
разных профилей в расчете на различные значения скорости полета и ветра
не имеет смысла. При выборе одного из вариантов крыльев, представлен-
ных на рис. 232, наш планер будет вполне успешно летать при ветрах от
слабых до средних.
Прежде всего займемся расчетом крыла, самым существенным обра-
зом определяющего летные качества модели. Выберем крыло со средней
хордой профиля 200 мм с таким расчетом, чтобы в широком диапазоне
скоростей число Рейнольдса оставалось выше критического значения.
Размах крыла (расстояние между концами крыла по прямой) выбирает-
ся с учетом удельной нагрузки на него и требований к высоким маневрен-
ным способностям планера. При размахе в 1600 мм площадь крыла модели
составляет 160 см х 20 см = 3200 см2 = 0,32 м2, вес готовой модели — около
8,8
8,8 Н, а нагрузка на крыло будет, таким образом, равна---~28 Н/м2.
0,32 м2
Удлинение крыла как отношение его размаха к хорде профиля со-
ставляет 8 и не выходит за пределы нижней границы. У планеров, предназ-
наченных для полетов по наклонной траектории, это граничное значение
обычно составляет 8—12, у планеров, предназначенных для парения в тер-
мических потоках, 11—15. Крыло со значительным удлинением работает
Рис. 232. Профили для авиамоделей: а - Go593; б - Clark Y;
в - MVA301; г- NACA6412.
245
Рис. 233. Профиль шаблона корневой нервюры.
Ун, Ув — ординаты точек нижней и верхней поверхностей крыла.
более эффективно, зато при малом удлинении оно более прочно. Отдадим
предпочтение второму варианту, содействуя повышению прочности также
выбором надлежащего профиля и соответствующей конструкции. Исполь-
зуемый нами профиль Go 593 обеспечивает при средних скоростях поло-
гую траекторию полета и незначительное смещение центра давления, спо-
собствует повышению прочности крыла за счет большой толщины и облег-
чает его изготовление (благодаря плоской нижней стороне). Для улучше-
ния внешнего вида крыла каждой его половине придают слегка трапеци-
евидную форму. Модель не имеет элеронов, поэтому крыло должно быть
V-образным (с углом 0^8°, см. рис. 231). Благодаря такой форме кры-
ла, повышающей эффективность работы руля направления, площадь.этого
руля можно выбрать относительно малой, около 1,3 дм2. Эффективность
работы руля, а следовательно, и устойчивость на курсе в значительной сте-
пени определяются плечом руля (расстоянием между центром тяжести и
задней кромкой руля), которое у нашей модели составляет (по опытным
данным) около 780 мм.
Руль делают плоским (из бальзовой дощечки), беспрофильным, и по-
тому изготовить его несложно. Нагрузки в полете он не несет, поэтому
при испытаниях осложнений из-за него возникнуть не должно. Разность
углов атаки крыла и стабилизатора устанавливают по чертежу боковой
проекции модели. Модель рассчитана так, чтобы во внутренних ее отсеках
без труда можно было разместить блоки устройства дистанционного уп-
равления, а плечо руля было достаточно велико. Тогда при наладке модели
Рис. 234. Корневая (а) и концевая (б) нервюры нашей модели
246
Рис. 235. Сечение крыла (в плоскости корневой нервюры).
На этом рисунке и следующих номера деталей планера указаны в соответ-
ствии со спецификацией модели планера, приведенной в приложе-
нии 1 3.
точную балансировку можно производить одним лишь подбором мест
установки блоков дистанционного управления.
Кое-что о профилях Точно так же, как вся конструкция модели рас-
считывается на заранее предусмотренную ско-
рость полета и удельную нагрузку на крыло, профиль крыла должен соот-
ветствовать задуманному назначению. У планеров с дистанционным уп-
равлением хорошо зарекомендовали себя профили Go 593, Clark Y,
MVA 301 и NACA 6412 (рис. 232). Это профили средней толщины, обус-
ловливающей высокую прочность конструкции. Крылья с профилями
Go 593 и Clark Y изготовляют с плоской нижней стороной, поэтому при их
монтаже больших трудностей не возникает. Оба эти профиля вполне при-
годны при средних скоростях полета и ветра, тогда как профиль MVA 301
пригоден при скоростях от средних до малых, а профиль NACA 6412
при малых скоростях. Свойства крыла в значительной степени зависят от
характера обтекающего его потока, поэтому при изготовлении особое
внимание следует обратить на как можно более полное соответствие про-
филя крыла данному образцу.
Постройка крыла начинается с вычерчивания шаблонов нервюр — по-
перечных элементов конструкции крыла — в соответствии с таблицей
профилей (приложение 12). Рассмотрим этот рабочий процесс на примере
профиля Go 593. В качестве образцов для изготовления других нервюр
нужны корневая и концевая нервюры, которые мы изготовим из 3-мил-
лиметровой фанеры. Корневая нервюра имеет хорду профиля 220 мм,'
концевая — 180 мм. Табличные данные представлены в процентах от хор-
ды профиля, поэтому для вычерчивания шаблонов нам придется пересчи-
тать их, перемножив соответственно на 2,2 и 1,8 (приложение 12). По най-
денным значениям строим точки на миллиметровой бумаге и, обведя их
плавной кривой, получим профиль шаблона (рис. 233). Для получения
точного очертания нервюры необходимо учесть еще толщину обшивки
верхней и нижней поверхностей, сделать срезы для передней и задней
кромок и пазы для лонжеронов — продольных элементов конструкции
крыла (рис. 234).
Конструкция крыла с двойным лонжероном, 50-миллиметровыми ин-
тервалами между нервюрами и частичной обшивкой (рис. 235) обеспечивает
247
высокую прочность при малом весе крыла и высокой точности профиля.
Точность профиля можно повысить путем вклейки между лонжеронами
вертикальной бальзовой поперечины, предохраняющей лонжероны от про-
гибания. Для того чтобы обтяжка верхней стороны крыла не вдавлива-
лась, носовую часть крыла до лонжерона обшивают 1,5-миллиметровой
бальзой, а нервюры усиливают бальзовыми накладками шириной 10 мм.
Для повышения жесткости нижнюю сторону носовой части крыла также
частично обшивают бальзой.
Мы строим модель планера
Начинаем с фюзеляжа Главнейшей заботой при постройке авиамоде-
лей является экономия веса. Для всех деталей
следует подбирать тщательно просушенную, равномерно свилеватую, сво-
бодную от сучков древесину средней жесткости. До просыхания мест
склейки детали будем скреплять с помощью булавок или натянутых рези-
новых колец.
Прежде всего вырежем из 3-миллиметровой бальзовой дощечки обе
боковины (1). Относительно нижней кромки фюзеляжа опора крыла
между шпангоутами В и С должна составлять угол 3°, что соответствует
разности углов атаки, так как опора стабилизатора идет точно параллель-
но нижней кромке. Сложим боковины одна с другой лицевыми сторонами
и обработаем их совместно согласно данным рис. 236. Затем приклеим из-
нутри стрингеры (2) и (3) и вертикальные рейки шпангоутов В-Е (4) —(7).
Рис. 236. Конструкция фюзеляжа: а - вид сбоку; б - вид сверху.
248
На рис. 237 показаны сечения фюзеляжа. Когда места склеек просохнут,
положим боковины на стапель и приклеим головной шпангоут Л (8) и го-
ризонтальные рейки шпангоутов ВнС (4) и (5). Поверх них наложим по-
догнанные в точности по размерам вторые рейки (своего рода закрыш-
ки), которые также приклеим к шпангоутам А, В и С. Теперь можно по-
догнать и приклеить усиливающие рейки (9) и (10) и кницы (И). Затем
вырежем обшивку днища (12) и положим ее на стапель, точно выдержи-
вая направление по средней осевой линии. Смажем клеем все поверхности,
Рис. 237. Сечение фюзеляжа: а - сечение А-А (головной шпангоут): б, —
сечение В-В (шпангоут В); в — сечение С—С (шпангоут О; г - сечение
D-D (шпангоут D); д - сечение Е-Е (шпангоут £); е - сечение F -F (хвос-
товая бобышка).
249
подлежащие склейке, и приклеим собранные шпангоуты А, В и С к дни-
щевой обшивке. Затем приклеим горизонтальные рейки шпангоутов D (6)
и Е (7) и согнем согласно чертежу хвостовую часть фюзеляжа. Одновре-
менно склеим усиливающие рейки с днищевой обшивкой (12). Когда все
склейки просохнут, подгоним на свои места верхнюю обшивку (13) и
хвостовую бобышку (14) и приклеим их. Теперь фюзеляж можно снять
со стапеля и приклеить к днищу утолщение (15). Это утолщение служит
при посадке так же, как кранец при швартовке судна, защищая прибор-
ный отсек.
После сборки фюзеляжа все ребра скруглим путем шлифовки. За-
тем фюзеляж снова разместим на стапеле и смонтируем хвостовое
оперение, детали которого показаны на рис. 238, приладим стабилизатор
(16) и приклеим его. Затем на стабилизатор точно под прямым углом на-
клеим встык киль (17). Такой способ крепления обладает тем преиму-
ществом, что при разного рода аварийных посадках киль просто отламы-
вается от места склейки, оставаясь при этом неповрежденным. Кроме то-
го, чинить детали с такими заранее предусмотренными” повреждениями
значительно легче, чем детали, сидящие на шипах. На нос фюзеляжа на-
клеим нащельную рейку (18) и носовой кок (19). Носовой кок изгото-
вим из целого куска бальзы или склеим его из нескольких слоев.
Нужную форму ему придадим с помощью модельного ножа и шлифоваль-
ного бруска. Крышку (21), закрывающую приборный отсек, закрепим с
помощью буртика (20), вводимого под рейку (18). Теперь можно про-
сверлить отверстия для шпонок (22), сажать которые следует на клею. В
в - рулевой рожок (26); г - крышка с буртиком (20 и 21); д - киль (17);
е - руль направления (24) .
15Q
дальнейшем к этим шпонкам мы с помощью резиновой ленты будем кре-
пить крыло. Один из способов крепления крыла показан на рис. 254.
Рули высоты (23) и направления (24) зачистим, придадим им соот-
ветствующий профиль и прикрепим на пластиковых шарнирах (25) к ки-
лю и стабилизатору (рис. 239). Материал для шарниров должен быть мяг-
ким и очень гибким. Для этой цели пригодна пластиковая бутылка (на-
пример, для моющих средств). Модельным ножом на киле, стабилизаторе
и рулях для петель вырежем соответствующие шлицы. Закрепим петли с
помощью булавок, выступающие концы которых следует откусить. Для
приведения руля в действие служат рулевые рожки (26), вклеиваемые в
руль. В задней части фюзеляжа (а то и в хвостовой бобышке) проделаем
сквозную прорезь размерами 2 х 25 мм (рис. 239) , через которую пропус-
тим изогнутую стальную проволоку, с одной стороны скрепленную с тол-
кателем (27), а с другой стороны зацепленную за отверстие в рулевом
рожке. Толкатель изготовим из бальзы простой в обработке, легкой,
прочной и термостойкой.
Рис. 239. Хвостовое оперение.
Рис. 240. К изготовлению нервюр.
251
Изготовление крыла Нервюры для крыла изготовляются следую-
щим способом. В точном соответствии с про-
филем (см. рис. 233) из 3-миллиметровой фанеры вырезают два шаблона
и высверливают в них, согласно чертежу, по два отверстия диаметром
3 мм. Из бальзы средней жесткости вырезают для нервюр 16 дощечек
толщиной 2 мм и одну толщиной 5 мм; размеры всех дощечек — пример-
но 225 х 25 мм. Эти дощечки складывают в пакет, к обеим сторонам ко-
торого прикладывают шаблоны (28) и (29) [нервюра 1 (30) рядом с
шаблоном (28)] и стягивают в единый прочный блок с помощью двух
болтов М3 (рис. 240, а). Теперь можно выпилить пазы для лонжеронов
(рис. 240, б) и обработать модельным ножом пакет по контуру (рис. 240, в).
Окончательную доводку профилей осуществляют с помощью шлифоваль-
ного бруска до тех пор, пока пакет нервюр не будет в точности совпадать с
шаблонами. Затем вынимают стяжные болты и разделяют нервюры по от-
дельности, нумеруя каждую из них соответственно от 1 до 17 (нервюра 1
изготовляется из 5-миллиметровой бальзы и является корневой нервюрой
крыла). Таким же способом изготовляют набор нервюр и для второй по-
ловины крыла. Если стапель достаточной длины, то обе половины крыла
можно собирать одновременно. Для этой цели горизонтальную проекцию
крыла с рис. 241 (интервалы между нервюрами, лонжерон, переднюю и
заднюю кромки) перечертим на картон и наклеим его на стапель. Далее
закрепим на стапеле булавками нижнюю полку лонжерона (32) и нижнюю
часть лобовой обшивки (33) и приклеим к ним, точно соблюдая углы ус-
тановки, все нервюры. Во время склейки нервюры закрепим в нужном
положении булавками. Для контроля надо еще раз осмотреть сборку и
убедиться, что все нервюры стоят параллельно друг другу. Затем склеим
с нервюрами верхнюю полку лонжерона (34) и переднюю рейку (35) и
наклеим на нервюры верхнюю часть лобовой обшивки (36) и верхнюю
часть хвостовой обшивки (37). В заключение приладим и посадим на клей
нервюрные накладки (38) и корневую обшивку (39). Теперь набор кры-
ла можно снять со стапеля и тщательно зачистить поверхности для прикле-
ивания передней (40) и задней (41) кромок.
Рис. 241. Крыло (вид сверху).
Подложка (деталь 43; 105x205 мм из 0,5-миллиметровой фанеры)
приклеивается к нижней стороне.
252
Рис. 242. Придание крылу V-образной
формы.
7 — брусок-подставка; 2 — стапель;
3 — шлифовальный брусок.
Приклеивать кромки следует,
опять-таки закрепив половину крыла
на стапеле. По высыхании зачистим
поверхность склейки для предвари-
тельно изготовленной законцовки (42) и приклеим ее. После этого для
придания крылу V-образной формы, не снимая половины крыла со стапе-
ля, подложим под законцовку брусочек с таким расчетом, чтобы угол
подъема крыла составлял примерно 8° (рис. 242), а корневая нервюра
(30) совпадала с кромкой стапеля. В этом положении обработаем корне-
вую нервюру с помощью шлифовального бруска, добиваясь, чтобы внеш-
няя ее поверхность стала строго вертикальной. Такую же процедуру про-
делаем и со второй половиной крыла. Теперь обе половины готовы к со-
стыковке. Остается только приладить подложку (43) из 5-миллиметровой
фанеры и, зачистив ее кромки, приклеить с нижней стороны. Каждую по-
ловину крыла тщательно зачистим с помощью шлифовального бруска и
снимем излишки клея. Передняя и задняя кромки и законцовки крыла
Подвергаются при этом окончательной отделке и приобретают заданный
профиль.
Обтяжка фюзеляжа
и крыла
Обтяжка повышает прочность модели и улуч-
шает качество ее внешней поверхности. Бума-
га для обтяжки нужна тонкая и легкая (плот-
ностью ~20 г/м2). Если бумага будет слишком плотной, то при высыха-
нии лака могут возникнуть столь значительные натяжения, что крыло по-
коробится. Обтяжка бумагой дешевле, быстрее и проще, чем тканью.
Тканью обтягивают только модели больших размеров, для которых
можно применять обтяжной материал плотностью более 25 г/м2. Такая
обтяжка, конечно, является более стойкой, но зато создает большие
трудности при ремонте модели.
Для обтяжки годится практически любой сорт клея. Мы воспользуем-
ся обычным эмалитом. Он дешев и хорошо поддается обработке. Начнем с
того, что нарежем обтяжную бумагу для крыла и фюзеляжа с таким рас-
четом, чтобы места стыков перекрывались примерно на 5 мм. Необходимо
проследить за тем, чтобы бумажные волокна тянулись параллельно лон-
жерону. Направление волокон можно определить путем пробы на раз-
рыв; в направлении волокон он получается относительно ровным, а пер-
пендикулярно к ним - зубчатым и косым.
Вырезав четыре листа для обтяжки крыла, наложим один из них на
нижнюю сторону крыла и прикрепим его булавками к лонжерону
(рис. 243, а). Крыло для обклейки лучше всего снова разместить на ста-
пеле, с тем чтобы оно хорошо просыхало и при этом не коробилось. Те-
перь смажем эмалитом заднюю кромку крыла (рис. 243, б), прижмем к
253
Рис. 243. Обтяжка крыла.
ней бумагу, хорошенько расправим
клеевой шов и дадим эмалиту схва-
тить”. Никаких складок при этом
быть не должно (рис. 243, в). После
высыхания эмалита вынем булавки и
осторожно отогнем обтянутую бу-
магу над задней кромкой (рис. 243,г).
Затем смажем эмалитом корневую
обшивку, нервюры, законцовку, лон-
жерон и переднюю кромку. Держа
бумагу за два свободных угла, растя-
нем ее равномерно от задней кромки
по всей нижней стороне крыла
(рис. 243. с)). Для разглаживания
воспользуемся длинной линейкой. В
заключение промажем аккуратно об-
тяжную бумагу кисточкой по всем
местам склейки, не допуская слабины
и складок. Во всех местах склейки
бумага должна быть хорошо пропита-
на эмалитом. Прежде чем перейти к
обтяжке (в таком же порядке) верхней стороны крыла, необходимо дать
эмалиту основательно просохнуть. Выступающие края бумаги срежем
острым бритвенным лезвием и зачистим стыки мелкой стеклянной бума-
гой (рис. 243, е). Таким же способом обтянем вторую половину крыла и
фюзеляж (кроме киля и стабилизатора). В заключение фюзеляж покроем
несколько раз бесцветным нитролаком, а носовой кок (19) и днищевое
утолщение (15) черным, пока поверхности их не станут абсолютно
гладкими.
После просыхания может оказаться, что обтяжка получилась волнис-
той и имеет складки. В этом случае необходимо еше раз каким-то образом
разгладить поверхность, распрямить и натянуть бумагу. Для этой цели
крыло надо вновь укрепить на стапеле и мягкой губкой или с помощью
пульверизатора слегка увлажнить его (не допуская промокания!). После
одного-двух увлажнений и просыханий обтяжка станет настолько гладкой,
что ее можно будет уже обработать
эмалитом. Эмалит не столько растя-
гивает бумагу, сколько делает ее
воздухо- и влагонепроницаемой и
придает ей повышенную прочность.
Как правило, вполне достаточно от
Рис. 244. Манжета, защищающая места
склеек между обеими половинами крыла.
254
трех до пяти тонких покрытий. Если нанести на поверхность слишком
много эмалита, то возникающие вследствие этого силы натяжения могут
деформировать ее. Здесь также справедливо правило: несколько тон-
ких покрытий лучше, чем одно суммарной толщины. Если после обработ-
ки эмалитом окажется, что крыло покоробилось, расстраиваться не стоит.
Об устранении подобных дефектов мы расскажем в следующем параграфе.
Обтянутые, зачищенные и прилаженные друг к другу половины крыла
размещаю! на стапеле, подложив под законцовки брусочки для придания
крылу V-образной формы, и наглухо склеивают одну с другой. Для проч-
ности стык подкрепляют манжетой (44) из полотна или дедерона. Еще
большую прочность обеспечивает манжета из стеклоткани или полистера
(рис. 244).
Остается сказать еще несколько слов о ремонте. Опыт показал, что
чаще всего возникают повреждения обтяжки крыла, которые можно ис-
править тут же, на местности. При незначительном разрыве обтяжки от-
верстие можно сразу заклеить каплей целлюлозного клея. При более
крупных разрывах надо наклеить новый лист обтяжной бумаги от нервю-
ры к нервюре и от лонжерона к передней или задней кромке с таким рас-
четом, чтобы все поле было закрыто с припуском около 5 мм. Мелкие
повреждения деревянных деталей также можно устранять в полевых
условиях, тогда как более серьезные только в мастерской.
Испытания модели в полете
Полет начинается Хороших летных качеств от модели мы добь-
в мастерской емся, лишь подвергнув ее предварительно ос-
новательной проверке в мастерской от конт-
роля в мастерской в значительной степени зависят как летные качества,
так и эксплуатационная надежность модели, поэтому производить его
следует особенно тщательно.
Рассмотрим этапы контроля.
1. Проверка крыла на перекос.
Эта проверка состоит в визуальном осмотре передней и задней кро-
мок крыла в поперечном и продольном направлениях. В большинстве
Рис. 245. К проверке модели на вид
сверху.
Рис. 246. К проверке модели на вид
спереди: а - в нормальном положе-
нии; б - в перевернутом положении.
случаев перекос крыла проявляется в виде более или менее заметного ис-
кривления задней кромки. Незначительный перекос можно устранить пу-
тем выправления над газовой горелкой или паром, а также с помощью
повторного, направленного покрытия эмалитом. Если таким путем пере-
кос устранить не удается, следует обтянуть крыло заново или (в случае
неточностей в изготовлении) подвергнуть его переделке.
2. Проверка на вид сверху.
Эта проверка производится с помощью трех булавок и крученой нит-
ки (рис. 245). При неточном угловом положении крыла и стабилизатора
относительно средней осевой линии модель будет постоянно отклоняться
от курса и стремиться двигаться по кривой.
3. Проверка на вид спереди.
Эта проверка производится путем визуального осмотра, как указано в
п. 1 (рис. 246). Продольная ось фюзеляжа должна при этом идти парал-
лельно стапельной доске, а обе половины крыла и стабилизатор должны
располагаться симметрично относительно нее. Неправильность установки
крыла и хвостового оперения корректируется с помощью соответствую-
щих бальзовых или фанерных полосок.
4. Проверка положения центра тяжести.
Известно, что правильное положение центра тяжести в значительной
мере определяет устойчивость в полете. Отклонения положения центра
тяжести от проектного корректируются передвижкой аккумуляторной
батареи и приемника в приборном отсеке. Точно отбалансировать модель
можно с помощью штатива (рис. 247), добиваясь дифферента на нос око-
ло 10°.
5. Проверка разности углов атаки.
Разместим модель на плоском, достаточно большом столе, как пока-
зано на рис. 248. Стабилизатор должен быть при этом точно параллельным
крышке стола. Если к нижней стороне крыла приложить теперь рейку, то
с крышкой стола, а следовательно, и со стабилизатором, она должна со-
ставить угол примерно 3°, соответствующий разности углов атаки. На
рис. 248 показан более точный способ определения разности углов атаки.
Рис. 247. К проверке положения
центра тяжести модели.
Рис. 248. К проверке значения раз-
ности углов атаки.
1 — резиновые кольца; 2 — плоские
накладки; 3 — шкалы угломера;
4 — отвесы; 5 — стол.
256
Параллельно плоскости крыла и плоскости стабилизатора на резиновых
кольцах укрепляются кусочки картона с нанесенными на них угломерны-
ми шкалами, предс1авляющими собой дуги окружностей с угловыми де-
лениями. Центры этих окружностей расположены на нижней плоскости
крыла и стабилизатора соответственно. Опустив из каждого центра по от-
весу и совместив отвес стабилизатора с нулевым делением, по угломеру
крыла прочтем искомую разность углов атаки. Возможные отклонения
корректируют, подрезая накладки на шпангоутах В и С или, наоборот,
усиливая их фанерными полосками соответствующей толщины.
6. Проверка функционирования и юстировки рулей.
При работе устройства дистанционного управления (расстояние до пе-
редатчика более 3 м!) рули высоты и направления должны двигаться лег-
ко и без люфтов, снова возвращаясь после отклонения точно в нулевое
положение. В начале испытаний рули должны стоять на „нуле” (оси стаби-
лизации рулей должны совпадать соответственно с осями симметрии киля
и стабилизатора). Рулевые тяги должны быть защищены надвинутыми на
них трубочками из лакоткани.
Первый пробный полет Пробный полет модели следует проводить в
спокойную погоду (желательно при легком
ветре). Место для старта надо выбирать несколько возвышенное. Если
модель летит против ветра, скорость ее планирования уменьшается на зна-
чение скорости ветра, и садиться она будет, следовательно, медленнее и бо-
лее мягко, чем в штиль.
Лучше всего для пробного полета подходит местность, поросшая тра-
вой, без складок и каких бы то ни было препятствий. Большую опасность
всегда представляют камни.
Для лучшего выявления недостатков летных характеристик модели в
в пробном полете следует всячески избегать воздушных вихрей, т. е. сле-
дить, чтобы модель не летала с подветренной стороны домов, деревьев,
кустарника.
Убедившись, что после тщательной проверки в мастерской модель не
требует больше никаких корректур, можно приступать к первому запус-
ку. Непременным условием успешного планирования модели при запуске
с руки является плавная посылка ее в воздух в правильном полетном по-
ложении и с нормальной скоростью планирования. Резкое толкание и
„швыряние” недопустимы. Поэтому для начала потренируемся в запуске
с руки при отключенном устройстве дистанционного управления. Наце-
лимся продольной осью модели на какую-нибудь точку на земле, удален-
ную от нас на 10 -15 м (нормальное положение полета) и побежим с мо-
делью в поднятой руке против ветра. Увеличивая скорость бега, мы по-
чувствуем в некоторый момент, что модель стала невесомой. Произойдет
это тогда, когда сумма скоростей бега и ветра сравняется со скоростью
планирования модели. Продолжая бежать с той же скоростью, выпустим
модель из рук. Дальше она должна планировать самостоятельно. При не-
удачной первой попытке попробуйте повторить все заново. Если модель
отклоняется от желаемого режима планирования, менять сначала ничего
не нужно: следует прежде всего хорошенько потренироваться в запуске с
257
Таблица 5. Таблица рекомендаций по исправлению характерных ошибок в конструк-
ции модели планера.
Наблюдаемая ошибка Возможная причина Исправление
После посыла в воздух мо- дель круто идет вверх, те- ряет скорость и сваливает- ся вперед (рис. 249), кри- вая 2) Слишком велика стар- товая скорость Слишком велика раз- ность углов атаки Центр тяжести модели слишком смещен на- зад Повторить старт при меньшей скорости бега Под заднюю кромку крыла подклеить бальзовую или фа- нерную пластинку соответст- вующей толщины Батарею и приемник сдвинуть в приборном отсеке вперед. Если это невозможно, при- крепить в носовой части свин- цовый груз
Модель летит по волнооб- разной траектории — каб- рирует (рис. 249, кривая 7) Слишком велика стар- товая скорость Слишком велика раз- ность углов атаки Центр тяжести модели слегка смещен назад Повторить старт при меньшей скорости бега Под заднюю кромку крыла подклеить фанерную плас- тинку (0,6 мм) Батареи и приемник сдвинуть немного вперед
После краткого планирова- ния модель круто идет к .земле (рис. 249, кривая 4) Слишком мала старто- вая скорость Слишком мала раз- ность углов атаки Центр тяжести слиш- ком смещен вперед Повторить старт при большей скорости бега Под переднюю кромку крыла подклеить бальзовую или фа- нерную пластинку соответст- вующей толщины Батарею и приемник сдвинуть в приборном отсеке назад
При нормальной протяжен- ности планирования мо- дель уклоняется от прямо- линейной траектории поле- та вправо или влево (рис. 249, кривая.?) Старт с накрененным крылом Перекошена одна по- ловина крыла Одна половина крыла тяжелее другой Перекошен фюзеляж Киль посажен криво или имеет перекос Угол между килем и стабилизатором не ра- вен прямому Повторить старт, держа мо- дель горизонтально Устранить перекос крыла Прикрепить свинцовый груз к законцовке одной поло- вины Устранить перекос фюзеляжа Выпрямить киль или устра- нить перекос Выправить стабилизатор пу- тем подклейки бальзовой пластинки
258
Рис. 249. Неправильное поведение авиамодели в полете.
руки (соблюдая нормальное полетное положение и выдерживая правиль-
ную скорость!). Лишь убедившись в том, что замеченный недостаток в
поведении модели в воздухе имеет постоянный, устойчивый характер,
следует переходить к систематическому поиску ошибок конструкции.
При поиске неисправностей будем придерживаться следующего прин-
ципа: выявив какой-либо один из возможных источников ошибок, от по-
лета к полету надо методично заниматься только им одним, внося по ходу
делав конструкцию соответствующие изменения. При этом нужно следить
за тем, чтобы не возникли новые ошибки. Особое внимание необходимо
обратить на то, чтобы не слишком уменьшить разность углов атаки, пос-
кольку она влияет на продольную устойчивость модели. В случае если
ошибка продолжает сказываться и после внесенного изменения, работу по
ее устранению следует систематически продолжать дальше, до полного
устранения ошибки. Вносимые изменения целесообразно самым тщатель-
ным образом фиксировать. Признаки характерных ошибок в конструк-
ции планера показаны в табл. 5 и иллюстрируются рис. 249. В табл. 5 ука-
заны также способы устранения этих ошибок.
Для освоения дистанционного управления последние пробные полеты
следует проводить с включенной аппаратурой. Главное требование при
этом — ни в коем случае не подавать сильных управляющих сигналов! Да-
же при наличии опыта дистанционного управления судомоделями нам при-
дется теперь основательно переучиваться. Полное отклонение руля вблизи
земли наверняка приведет к резкой посадке, а то и к поломке модели.
Модель сама устойчива в полете и отлично приземлится без нашего вмеша-
тельства, поэтому первые опыты с дистанционным управлением ограни-
чим корректурой полета по прямой. Рулем высоты, да и то очень осторож-
но, начнем управлять, лишь хорошо познакомившись со всеми свойствами
модели, и сразу же убедимся, что модель реагирует на него резче, чем мы
думаем. Поэтому прежде, чем решаться на старт со склона или высокий
старт, надо основательно изучить летные качества модели и научиться сво-
бодно владеть ею.
Кое-что о технике полета со склона
После тщательной доводки наша модель стала надежным, устойчивым
в полете планером. Теперь можно приступать и к старту со склона.
259
Если склон обдувается ветром под прямым углом, то вследствие об-
текания возникает восходящий воздушный поток (рис. 250), тем более
сильный, чем больше скорость ветра или чем круче склон. Высота подъе-
ма потока над склоном зависит от его профиля и от скорости ветра. Прак-
тика показывает, что модель может летать над склоном на высоте, в два,
а то и в три раза превышающей высоту самого склона. До тех пор, пока
скорость восходящего потока выше скорости снижения, планер будет
подниматься, а когда обе эти скорости сравняются, будет летать то нес-
колько теряя, то вновь набирая высоту. Если склон слишком крутой, или
ступенчатый, или нерегулярно покрыт древесными насаждениями, то сле-
дует принимать в расчет завихрения и нисходящие потоки воздуха
(рис. 251). Черными стрелками на рисунке обозначены зоны возникнове-
ния этих нисходящих потоков, которых в любом случае надо стараться
избегать.
Обстановка значительно усложняется, если склон обдувается ветром
не под прямым углом. Восходящие потоки при этом уменьшаются и тем
сильнее, чем острее угол между направлением ветра и плоскостью склона,
завихрения же, наоборот, растут.
Запомним несколько полезных правил:
1. От модели следует добиваться хорошего планирования.
Скорость снижения имеет значение лишь в том случае, если склон
очень плоский или скорость ветра незначительна. Гораздо важнее для мо-
дели иметь малый угол планирования. Тогда при внезапно наступившем
штиле она сможет все же достичь намеченного места приземления.
2. От модели следует добиваться хорошей продольной устойчивости.
Нам уже известно, что в большинстве случаев вдоль склона имеют
место воздушные завихрения. Поэтому продольная устойчивость модели
имеет решающее значение (нельзя выбирать разность углов атаки слиш-
ком большой!).
3. Летать модель должна лишь с наветренной стороны склона.
Для постоянного контроля за
полетом модели и во избежание ее
улета запускать
в
ее следует всегда
наветренную сторону склона.
Рис. 250. Восходящий ikfox у склона.
Рис. 251.
ний при
К возникновению
неблагоприятном
склона.
завихре-
профиле
v — скорость ветра; vx, vx — гори-
зонтальная составляющая скорости
ветра; Vy, Vy — скорость восходяще-
го воздушного потока.
1 — древесные насаждения; 2 — ус-
тупы; 3 — древесные насаждения
за кромкой склона; 4 — складки
местности за кромкой склона.
I I I I I I I
Сильный ветер
Слабый ветер
1.1,1,1,1,111,1,1,1, Ш,1,1,1, Ш,
Кромка склона Спортсмен
Рис. 252. Траектория полета модели у склона.
В этом случае у нас, как правило, остается в запасе время и возможности
для того, чтобы посадить ее при изменении скорости ветра.
4. Все виражи в восходящем потоке неизменно следует делать в на-
правлении от склона.
При желании обеспечить полет модели постоянно с наветренной сто-
роны склона мы должны направлять ее более или менее круто к ветру
(в зависимости от скорости ветра). Поэтому полет должен происходить
по „восьмерке” с таким расчетом, чтобы модель всегда шла носом к вет-
ру. Угол между продольной осью модели и направлением ветра при силь-
ном ветре следует выбирать меньшими, чем при слабом (рис. 252).
5. Сажать модель следует в защищенной от завихрений зоне поблизос-
ти от командного пункта.
В любом случае посадку необходимо проводить в зоне, защищенной
от завихрении. Приземления у подножия склона исключаются, поскольку
эти места, как правило, слишком удалены от нашего командного пункта и
мы не сможем в достаточной мере противостоять рлиянию резких поры-
вов ветра- Предлагаются следующие два варианта посадки:
1. При слабом ветре модель должна лететь с попутным ветром к
склону, возле которого на ее руль высоты подают сильный командный
сигнал. Модель приземляется „в гору”.
2. При сильном ветре полет модели продолжается за край склона, в
подветренную зону, где она должна сделать одну-две восьмерки, пока не
приблизится к земле. Тогда модель разворачивают прямо против ветра и
сажают ее за краем склона. В этой зоне также приходится считаться со
шквалами, поэтому необходимо зорко следить за всеми реакциями моде-
ли и в случае необходимости отрабатывать рулями.
Наша модель сконструирована специально для полета со склона. Она
.,отзывчива” к управлению, поворотлива, прочна и пригодна для широко-
го диапазона ветров. Она часами может летать над склоном, надо только
правильно выбрать для запуска силу и направление ветра и полностью за-
рядить аккумуляторы.
261
Парение в термических восходящих потоках
Условием возникновения термического восходящего потока является
ясная погода, позволяющая солнечным лучам падать на поверхность зем-
ли, которая нагревается по-разному в зависимости от окраски и свойств
почвы, или наличие искусственного источника тепла. Вместе с почвой по-
разному нагреваются и прилегающие к ней слои воздуха. Воздух от нагре-
вания, как известно, расширяется и становится легче. Образуются так на-
зываемые тепловые пузыри (теплые воздушные массы), перемещающиеся
кверху. Этот процесс называется конвекцией (рис. 253). Поднимаясь
кверху, воздух постепенно охлаждается, пока не достигает температуры
окружающей среды, после чего, охлажденный, вновь смещается книзу.
Циркулирующий воздух в районе возникновения теплых воздушных
масс вызывает восходящие (и нисходящие) потоки.
Тепловые пузыри, возникающие в результате солнечного облучения,
образуются преимущественно над светлыми песчаными почвами, хлебны-
ми полями и населенными пунктами. Появляются восходящие потоки и
над сырыми и „темными” участками (луга, леса и озера). Отслаиванию
тепловых пузырей от почвы способствует ветер. Во время штиля наблю-
даются редкие, но сильные отслаивания со скоростью подъема около 2 м/с
Вода
Рис. 253. Тепловые восходящие потоки, образующиеся в результате возник-
новения и подъема кверху тепловых пузырей (а) и вечерние тепловые вос-
ходящие потоки (б).
262
и более, а под воздействием ветра, напротив, часто возникают более
слабые отслаивания, уносимые ветром. Для возникновения тепловых вос-
ходящих потоков достаточно уже разности температур в 2 -3 С, так что
возникают они практически в любое время года - лишь бы погода была
солнечной. Летом солнечные лучи падают на Землю почти отвесно, поэтому
почва прогревается более интенсивно, вследствие чего более интенсивны-
ми получаются и восходящие тепловые потоки.
Вечером, с ослаблением солнечного излучения, конвекция воздуха
постепенно прекращается. При определенной степени охлаждения „тем-
ные” места земной поверхности отдают накопленную теплоту прилегаю-
щему воздуху, так что он, как и при нагревании почвы солнечными луча-
ми, снова конвектирует, образуя вечерние тепловые восходящие потоки.
Они, как правило, более слабы, но зато более равномерны и более обшир-
ны по площади, чем дневные термические восходящие потоки. Разумно
используя это явление, парение в термическом восходящем потоке можно
осуществлять в течение целого дня. Необходимо только, чтобы модель
вышла на такой термический восходящий поток. Для этого требуется со-
ответствующая исходная высота полета, которую модель может достичь с
помощью высотного старта.
Старт на леере Для вывода модели на необходимую высоту
нужен прочный леер (шнур) длиной 200-300 м.
Для высотного старта на модель необходимо приладить специальный крю-
чок для буксировки (рис. 254). Точность его изготовления и крепления к
к модели гарантирует надежное отцепление леера при достижении мо-
делью заданной исходной высоты. Приобретя некоторый опыт в высотной
буксировке модели, можно приступать к высотному старту. Для этого
следует водить модель по кругу до тех пор, пока сильный рывок леера не
просигналит нам о том, что она попала в термический восходящий поток и
поднимается вместе с ним. Лишь после этого нужно отцепить модель от
леера и пустить ее парить в восходящем потоке.
Как же осуществляется старт? Спортсмен держит модель в руке (пере-
датчик и приемник включены), а его помощник на бегу буксирует ее против
ветра, как воздушный змей (рис. 255, а). По самой своей конструкции
Рис. 254. Форма и монтаж буксировочного крючка.
1,3 — шпонки; 2 — резиновая лента.
263
б) Ветер
В) Ветер
г) Ветер Леер (100 ' - -к
------------
Рис. 255. Старт на леере: а - с помощью простого леера; б - с помощью
блока; в - с помощью двух блоков: г - старт с резиновой катапуль-
той.
наша модель обладает высокой полетной скоростью, поэтому такой спо-
соб будет успешным лишь при скоростях ветра от средней до сильной, в
противном случае скорость бега помощника может оказаться недостаточ-
ной для вывода модели на нормальную исходную высоту. В этом случае
скорость буксировки надо увеличить. Применив для данной цели блок
(рис. 255, о), получим удвоенную скорость буксировки, однако дости-
жимая исходная высота уменьшится при этом по сравнению со случаем
буксировки без блока на длину совершенного помощником пробега. Во
время штиля может оказаться необходимым применение системы из двух
блоков (рис. 255, в). Неподвижный блок прикрепляется колышком к
земле, а подвижный (вместе с концом леера) тянет помощник. Скорость
буксировки увеличивается при этом троекратно (по сравнению с букси-
ровкой без блоков), а исходная высота полета уменьшается на удвоенную
длину пробега. В зависимости от обстоятельств следует использовать лю-
бой из трех методов. При отсутствии помощника для вывода модели на
высоту придется справляться с этой задачей самому. Одним из возможных
способов ее решения является применение резиновой катапульты
(рис. 255, г), состоящей из 35 м резинового жгута (4x4 мм) и около
I00 м дедеронового леера. Резиновый жгут закрепляют на вбитом в землю
прочном колышке и растягивают примерно до утроенной длины. При ак-
куратном запуске модель стабильно взлетает до высоты отпускания.
264
Таблица 6. Таблица рекомендаций по исправлению характерных ошибок
в конструкции модели планера для случая высокого старта
Наблюдаемая ошибка Возможная причина Исправление
Модель раскачивается на леере и стремится сде- лать горку Буксировочный крючок слишком сдвинут вперед Слишком мала скорость буксировки Поэтапно передвинуть крючок к хвосту Буксировать быстрее (на- пример, с помощью блоков)
Модель слишком быст- ро набирает высоту, сры- вается с леера и не воз- вращается самостоятель- но на стартовую траекто- рию Буксировочный крючок слишком сдвинут к хвосту Слишком велика ско- рость буксировки Поэтапно передвинуть крючок вперед Буксировать медленнее и более плавно
Модель отделяется вскоре после старта Неправильная форма бук- сировочного крючка Буксировочный крючок слишком сдвинут к хвосту Уменьшилась скорость буксировки Изменить форму крючка (пригнуть) Перенести крючок вперед Буксировать быстрее
Модель уходит с кур- са всегда в одну и ту же сторону Перекос одной половины крыла Кривой киль Устранить перекос Выровнять киль
Поначалу модель безу- пречно набирает высоту, но затем, после отцепа, уходит с курса Перекос крыла или стаби- лизатора, который компен- сируется во время букси- ровки другим перекосом (иным углом атаки крыла) Еще раз основательно проверить модель на пере- косы и при обнаружении устранить их
Условием проявления моделью безупречных летных качеств при вы-
сотном старте, так же как ц при запуске с руки, является тщательная ба-
лансировка. Важно обеспечить благоприятный угол планирования при дос-
таточно высокой скорости полета. В случае выполнения этого требования
планер способен возвратиться к командному пункту даже при сильных вет-
рах. Угол планирования в данном случае по сравнению с вариантом модели
для полетов по наклонной траектории (со склона) может быть улучшен, для
чего следует изготовить второе крыло с такими же параметрами, только с
большим размахом (на 20 -40 см). Если результаты первого высотного
старта обманут наши ожидания, рекомендуется прибегнуть к помощи
табл, б и попробовать отыскать ошибки в конструкции планера.
Правила проведения
полетов в тепловых
восходящих потоках
При проведении полетов в тепловых восходя-
щих потоках надо соблюдать следующие пра-
вила:
1. Запускать модель следует лишь при тех
скоростях ветра, на которые она рассчитана.
Даже при сильном ветре полетная скорость модели всегда должна
превосходить скорость ветра. Поэтому запускать модель будем только
265
при таких скоростях ветра, при которых гарантируется ее возвращение к
месту старта.
2. От модели следует добиваться лучшего планирования, а не наимень-
шего снижения.
Чем меньше угол планирования модели, тем выше гарантия того, что
даже с небольшой высоты полета она сможет все-таки вернуться к месту
старта.
3. От модели следует добиваться полной устойчивости в полете; в
критических ситуациях свой полет она должна стабилизировать самостоя-
тельно.
Балансировка, особенно уменьшение разности углов атаки, не должна
идти во вред устойчивости модели.
4. При управлении моделью углы отклонения руля должны быть не-
большими.
Самостоятельно модель летает лучше, чем при дистанционном управ-
лении с земли. Пусть она так и летает, а мы ограничимся только коррек-
цией ее курса. Если из-за шквалов или неправильно поданной команды
управления модель окажется в критической ситуации (крутой вираж,
болтанка и др.), ни в коем случае не следует пытаться исправить положе-
жение немедленной подачей новой команды. Она наверняка будет либо
неверной, либо неправильно дозированной, а это лишь еще более усложнит
ситуацию. Самоустойчивая модель сама вернется в состояние динамичес-
кого равновесия. Подачей команд управления осуществляют только не-
значительные изменения курса при стабильном полете модели.
5. Модель должна летать на безопасной высоте (200 -300 м).
Скорость ветра на большой высоте зачастую совсем иная, чем у земли,
и оценить ее мы можем только по поведению модели. При сильных тепло-
вых восходящих потоках в жаркий летний день возникает опасность, что
вместе с сильным „тепловым пузырем” модель поднимется до облаков и
улетит прочь. Поэтому следует отыскать восходящий поток на безопасной
высоте 200—300 м и не позволять модели подниматься выше 500 м. Ведь
на более значительных высотах или на удалениях более 500 м положение
модели и ее реакцию на команды оценить очень трудно: модель при этом
наблюдается как точка.
6. В ситуациях, когда модель попадает в столь сильный тепловой вос-
ходящий поток, что, несмотря на работу рулей высоты, она все равно про-
должает подниматься, следует заставить ее лететь прямым курсом в сто-
рону от потока, а затем снизить на безопасную высоту.
Не следует йытаться прекратить подъем путем ввода модели в што-
пор, так как при этом она подвергается сильным перегрузкам, в резуль-
тате чего может получить повреждения.
7. Во избежание опасности увести модель в сторону от желаемого
направления при подаче команд следует стоять под углом к направлению
полета, постоянно „указывая” его передающей антенной. При этом надо
научиться мысленно представлять себя как бы находящимся на борту мо-
дели и тренироваться в этом до тех пор, пока техника пилотирования не
будет отработана до автоматизма.
266
Случайные повороты модели в сторону от желаемого направления при
движении на нас или от нас зачастую происходят вследствие подачи лож-
ной команды. При управлении авиамоделями такая ошибка лаже в самой
безобидной ситуации может привести к большим осложнениям. Однако
тем, кто, старательно тренируясь, овладел техникой управления моделями
судов, дистанционное управление авиамоделями особых трудностей не
представляет. Если при подаче команд стоять под некоторым углом к на-
правлению полета, „указывая” его все время передающей антенной, то при
движении ручки управления модель действительно будет делать виражи в
желаемом направлении. Еще лучше, если с самого начала приучиться пред-
ставлять себя находящимся на борту модели, т. е. как бы летящими на
ней. Тогда от путаницы в подаче команд скоро не останется и следа. Нет
ничего важнее постоянной, упорной тренировки, в результате которой вы-
рабатываются прочные, доведенные до автоматизма навыки одновремен-
ного управления сразу несколькими функциями.
8. При сильных ветрах модель должна летать только с наветренной
стороны и поблизости от командного пункта, с тем чтобы все ее реакции
были под постоянным контролем.
При сильном ветре главная забота спортсмена („пилота”) - удержать
модель на курсах против ветра. Для того чтобы модель не улетела, ее по-
стоянно следует держать с наветренной стороны. В этом случае при воз-
никновении опасности уноса модели у нас хватит времени для надежного
ее приземления. Напротив, позволив модели летать с подветренной сторо-
ны, мы вынуждены будем сконцентрировать свое внимание на ветре и
несколько отвлечемся от управления, что может явиться причиной пута-
ницы в подаче команд, а это, в свою очередь, может закончиться полом-
кой или гибелью модели. Полеты с наветренной стороны выгодны еще и
из других соображений: при полете модели метрах в 400 от нас и внезап-
ном отказе рулей (из-за поломки) ветер все равно понесет ее к нам. Если
потребуется, „пилот” может успеть подбежав к месту предполагаемого
приземления.
9. К модели на видном месте следует прикрепить защищенную от не-
погоды бирку с указанием адреса владельца и просьбой сообщить ему о
находке потерянного планера.
Если, несмотря на все меры предосторожности, модель однажды все-
таки улетит и все попытки догнать ее окажутся безрезультатными, тот,
кто найдет модель, по указанному на ней адресу сможет известить вла-
дельца о находке.
10. Садиться модель должна самостоятельно, с небольшой высоты и
против ветра.
Приземление — наиболее трудный и ответственный этап полета. Поэ-
тому его нужно основательно отрабатывать при самых различных ветро-
вых условиях. Очень скоро нам станет ясно, что приземление труднее
старта и полета. При отработке приземления полезно помнить основные
параметры планирования модели. Угол планирования у нашей модели, как
известно, очень мал, поэтому выводить ее на посадку с большой высоты
нельзя: в этом случае планер приземлился бы слишком далеко. Модель
летает устойчиво, также устойчиво она может и приземляться. Нам нужно
267
только довести ее до высоты приземления, развернуть на прямой курс про-
тив ветра и, не подавая больше никаких команд, позволить ей сесть самой.
Направление ветра определяют, подбрасывая в воздух сухие травинки,
или по флажку, прикрепленному к передающей антенне.
11. Отклонения рулей вблизи земной поверхности должны стать сов-
сем малыми, ни в коем случае не позволяя модели делать виражи.
Овладев техникой приземлений, можно заняться и корректировкой
курса на подходе к земле. Вблизи земной поверхности подаваемые команд-
ные сигналы должны стать такими, чтобы рули отклонялись на очень ма-
лый угол. Вблизи земной поверхности (начиная с высоты трехэтажного
дома) ни в коем случае нельзя допускать виражей! У накрененного плане-
ра руль направления одновременно работает как руль высоты. С каждым
виражом модель теряет высоту и набирает скорость, что может привести к
гибели модели вблизи земной поверхности.
Однако достаточно правил. Запустим, наконец, нашу модель и узнаем
на собственном опыте, как она реагирует на дистанционное управление.
Если случится какая-либо поломка, прежде всего нужно будет разобрать-
ся в ошибках, которые к ней привели, с тем чтобы избежать их в буду-
щем. Причинами разного рода неисправностей большей частью бывают на-
ша собственная забывчивость, небрежность и легкомысленность. Ошибоч-
ным было бы винить с самого начала модель, ее конструкцию или устрой-
ство дистанционного управления. С другой стороны, ни одна модель не за-
страхована от падения, и мы должны помнить об этом и не очень сетовать
на судьбу. А на всякий случай рекомендуется брать с собой на полеты еще
и вторую модель. Тогда нам Не будет грозить переход на роль зрителя,
если модель выйдет из строя.
Несколько замечаний в конце
„Познать предмет - значит уметь объяснить все его как и почему"
(Аристотель). Это изречение с полным правом можно было бы сделать
эпиграфом к любому параграфу данной книги, и оно должно стать деви-
зом всей нашей дальнейшей работы.
Краткие сведения, почерпнутые из книги, могут послужить стимулом
для последующих экспериментов. Более основательные познания читатель
может получить из специальных книг и журналов.
Автор надеется, что эта книга пробудит у читателя стремление к про-
ведению экспериментов и постройке приборов. Она не является, да и не
должна быть книгой готовых рецептов, а имеет целью развитие физичес-
кого и технического мышления моделиста. Во всем ли моделист разо-
брался и правильно ли применяет теоретические знания на практике, ста-
нет ясно, когда в результате жесткой посадки или из-за какого-либо де-
фектного элемента аппаратура откажет в работе. Систематический поиск
неисправностей потребует от моделиста самостоятельного творческого
мышления и поможет ему овладеть весьма сложной техникой электронно-
го дистанционного управления.
268
Рассматриваемые в книге схемы даны без ссылки на патентный прио-
ритет. Все они предназначены исключительно для любительских и учебных
целей и не могут быть использованы промышленностью. Все электронные
устройства рассчитывались и изготовлялись самим автором. Наряду с соб-
ственными разработками использовались также хорошо зарекомендовав-
шие себя промышленные и любительские узлы. Тем не менее считать, что
схемные и конструктивные ошибки полностью исключены, было бы не-
верным. Любые замечания об ошибках всегда будут приняты с благодар-
ностью.
В заключение автор считает своим приятным долгом особо поблаго-
дарить своих коллег по спорту X. Мартинеца и Л. Шрамма, а также кон-
сультантов Р- Фибиха и д-ра Л. Кенига, которые своим богатым опытом и
ценными указаниями весьма содействовали появлению этой книги.
Д-р Гюнтер Миль
Эрфурт, март 1980 г.
Приложение 1
Шкалы номинальных сопротивлений (по ГОСТ 2825—67)
а) Для резисторов постоянного сопротивления
ЕЗ Е6 Е12 Е24 ЕЗ Е6 Е12 Е24
1,0 2,2 1,0 1,5 2,2 1,0 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 1,0 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 4,7 3,3 4,7 6,8 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1
П римечание. Значения номинальных сопротивлений с допускаемыми от-
клонениями ±5% и более должны соответствовать значениям, приведенным в табли-
це, и значениям, полученным умножением их на 10п, где п — целое положительное
или отрицательное число.
б) Для резисторов переменного сопротивления (по ГОСТ 10318-80)
Номинальные сопротивления резисторов должны соответствовать значениям
ряда, полученного умножением или делением чисел 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8 на
10 п, где п - целое положительное,число или нулВ.
Допускаемые отклонения сопротивления резисторов должны соответствовать
значениям, выбираемым из ряда ±2 (для подстроечных резисторов), ±5, ±10, ±20,
±30% (для непроволочных резисторов с номинальным сопротивлением более
220 кОм).
Приложение 2
Шкалы номинальных емкостей конденсаторов постоянной емкости (по
ГОСТ 2519-67)
ЕЗ Е6 Е12 Е24 ЕЗ Е6 Е12 Е24
1,0 1,0 1,0 1,0 3,3 3,3 3,3
1,1 3,6
1,2 1,2 3,9 3,9
1,3 4,3
1,5 1,5 1,5 4,7 4,7 4,7 4,7
1,6 5,1
1,8 1,8 5,6 5,6
2,0 6,2
2,2 2,2 2,2 2,2 6,8 6,8 6,8
2,4 7,5
2,7 2,7 8,2 8,2
3,0 9,1
Примечание. Значения номинальных емкостей конденсаторов с допускае-
мыми отклонениями ±5% и более должны соответствовать числам, приведенным в
таблице, и числам, полученным путем умножения этих чисел на 10п, гдеп— целое
положительное или отрицательное число.
270
Приложение 3
Контрольные цифры для оценки степени заряда герметичных никель-кадмиевых
аккумуляторов
Степень разряда, % от полной емкости Требуемое время дозаряд- ки, ч Напряжение на клеммах на один элемент, В Напряжение, В, на клеммах для батареи аккумуляторов под нагрузкой
2,4 В 4,8 В 6,0 В 12,0 В
10 1,5 1,30 2,60 5,20 6,50 13,0
20 3,0 1,27 2,54 5,08 6,35 12,7
30 4,5 1,25 2,50 5,00 6,25 12,5
40 6,0 1,23 2,46 4,92 6,15 12,3
50 7,5 1,21 2,42 4,84 6,05 12,1
60 9,0 1,20 2,40 4,80 6,00 12,0
70 10,5 1,19 2,38 4,76 5,95 11,9
80 12,0 1,17 2,34 4,68 5,85 11,7
90 13,0 1,10 2,20 4,40 5,50 11,0
100 14,0 1,00 2,00 4,00 5,00 10,0
Приложение 4
Допустимые значения параметров наиболее широко применяемых полупроводнико-
вых диодов
Тип диода Макси- мальное обратное напряже- ние, В Напряже- ние стаби- лизации, В Макси- мальный прямой ток, мА Макси- мальный обратный ток, мкА Назначение
Диоды, выпускаемые в ГДР
GA100 20 - 20 500 Универсальный диод
SY200 75 — 1000 150 Выпрямительный диод (до 1 А)
SAY30 25 - 30 0,04 Переключательный
SZX 18/5,6 — 5,5 — — диод Стабилитрон
SZX18/8.2 — 8,2 — —
Диоды, выпускаемые в СССР
Д9Г 30 — 30 250 Универсальный диод
Д302 200 — 1000 1000 Выпрямительный диод
ДЮ1 75 — 30 10 Высокочастотный диод
Д808 — 7-8,5 — — Стабилитрон
Д809 — 8-9,5 — — ,,
Примечание. Вторая часть таблицы составлена по данным справочника
„Транзисторные и полупроводниковые диоды”/Под ред. И. С. Николаевского.. М.,
Связьиздат, i963 г. и книги А. В. Нефедова, В. И. Гордеевой „Отечественные полу-
проводниковые приборы и их зарубежные аналоги”. М., Энергия, 1978.
271
Приложение 5
272
Допустимые значения параметров наиболее широко применяемых транзисторов
Тип Суммарное значение по- стоянной мощности рассеяния Р, Вт Максимально допустимый постоянный ток коллектора \тах’ мА Максимально допустимое постоянное напряжение между коллек- тором и эмитте- ром Цо тах* в Граничная частота по коэффициенту передачи тока в схеме с ОЭ /, МГц Коэффициент усиления по току В Чередование зон Назначение
Транзисторы. , выпускаемые в ГДР
GC116 150 150 20 0,75 28 ... 224 р-п-р 1 Низкочастотный тран-
GC122 150 250 33 0,01 18 ... 140 p-n-p J зистор для предоко-
нечного каскада
GC301 180 1000 32 0,01 18 ... 224 р-в-р Низкочастотный тран-
GC511k 1000 1000 15 1 1000 ... 500 р-п-р зистор для предоко-
GC521k 1000 1000 15 1 100 ... 500 л—р-п 1 нечного и оконечного
AC187k 1000 2000 15 5 100 ...500 л— р— п каскадов
AC 188k 1000 2000 15 1,5 100 ... 500 р-п-р
GF 145 60 40 15 800 10 ... 30 р-п-р "|
SF127 600 500 30 60 18 ... 1120 »-р-п 1
SF136 300 200 12 300 18 ... 1120 п— р—п к. Высокочастотный
SF216 200 100 20 100 28 ...560 гь-р-п Г транзистор
BC127 300 100 45 130 75 ... 260 р-п-р J
Продолжение прилож 5
Тип Суммарное значение по- стоянной мощности рассеяния Р, Вт Максимально допустимый постоянный ток коллектора max* мА Максимально допустимое постоянное напряжение между коллек- тором и эмитте- Ром ^кэ max* В Граничная частота по коэффициенту передачи тока в схеме с ОЭ /, МГц Коэффициент усиления по току,/? Чередование зон Назначение
Транзисторы, выпускаемые в СССР
МГТ108Д 75 50 18 >1 30 ... 120 р-п-р | Низкочастотный тран-
МП26А 200 400 70 >0,2 20 ... 50 р-п-р J зистор для предоко-
неиного каскада
ГТ402Е 300; 600 500 25 >1 60 ... 150 р-п-р "I Низкочастотный тран-
ГТ403Е 5000 1250 60 > 8 кГц >30 р-п-р 1 зистор для предоко-
ГТ404Б 300; 600 500 25 >1 60 ... 150 п—р—п нечного и оконечного
ГТ402Е 300; 600 500 25 > 1 60 ... 150 р-п-р каскадов
ГТ376А 35 10 20 > 1020 10 ... 150 р—п—р '
КТ617А 500 400 30 150 30 п—р—п Высокочастотный
КТ342А-Г 250 50 25 300 50 ... 250 п—р—п транзистор
КТ375А 200 100 30 250 10 ... 100 п—р—п
КТ349В 200 40 25 300 120 ... 300 п—р—п
Примечание. Вторая часть таблицы составлена по данным книги А. В. Нефедова и В. И. Гордеевой ,,Отечественные полупровод-
никовые приборы и их зарубежные аналоги”. МЛ Энергия, 1978.
273
Т ранзистор ГДР Советский аналог Транзистор ГДР Советский аналог Транзистор ГДР Советский аналог
GC 11 6 МГТ108Д GC521k ГТ 40 ЗЕ SF127 КТ617А
GC 122 МП26А AC 187k ГТ404Б SF 136 КТ342А-КТ3421
GC 30 1 ГТ402Б AC 188k ГТ402Е SF216 КТ375А
GC511k ГТ403Е GF 145 ГТ376А ВС 177 КТ349В
Приложение 6
Параметры наиболее широко применяемых универсальных полупроводниковых
элементов и их типы
Параметр TUPhTUN Параметр DUG DUS
^кэотах 20 В ^обртах 20 В 25 В
Летах 100 мА *пр max 35 мА 100 мА
0ПППИЛИ ^213 min 100 *обр max 100 мкА 1 мкА 250 мВт
р гтах J гр 100 мВт 100 МГц р гтах 250 мВт
Примечание. /Гр — предельная рабочая частота транзистора
Общее обозначение Типы
TUP KF 517 ВС 157/8 ВС 177/8 ВС 204/5/6 ВС 212/3/4 ВС 251/2/3 ВС 261/2/3 ВС 307/8/9 ВС 320/1/2 ВС 350/1/2 ВС 415/6/7/8/9 ВС 5 12/3/4 ВС’557/8/9
TUN SC236/7/8/9 SF 136/7 SS 216/8/9 ВС 107/8/9 ВС’ 147/8/9 ВС’ 171/2/3 ВС’ 182/3/4 ВС’ 207/8/9 ВС’ 237'8'9 ВС 317,8'9
DUG GA100 ОА 85 ОА91 ОА 95 АА 116
DUS ' SAY 12 16'17/18 НА 127 ВА 217 18 ВА 221/22 ВА 317/18 ВАХ 13 BAY 61 I N 9 14 1N 4148 КА 221/22/23/24/25
Приложение 7
Маркировка ТТЛ-схемы серии 74
Стандартное обозначение ГДР Польша Чехословакия СССР
7400 D100 UCY74H00 МН 7400 K155LA3
7474 D174 UCY7H74 МН 7474 К155ТМ2
74121 CY7412I К155АГ1
74164 МН 74164
274
Приложение 8
Распределение каналов диапазона дистанционного управления 27,12 МГц ± 6% по 17 стандартным частотам,
выделенным международными соглашениями для дистанционного управления моделями
Номер канала Частота ка- нала ^пере- датчика) , МГц Частота гете- родина супер- гетеродинных приемников с ПЧ 455 кГц, МГц Цвет различительных флажков Номер канала Частота ка- нала (пере- датчика) , МГц Частота гете- родина супер- гетеродинных приемников с ПЧ 455 кГц, МГц Цвет различительных флажков
2 26,975 26,520 Черный 17 27,125 26,670 Оранжевый или желтый
4 26,995 26,540 Коричневый 19 27,145 26,690 Желтый
7 27,025 26,570 Коричневый или красный 22 27,175 26,720 Желтый или зеленый
8 27,045 26,590 Красный 24 27,195 26,740 Зеленый
12 27,075 26,620 Красный или оранжевый 27 27,225 26,770 Зеленый или синий
14 27,095 26,640 Оранжевый 30 27,255 26,800 Синий
275
Приложение 9
Спецификация модели моторной яхты
Номер детали Название Коли- чество Материал Размеры
1 Транец 1 Фанера 4 мм
2 Шпангоут 1 1 4 мм
3 Шпангоут 2 1 4 мм
4 Шпангоут 3 1 ээ 4 мм
5 Шпангоут 4 1 ээ 4 мм
6 Шпангоут 5 1 v 4 мм
7 Шпангоут 6 1 п 4 мм
8 Форштевень 1 4 мм
9 Киль (рейки) 2 Сосна 3x15 мм
10 Привальный брус 2 3 х 10 мм
11 Скуловой стрингер 2 3x10 мм
12 Днищевая обшивка 2 Фанера 1,5 мм
13 Бортовая обшивка 2 1,5 мм
14 Гельмпортовое устройство 1 Сосна 5 мм
15 Дейдвудное устройство 1 5 мм
16 Труба гельмпорта 1 Латунная 06 мм, толщина
трубка стенок 1 мм
17 Дейдвуд 1 То же фб мм, толщина
стенок 1мм
18 Палубная обшивка 1 Фанера 1,5 мм
19 Карлингс 4 Сосна 3x6 мм
20 Днищевой стрингер 4 5x5 мм
21 Буртик 2 Сосна 2x2 мм
22 Обносный брус 2 5x5 мм
23 Руль 1 Фанера 6 мм
Латунный ф4 мм
стержень
24 Боковая стенка каюты 2 Фанера 1,5 мм
25 Лобовая стенка каюты 2 1,5 мм
26 Крыша каюты 1 1,5 мм
27 Подволочный бимс 2 Сосна 3x10 мм
28 Настил кокпита 1 Фанера 1,5 мм
29 Лобовая стенка кокпита 1 »» 1,5 мм
30 Задняя стенка кокпита 1 1,5 мм
31 Штурвал 1 1,5 мм
32 Буртик 2 Сосна 3x3 мм
33 Дверь каюты 1 Фанера 1,5 мм
34 Сдвижная крышка люка 1 1,5 мм
35 Релинг 1 Латунная труб- 03 мм
ка (стержень
от шариковой
ручки)
36 Поручень 2 Латунная 02 мм
трубка
37 Утка 5 Латунь
38 Вымпел со штоком 1
39 Сиденье Латунная ф2 мм
трубка
40 Опознавательные огни 4 Дерево или
алюминий
41 Сирена 1 Дерево или
алюминий
42 Каютные окна Пластик
276
Приложение 10
Спецификация модели парусной яхты
Номер детали Наименование Коли- чество Материал Размеры
1 Шпангоут 1 1 Фанера 4 мм
2 Шпангоут 2 1 4 мм
3 Шпангоут 3 1 4 мм
4 Шпангоут 4 1 4 мм
5 Шпангоут 5 1 4 мм
6 Шпангоут 6 1 4 мм
7 Шпангоут 7 1 4 мм
8 Шпангоут 8 1 4 мм
9 Шпангоут 9 1 4 мм
10 Карлингс 1 Сосна 5x10 мм
11 Форштевень 1 Фанера 4 мм
12 Плавник 1 8 мм
13 Киль (рейки) 2 Сосна 4x10 мм
14 Скуловой стрингер 2 3x10 мм
15 Привальный брус 2 3x10 мм
16 Транец 1 Фанера 4 мм
17 Днищевая обшивка 2 1,5 мм
18 Бортовая обшивка 2 1,5 мм
19 Карлингс 4 Сосна 3x10 мм
20 Рейка 1 10 х 10 мм
21 Опорная колодка гельмпорта 1 8 х 20 мм
22 Труба гельмпорта 1 Латунная трубка Фанера ф 7 мм
23 Палуба 1 1,5 мм
24 Комингс люка 8 Сосна 3x10 мм
25 Буртик 2 Бук ф 3 мм
26 Крышка люка 2 Фанера 1,5 мм
27 Боковые стенки 8 Сосна 3x10 мм
28 Руль 1 Фанера 8 мм
29 Баллер руля 1 Латунная трубка Алюминий ф 5 мм
30 Вант-путенс 2 1,5 мм
31 Степс 1 1,5 мм
32 Штаг-путенс 1 1,5 мм
33 Шурупы 15 Латунь М3х7
34 Блок 3
35 Обушок 5 »»
36 Мачта (рейки) 2 Сосна 7 х 20 мм
37 Грота-гик 1 ээ 5 х 20 мм
38 Стаксель-гик 1 э» 5 х 20 мм
39 Бугель мачты 1 Латунь 1,0 мм
40 Оковка пятки грота-гика 1 1,0 мм
41 42 Оковка стаксель-гика Вертлюг 1 1 Медь ф 1,5 мм
43 Фор- и ахтерштаги 2 Дедероновая леска 0,7 мм
44 Ванты 2 То же 0,7 мм
45 Талреп 2 Латунь ф 1,5 мм
46 Проволочный гак 4 Латунная проволока
47 Грот (парус) 1 Полотно —
48 Стаксель 1 —
49 Латы грота 4 Поливинилхло- рид 0,5 мм
50 Латы стакселя 3 »» 0,5 мм
51 Шкоты 2 Стальной тросик
52 Резиновая нить необмотанная 1 —
53 Балластный бульб 1 Свинец 5 кг
54 Болт 1 Латунь М5х60
277
Приложение И
Коордйнаты наиболее распространенных профилей крыла
для моделей планеров
х,% Go 593 Clark MVA 301 NACA6412
% УнЛг Ув.% Ун» % Ув,% Ун. % Ув.% Ун. 91
0 3,0 3,00 3,50 3,50 4,30 4,30 0 0
1,25 5,50 1,80 5,50 1,93 — — 2,73 -1,23
2,5 6,50 1,35 6,50 1,47 8,30 3,10 3,80 -1,84
5 7,85 0,85 7,90 0,93 9,90 3,30 5,36 -1,99
7,5 8,90 0,55 8,85 0,63 — — 6,57 -2,05
10 9,75 0,40 9,60 0,42 12,00 3,70 7,58 -1,99
15 10,95 0,25 10,75 0,15 13,40 4,20 9,18 -1,67
20 11,50 0,15 11,36 0,03 14,20 4,50 10,34 -1,25
30 12,00 0,10 11,7 0 14,90 5,20 11,65 -0,39
40 11,70 0 Н,4 0 14,70 5,40 11,80 0,20
50 10,85 0 10,52 0 13,90 5,30 11,16 0,55
60 9,45 0 9,15 0 12,50 5,20 9,95 0,78
70 7,65 0 7,35 0 10,80 4,90 8,23 0,85
80 5,50 0 5,22 0 8,60 4,30 6,03 0,73
90 3,30 0 2,80 0 6,20 3,80 3,33 0,39
95 1,65 0 — 0 — — — —
100 0 0 0,12 0 3,50 3,20 0 0
Приложение 12
Координаты шаблонов нервюр для профиля Go 593
X мм YH, мм X Ув, мм Ун. мм
% мм % мм
Корневая нервюра Концевая нервюра
0 0 6,60 6,60 0 0 5,4 5,40
1,25 2,75 12,1 3,95 1,25 2,25 9,8 3,24
2,5 5,5 14,3 2,97 2,5 4,5 11,7 2,43
5 11,0 17,3 1,87 5 9,0 14,2 1,53
7,5 16,5 19,6 1,21 7,5 13,5 16,0 0,98
10 22,0 21,5 1,17 10 18,0 17,6 0,72
15 33,0 24,1 0,55 15 27,0 19,7 0,45.
20 44,0 25,3 0,33 20 36,0 20,7 0,27
30 66,0 26,4 0,22 30 54,0 21,6 0,18
40 88,0 25,7 0 40 72,0 21,0 0
50 110,0 23,9 0 50 90,0 16,6 0
60 132,0 20,8 0 60 108,0 17,0 0
70 154,0 16,8 0 70 126,0 13,8 0
80 176,0 12,1 0 80 144,0 9,8 0
90 198,0 7,25 0 90 162,0 5,95 0
95 210,0 3,62 0 95 171,0 2,97 0
100 220,0 0 0 100 180 0 0
278
Приложение 13
Спецификация модели планера
Номер детали Наименование Коли- чество Материал Размеры
1 Боковины 2 Бальза 1 мм
2 Днищевой стрингер 2 6x6 мм
3 Стрингер 2 6x6 мм
4 Рейки шпангоута В 3 6x6 мм
5 Рейки шпангоута С 4 ээ 6x6 мм
6 Рейки шпангоута Д 4 м 6x6 мм
7 Рейки шпангоута Е 4 6x6 мм
8 Головной шпангоут А 1 10 мм
9 Усиливающая рейка 2 10 х 20 х 72 мм
10 Усиливающая рейка 2 10 х 30 х 72 мм
И Кница 4 Сосна 2x15 мм
12 Днищевая обшивка 1 Бальза 1,5 мм
13 Верхняя обшивка 1 1,5 мм
14 Хвостовая бобышка 1 10 мм
15 Утолщение днища 1 Фанера 0,6 мм
16 Стабилизатор 1 Бальза 5 мм
17 Киль 1 5 мм
18 Нащельная рейка 1 о 7 мм
19 Носовой кок 1 —
20 Буртик 1 7 х 32 х 64 мм
21 Крышка 1 7 х 78 х 210 мм
22 Шпонка 1 Бук 8 мм
23 Руль высоты 1 Бальза 5 мм
24 Руль направления 1 Бальза 5 мм
25 Шарнир 5 Мягкий —
26 Рулевой рожок 2 пластик Пластмасса 1,5 мм
27 Толкатель со штангой 2 Бальза; 10 х 10 мм;
28 Шаблон корневой нервюры 1 стальная проволока Фанера ^1,5 мм 3 мм
29 Шаблон концевой нервюры 1 3 мм
30 Нервюра 1 (корневая) 2 Бальза 5 мм
31 Нервюры 2-17 32 2 мм
32 Нижняя полка лонжерона 2 Сосна 3x10 мм
33 Нижняя часть лобовой об- 2 Бальза 1,5 мм
34 шивки Верхняя полка лонжерона 2 Сосна 3x10 мм
35 Передняя рейка 2 Бальза 3 х 10 мм
36 Верхняя часть лобовой об- 2 1,5 мм
37 шивки Верхняя часть хвостовой 2 1,5 мм
38 обшивки Нервюрная накладка 26 1,5 мм
39 Корневая обшивка 2 1,5 мм
40 Передняя кромка 2 6x10 мм
4! Задняя кромка 2 10 х 16 мм
42 Законцовка 2 10x10 мм
43 Подложка 2 Фанера 0,5 мм
44 Манжета 1 СТеклоткань —
45 46 Обтяжная бумага Резиновое кольцо 5 или полисти- рол -
279
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Авиамодель 238
Авиамодели постройка 248
Авометр 13
Аккумулятор 41
- дисковый 41
— кадмиево-никелевый 43, 44
— свинцовый 46
Аккумулятора емкость 45
Акцептор 59
Ампер 17
Ампер-секунда 24
Амплитуда 30
Антенная 124
- супергетеродинного приемника 170
- телескопического типа 129
Антенны крепление 130
Арматура 11
Архимеда закон 26
Аэродинамика 239
База транзистора 68
Базовый ток 69
Балластный груз 220
Батарея 41
- плоская 42
Байдевинд 219
Боковая полоса 121
- частота 120, 121
Буксирочный крючок 263
Бульб балластный 233
Буртик 214, 226
Вант-путснс 226
Валентный электрон 57
Ватт 19
Ветер вымпельный 219
—истинный 219
Вольт 17
Восходящий поток тепловой 262
---вечерний тепловой 263
Временное уплотнение канала 89
Время рассасывания 80
Входная мощность 70
Вымпел 219
Выпрямление 66
Высшие гармоники 116
Винт гребной 209
Галс 237
Галсовый угол паруса 231
Гармоника основной частоты 116
Гельмпорт 214
Генератор высокочастотный 104
Генераторный каскад 90
Генри 35
Гипербола мощности потерь 71
Глиссады коэффициент 241
Глиссер 208
Граничная частота 104
Граничный слой 59
Греца схема 67
Грот (парус) 221
Грота-гик 222, 228
Давление динамическое 216
- статическое 216
Датчик проблесковых сигналов 24
Двигатель моторной яхты 209
280
Двухканальное устройство 147
Декодер 148
Деление напряжения 21
Демпфирование 141, 143
Демодуляция 114
Деполяризатор 40
Диаграмма направленности 126
Диапазона измерений расширение 22
Диод планарный 64
- плоскостной 63
- точечный 63
- диод универсальный германиевый
(DUG) 79
--кремниевый (DUS) 79
Диодов параметры 62
Диполь 124
Дипольная антенная 124
Дистанционное управление кабель-
ное 100
--беспроволочное 102
Диэлектрик 23
Диэлектрическая постоянная 23
Дифференцирующая цепочка 150
Длина волны 103
Длительность импульса 88
Добротность 106
Донор 59
Дрейфа сила 218
Дырка 58
D-триггер 153
Емкость 23
Заполаскивание паруса 237
Запорное направление 60
Заряд конденсатора 28
Заряд кадмиево-никелевого аккумуля-
тора 45
Зарядное устройство 48
Зарядные характеристики 45
Зарядный ток номинальный 48
Звуковой генератор 14
Зеркальная частота 171
Изменение направления вращения элект-
родвигателя 54
Измерение мощности ВЧ-колебаний 108
Измерительные приборы 13
Импульс 83
- командный 89
- остроконечный 83
- прямоугольный 83
Импульса длительность 89
— растяжка 93
Импульсная телеграмма 148, 154
Импульсный усилитель 17 3
Инвертор 158
Индуктивность 33
Инструментальный шкаф 10
- ящик 204
Инструменты 202
Искрение щеток 55
Интегральная схема 145
Интегратор 155
Каналов распределение 275
Карлингс 214, 226
Каскад сравнения 91
Катушка индуктивности 33
- удлинительная 127
Катушки индуктивности схемное обо-
значение 34
Каюта 214
Кварцевый резонатор 105
Киль 212, 225
Клеи 11,203
Ковалентные связи 57
Кодер 148, 158
Кокпит 214
Колебательный контур 37, 124
Коллектор транзистора 68
— электродвигателя 5 2
Коллекторный ток 69
Колебания затухающие электрические 38
- электромагнитные 102
Команд датчик 87
— кодирование 88
- отработка 88
- передатчик 87
— приемник 87
Комингс люка 226
Коммутатор 52
Конвекция 262
Конденсатор 23
- керамический 25
- подстроечный 25
281
— полистироловый 26
— электролитический 26
Конденсаторов параллельное включение
27
- последовательное включение 27
- схемное обозначение 24
Конструкция пробная
Контактная разность потенциалов 59
Контур магнитный 52
Коробление 255
Короткого замыкания ток 43
Короткое замыкание по переменному
току 33
Корпус передатчика 129
Коэффициент полезного действия элект-
родвигателя 54
Коэффициент усиления по току 71
Крен 220
Круговая частота 3 2
Крыла изготовление 247
— удлинение 245
Лакировка модели 204
Латы 231
Легирование 59
Лебедка парусная 231
Лик-паз 227
Линии обтекания 216
Магнитная проницаемость 34
Маневрирование под парусами 236
Материалы для постройки моделей 10
Мачта 227
Механическая часть передатчика 129
Модели парусной яхты постройка 223
- планера постройка 248
Модель планера 238
Модулятор 114
Модуляция 114, 119
- перекрестная 172
Монтаж устройства дистанционного уп-
равления 194
Моторная яхта 207, 210
Моторной яхты окраска 215
Мощность 19
- высокочастотных колебаний 108
- номинальная рассеиваемая 19
- передатчика выходная 108
- потерь 70
— рассеиваемая на коллекторе 70
Мощный транзитор 191
Мультивибратор ждущий 85
--на ТТЛ-элементах 187
- с самовозбуждением 81
Напряжение запорное
Настройка входной цепи 176
- генератора 123
- ВЧ-усилителя 123
- ВЧ-части передатчика 123
- передатчика предварительная 123
- оконечного каскада системы пропор-
ционально управления 124
— следящей системы 142
- супергетеродинного приемника 176
УПЧ 176
Нагрузка на крыло 241
Напряжение электрическое 17
Напряженность поля в месте передачи 113
-------приема 113
Нервюры 247
Нирал 222
Номиналов шкала 270
Носители неосновные 59
- основные 59
Носовой кок 250
Область насыщения 80
отсечки 80
- пробоя 65
Обмотка возбуждения 52
Обносной брус 214
Обтяжка крыла 253
- фюзеляжа 253
Обшивка 213, 225
Огибаяющая 120
Оковка 227
— пятки грота-гика 228
— мачты 227
Опорный генератор 91
— импульс 91
Остаточное напряжение 79
Остойчивость 206
- формы 2.07
— веса 207
Осциллограф 14
282
Пайка 10
Парение в тепловом восходящем потоке
262
Парус 216
Паруса вогнутость 222
- изготовление 230
- удлинение 222
Парусная ткань 230
Парусов комплект 222
Передатчик с длинными рукоятками уп-
равления 135
- системы дистанционного управления
123
Переключательный канал
Переключающее устройство 91
Переключающий усилитель 91, 143
Период колебаний 30
Печатная схема 95
Печатной платы вытравление 95
Пикирование 240
Плавник 221
Планирование 260
Поворот оверштаг 237
- фордевинд 238
Подволочный бимс 214
Подстроечное устройство пропорцио-
нальной системы дистанционного управ-
ления 133
Подъемная сила динамическая 239
Поиск неисправностей 199
Поле магнитное 33
— электрическое 23
Полет 255
- пробный 257
— со склона 259
Полосы пропускания ширина 39
- частот дляч дистанционного управления
моделями 8
Полупроводник 57
Поляра 240
Полярная диаграмма 240
Помех подавление 55
Поперечная составляющая силы ветра
Поручни 214
Постоянная времени 29
Постоянный магнит 51
Потенциометр
Поток ламинарный 223
- магнитный 34
- турбулентный 223
Предельные значения параметров диодов
271
Прибор для проверки аккумуляторов 46
--проверки транзисторов 72
Привальный брус 210, 226
Приемник 102
— высокочастотный 102
Приемника системы дистанционного уп-
равления изготовления 174
Приземление 260, 267
Проводка шкотов 227, 234
Продолжительность работы устройства
дистанционного управления допустимая
196
Промежуточная частота 169
Промежуточной частоты усилитель 170
Пропорционального передатчика ВЧ-
часть 122
Пропорциональное дистанционное управ-
ление 135
Профиль 245, 278
Рабочая точка 74
- характеристика 75
Разряд кадмиево-никелевого аккумуля-
тора 44
Разрядные характеристики 42
Рангоут 227
Режим активный 80
- „инструктор-ученик” 198
- насыщения 80
- отсечки 80
Регистры со сдвигом 162
Регулятор хода 184
- частоты вращения 184
Резистор 15
Резисторов параллельное включение 22
- последовательное включение 20
- схемное обозначение 17
Резонанс 39
Резонансная часта 39
Рейнольдса число 242
Реле 50
- миниатюрные 50
Релинг 214
Ремонт авиамоделей 255
Рукоятка ручки управления 134, 135
Ру левая машинка 136
Руль высоты 251
- направления 251
Ручка управления передатчиком пропЪр-
циональной системы 132, 136
Рыскание 244
ЯС-цепь 29
Саморязряд 43
Седловатость палубы 212
Селектирование 39
Серводвигатель 136
Сервомаханизм 141
Сервоэлектроника 136
Синхронизатор 154
Скуловой стрингер 210, 225
Скорость снижения модели 241
Следящий усилитель 137
Смещение частот 169
Собственная проводимость 59
Совместное управление 88
283
Согласование межкаскаднос 118
Сопротивление активное 32
- воздуха 239
- Излучения 127
— конденсатора переменному току 29
- полное 38
- реактивное 38
— результирующее 21, 22
Срок службы 43
Стабилизатор 250
Стабилизация рабочей точки 76
Стабилитрон 64
Стаксель 221
Стаксель-гик 228
Стапель 202
Стапельные подставки 214, 226
Старт на леере 263
- с резиновой катапультой 264
Супергетеродинного приемника изготов-
ление 174
--настройка 175
--регулировка 173
Супергетеродинный приемник на ИС 179
Схема расположения элементов 95
- с общей базой 77
--общим эмиттером 76
— - погрешностью по напряжению 61
-----по току 60
Такелаж 227
Тактовый датчик 90
Ток коллектора 69
--тепловой 68
— электрический 17
Токопровод 46, 95
Томсона формула 39
Травление печатной платы 95
Транец 212
Транзистор 67
— плоскостной 68
- TUN 79
- TUP 79
Транзистора основные схемы включения
76, 77
Триггер 86
Тяги сила 218
Углов атаки разность 243
Управление пропорциональное 135
- ходовым двигателем 184
Управляющий ток 75
Усиление 74
- мощности 78
— сильных сигналов 72
— слабых сигналов 71
- тока 78
Усилитель высокой частоты 115
— промежуточной частоты 170
Усилительные свойства транзистора 74
Установочный регулятор 16
Устойчивость в полете 242
— поперечная 243
- продольная 243
Утка 214
Фазовый сдвиг 172
Фильтр входной 172
- подавления помех 56
- полосовой 118
Флюгарка 219
Форштевень 212
Фруда закон 207
Фюзеляж 248
Характеристика вольт-амперная 61
- диода в запорном направлении 61
- нагрузочная 74
Характеристики транзисторов 71
— электродвигателей эксплуатационные
54
Ходовой двигатель для самоходной те-
лежки 100
-----судомоделей 209
Центр бокового сопротивления 221
- величины 207
- парусности 217
- тяжести 207
--авмамодели 256
--судомодели 207
Цифровая техника 83
Частота 103
— граничная 104
- несущая 120
Шаблон нервюр 252
Шкаторина задняя 222
- передняя 230
Шкот 227, 233
Шкотовый угол (паруса) 230
Шпангоут 210, 225
Штаг-путенс 227
Эквивалент антенны 108
Экспериментальная плата 12
Электрический пробой 61
Электродвигатель 51
Элемент гальванический 40
- накальный 41
- первичный 41
Элерон 243
Эмалит 204
Эмиттер 68
Этапы контроля 255
Эффективное значение 31
Якорь 53
284
ОГЛАВЛЕНИЕ
От издательства........................................................ 5
Предисловие к русскому изданию........................................... 7
Несколько предварительных замечаний .... 8
Мы оборудуем рабочее место........................................... 9
Глава 1. Основы дистанционного управления........... 15
Резистор - важнейший элемент схемы...................... ..........
Мы знакомимся с конденсатором................................. ... ~
Что следует знать о катушках индуктивности.................. .... 33
Колебательный контур - схема с особыми свойствами. . .... 37
Гальванические элементы как источники питания.... .... 40
Для начала кое-что о первичных элементах................ .... 41
Аккумуляторы экономичнее первичных элементов................ 43
Мы строим прибор для проверки аккумуляторов . ....
Мы строим зарядное устройство.................................. 4 g
Реле - электромеханический ключ...................................... 50
Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую... 51
Мы знакомимся с первым полупроводниковым элементом - диодом-выпря-
мителем . .......................................................... 56
Механизм проводимости в полупроводниках...................... 57
Мы снимаем характеристики диодов................ ...........
Что еще мы должны знать о диодах............ .... .......
Транзистор - наш усилительный элемент................ .... 57
Мы экспериментируем с транзисторами.......................... 70
Мы строим прибор для проверки транзисторов.................... 72
Транзистор играет роль усилителя........... . . .... 74
Транзистор как электронный ключ............................... 79
Два ключа замыкаются друг на друга............................ 81
Пропорциональное дистанционное управление с помощью цифровой техники 33
Что такое импульсная и цифровая техника?...................... 83
Интересная схема —датчик проблесковых сигналов................ 84
Мы формируем импульсы заданной длительности................... 85
Триггер обладает памятью...................................... 86
Мы управляем нашей первой моделью с помощью импульсов........ 87
Генератор канальных импульсов............................... 90
Канальный импульс - носитель информации ...................... 91
Мы изготовляем печатную плату................................. 95
Наша первая модель с дистанционным управлением - самоходная те-
лежка ........................................................ 99
285
Глава 2. Беспроволочное дистанционное управление.... 102
Мы знакомимся с высокой частотой.................................. 102
Мы строим высокочастотный генератор . .104
Мы измеряем мощность ВЧ-колебаний . ... 108
Мы передаем и принимаем ВЧ-колебания....... 111
Высокая частота усиливается и модулируется . . . 114
Усилитель высокой частоты..................................... 115
Модуляция колебаний высокой частоты........................... 119
Мы строим передатчик системы дистанционного управления . . 123
Настройка высокочастотной части передатчика. 123
Антенна излучает высокую частоту............................. 124
Мы строим механическую часть передатчика ... . . 129
Ручка управления требует точной работы............. .... . . 132
Пропорциональное дистанционное управление........................... 135
Принцип пропорционального управления.......................... 135
Сервоэлектроника выделяет пропорциональную информацию из ка-
нального импульса ......................................... 137
Мы строим сервомеханизм....................................... ...... 141
Настройка электронной следящей системы........................ 142
Пропорционально управлять можно и с помощью переключающего
усилителя..................................................... 143
Следующий этап - сервоэлектроника на интегральных схемах ... 144
Многоканальное пропорциональное управление ... 147
Как работает кодер ........................................ ’147
Декодер вновь разделяет импульсы........ .... .. 152
Мы настраиваем кодер............ . . . . .. 158
Мы строим семиканальный декодер...................... .... 160
Мы монтируем передатчик...................................... 165
Настройка передатчика......................................... 168
Супергетеродинный приемник пропорциональной системы.................. 169
Как работает супергетеродинный приемник....................... 169
Что надо знать об антенне..................................... 170
Зачем на входе супергетеродинного приемника два колебательных
контура?...................................................... 171
Частоты смешиваются .. .. .. 172
Промежуточная частота усиливается............................. 172
Регулировка усиления супергетеродинного приемника............. 173
Мы строим транзисторный супергетеродинный приемник................ . 174
Мы настраиваем супергетеродинный приемник..................... 175
Мы строим приемник системы дисталционного управления.......... 176
Мы строим супергетеродинный приемник на ИС........................... 179
Как работает супергетеродинный приемник на ИС................. 179
Мы настраиваем супергетеродинный приемник на ИС............... 183
Мы управляем пропорционально частотой вращения ходового двигателя ... 184
Как работает регулятор хода................................... 184
Мы строим регулятор хода...................................... 191
Несколько практических рекомендаций по эксплуатации устройства дистан-
ционного управления.................................................. 194
Как вмонтировать устройство в модель.......................... 194
На что следует обратить внимание при эксплуатации передатчика 196
Что следует знать о допустимой продолжительности работы....... 196
На что следует обратить внимание при эксплуатации регулятора хода. 197
Как обучать работе с устройством дистанционного управления. .... 198
Поиск неисправностей............................................. . 199
Глава 3. Модели судов и самолетов с дистанционным
управлением .................................... 202
Подготовка к постройке и эксплуатации моделей........................ 202
Какие инструменты необходимы.................................. 202
286
Как правильно лакировать.................................. 204
Наш инструментальный ящик.................................. 204
Моторная яхта с дистанционным управлением ......................... 205
Кое-что о физических свойствах воды . ..................... 206
Насколько быстрой может и должна быть моторная яхта......... 207
Самое главное - подобрать подходящий двигатель.............. 209
Мы строим моторную яхту..................................... 210
Парусная яхта с дистанционным управлением ............ 215
Опыты с почтовыми открытками............................... 2-16
Силы, действующие на парус................................ 217
Истинный и вымпельный ветер............................... 219
Немного теории конструирования парусных яхт................. 220
Мы строим парусную яхту..................................... 223
Мы ставим рангоут и такелаж .... .... 227
Мы строим парусную лебедку.................................. 231
Мы отливаем балласт................................ ... 233
Кое-что © технике хождения под парусами........................... 236
Модель планера с дистанционным управлением... ...... 238
Почему воздух держит............................... .... 238
Чуть побольше об аэродинамике............................... 241
Прежде, чем строить, хорошенько все продумайте.............. 244
Кое-что о профилях.......................................... 247
Мы строим модель планера....................................... 248
Начинаем с фюзеляжа....................................... 248
Изготовление крыла........................................ 25 2
Обтяжка фюзеляжа и крыла.................................. 253
Испытания модели в полете................> . . ............... 255
Полет начинается в мастерской.............. 255
Первый пробный полет............ ......................... 257
Кое-что о технике полета со склона................................. 259
Парение в термических восходящих потоках .......................... 262
Старт на леере.............................................. 263
Правила проведения полетов в тепловых восходящих потоках.... 265
Несколько замечаний в конце........................................ 268
Приложения........................................................ 270
Предметный указатель............................................... 280
ГЮНТЕР МИЛЬ
МОДЕЛИ
С ДИСТАНЦИОННЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ
Редактор Н. М. Розенгауз
Художественный редактор О. П. Андреев
Технические редакторы Ю. Н. Коровенко,
Е. А. Полякова
Корректоры С. Н. Маковская, Н. Н, Кузнецова
Обложка художника Б. Н. Осенчакова
ИБ № 899
Подписано в печать 28.08.84. Формат 60x90/16. Бумага
офсетная №1. Печать офсетная. Усл. печ. л. 18,0. Усл.
кр.-отт. 36,51. Уч.-изд. л. 20,7. Тираж 100 000 экз.
Изд. № 3753—82. Заказ 2640. Цена 1 р. 20 к.
Издательство „Судостроение", 191065, Ленинград, ул.
Гоголя,8
Ленинградская фабрика офсетной печати № 1 Союз-
полиграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
197101, Ленинград, ул. Мира, 3
Настоящая книга посвящена созда-
нию моделей с дистанционным управ-
лением. Читатель познакомится
с электронными конструктивными
элементами, с простыми радиопереда-
ющими и радиоприемными устройст-
вами, с кодированием и декодирова-
нием сигналов, с законами аэро- и
гидродинамики, а также с техноло-
гией моделирования.
Для более легкого восприятия физи-
ческие зависимости излагаются в уп-
рощенной форме, без каких бы то
ни было сложных преобразований.
Схемы дистанционного управления
предполагается испытывать не только
на стенде, но и на моделях, точной
и аккуратной постройке которых
должно уделяться самое пристальное
внимание. Прежде чем строить слож-
ные плавающие или летающие моде-
ли, следует сперва накопить некото-
рый опыт работы над простыми
недорогими моделями. Овладев их
изготовлением и эксплуатацией,
можно перейти к более сложным и
мощным спортивным моделям, опи-
сание которых нетрудно найти в спе-
циальной литературе.