Схема. Радиоуправление моделями. Радиотракт.
В настоящее время существует несколько основных вариантов построения схемы радиоуправления моделями. Это аналоговая система, основанная на частотном кодировании сигнала и декодирующая принимаемый сигнал при помощи LC-контуров или активных RC-фильтров; цифровая система, основанная на передаче и приеме цифрового сигнала, организованного в виде последовательного цифрового кода. А так же, укореняющаяся в последнее время, система с двухтональным (DTMF) кодированием, перешедшая в сферу радиоуправления моделями из сферы телефонной связи.
На страницах многих радиолюбительских изданий предложено много различных вариантов кодеров и декодеров для радиоуправления моделями, но не менее важен и канал передачи сигнала. В этой статье описывается относительно несложная схема радиоуправления моделями и ее радиоканал с частотной модуляцией, а так же, несколько вариантов входных и выходных каскадов для него, рассчитанных на разные варианты кодирования — декодирования.
Сначала рассмотрим непосредственно приемный и передающий тракты.
Принципиальная схема передающего тракта схемы радиоуправления моделями приведена на рисунке 1. Это, можно сказать, стандартный маломощный передатчик с узкополосной ЧМ. Задающий генератор построен на транзисторе VT1. Частота генерации задается частотой резонанса кварцевого резонатора Q1 (в данном случае, — 26945 кГц). Частота резонанса Q1 может быть точно на несущую частоту выбранного канала или на частоту в два раза ниже. В первом случае, генератор запускает на основной гармонике резонатора, а во втором случае — на второй. То, на какой гармонике будет работать генератор определяется контуром L2-C5. Этот контур, в любом случае, должен быть настроен на частоту выбранного для передачи канала.
Конденсатор С4 увеличивает внутреннюю емкость транзистора VT1, улучшая условия запуска генерации.
Частотная модуляция осуществляется общепринятым, в таких схемах, способом. Последовательно с резонатором включена LC-цепь из катушки L1 и емкости варикапа VD1. Эта цепь немного сдвигает частоту резонанса кварцевого резонатора относительно номинальной. Поскольку степень этого сдвига зависит от параметров этой LC-цепи, то изменение емкости варикапа поступающим на него модулирующим низкочастотным сигналом создает частотную модуляцию.
Частотно-модулированный сигнал уже имеется в контуре L2-C5. В принципе, можно подключить антенну уже на выходе этого контура, — через катушку связи L3. Но мощность сигнала получается очень небольшой (около 0,01W), и дальность действия такой системы будет, где-то, в пределах средней комнаты. Если больше и не нужно, то можно этим и ограничиться.
Для получения выходной мощности около 0,2-0,5W требуется дополнительный усилитель мощности, выполненный на транзисторе VT2. Транзистор работает без начального смещения, — амплитуды ВЧ-напряжения на L3 достаточно для раскачки выходного каскада. Усиленный, по мощности, сигнал снимается с коллектора VT2 и поступает на П-контур С7-L4-C6, согласующий выход передатчика с антенной и подавляющий гармоники. Катушка L5 служит для электрического удлинения антенны. В качестве антенны используется проволочный штырь длиной около 1 метра.
Для намотки всех катушек (кроме дросселя DL1) используются пластмассовые каркасы диаметром 4 мм, имеющие четыре секции и подстроечный сердечник из феррита, диаметром около 2,5 мм и длиной 12 мм. Такие каркасы применялись в модулях радиоканала телевизоров линейки «УСЦТ». Можно использовать каркасы аналогичного типа и от другой аппаратуры.
Намотка выполняется проводом ПЭВ 0,23. Катушка L1 содержит 12 витков {по три витка в каждую секцию). Катушка L2 — 7 витков (по два витка в три секции и один виток в четвертую секцию). Катушка L3 намотана на поверхность катушки L2, она содержит 3-4 витка (по одному витку в секцию). Число витков катушки L3 нужно уточнить при настройке передатчика, — витков должно быть достаточно для возбуждения усилителя мощности. Катушка L4 содержит 16 витков (по четыре в секцию). Катушка L7 — 8 витков (по два в секцию). Экраны не применяются.
Дроссель DL1 намотан на постоянном резисторе МЛТ 0,5 сопротивлением не менее 100 кОм, намотано около 100 витков намоточного провода ПЭВ 0,12. Намотка — внавал.
Теперь о приемном тракте схемы радиоуправления моделями. Обычно, в несложных системах радиоуправления моделями, даже промышленного изготовления, применяются приемные тракты на основе сверхрегенеративного детектора. При всех неоспоримых преимуществах такой схемы радиоуправления моделями, ей свойственен важный недостаток — для того чтобы получить характеристики, сравнимые с супергетеродином простейшего типа требуется очень тщательная настройка, выбор практически каждого элемента. И, к тому же, все результаты этой настройки могут быть сведены на нет такими воздействиями внешних факторов как изменение температуры, влажности, окружающей детектор емкости, размеров антенны.
В настоящее время, когда широкому кругу радиолюбителей может быть доступна современная элементная база, приемный тракт можно собрать на одной микросхеме МС3361, включенной по упрощенной схеме (рис. 2). Более того, в данной схеме, при условии не очень дальнего приема и низкого уровня мешающих сигналов, даже может не быть входного контура. Антенну можно просто через конденсатор С1 подключить на вывод 16 микросхемы. Тракт будет работать вполне прилично. Проверено! Проблемы могут возникнуть только при наличии помехи на частоте зеркального канала.
Катушка L2 служит для более надежного запуска гетеродина. Промежуточная частота 465 кГц, на эту частоту выбран и пъезофильтр и керамический резонатор Q3, работающий в частотном демодуляторе. Можно выбрать ПЧ 455 кГц и использовать фильтр и керамический резонатор на эту частоту, но тогда, для обеспечения сопряжения приемного и передающего трактов кварцевый резонатор Q1 нужно выбрать на частоту 27400 кГц или 26490 кГц.
При отсутствии керамического резонатора Q3 его можно заменить любым контуром ПЧ на 465 кГц (или 455 кГц) от карманного AM радиовещательного приемника, включив контур вместо цепи C5-R1-Q3 (рис. 3).
Для намотки катушек L1 и L2 используются такие же каркасы и провод, как в передатчике. L1 — содержит 5 витков (по одному в три секции и два в четвертую). L2 — 9 витков (по три витка в три секции, четвертая свободна).
При налаживании, если схема используется с входным контуром, сначала налаживают тракт без входного контура, а затем, уже устанавливают и настраивают входной контур на частоту принимаемого канала.
При отсутствии современной элементной базы приемный тракт можно собрать на микросхемах К174ПС1 и К174УРЗ по схеме, приведенной на рисунке 4. В данной схеме нет пьезокерамического фильтра, — он заменен одиночным контуром L3-C3. Селективность по соседнему каналу получается несравненно хуже, но в условиях малой насыщенности эфира вполне нормальной (все равно больше чем у сверхрегенератора).
Отсутствие пьезокерамического фильтра кроме недостатка селективности и существенного усложнения настройки несет и существенное преимущество — частота ПЧ может быть любой в пределах от 200-300 кГц до 1-2 МГц. Это расширяет диапазон выбора резонансных частот кварцевого резонатора Q1. Нужно выбрать такой резонатор, частота которого отличается от частоты принимаемого канала на 200-1000 кГц, а это сделать значительно проще. Но можно пойти и еще дальше — убрать и кварцевый резонатор, заменив его обычным контуром, настроенным на частоту гетеродина (рис. 5). Конечно, стабильность удержания настройки будет хуже, но довольно широкая полоса ПЧ (следствие применения всего одного контура ФПЧ) это компенсирует.
В общем, все зависит от конкретных возможностей комплектации и требуемого результата.
Катушки приемного тракта по рис. 4 намотаны на таких же четырехсекционных каркасах, как и другие катушки, описанные в этой статье. L1 содержит 5 витков (по одному в три секции и два в четвертую), L2 — два витка, расположенных во второй секции сверху каркаса. Катушки L3, L4 и L5 наматываются проводом ПЭВ 0,12. L3 содержит 80 витков (по 20 в каждую секцию), L4 намотана на её поверхность, содержит 8 витков (по два в секцию), L5 точно такая же как L3. Данные даны для частоты ПЧ 450-470 кГц. Катушки экранированы (штатными алюминиевыми экранами от контуров радиоканала УСЦТ).
Налаживается тракт значительно сложнее. Требуется настройка контуров ПЧ. Предварительно контуры нужно настроить в резонанс при помощи генератора и ВЧ-вольтметра на ту ПЧ, которая требуется в конкретном случае. Затем, контура более точно подстраиваются уже в готовой схеме.
Теперь о низкочастотных цепях схемы радиоуправления моделями. На рисунке 6 приводится схема согласования входа модуляции передатчика с цифровым кодером системы управления. Это два логических инвертора КМОП (любые, например микросхемы К561ЛН2). Питается микросхема от источника питания цифровой схемы (Ц/С), а не схемы передатчика. Выходные импульсы подаются на вход «В» (рис.1). Схема усилителя-формирователя цифрового сигнала показана на рис.7. На его вход подается продетектированный сигнал с выхода приемного тракта. Схема построена на основе компаратора. Входной сигнал, вместе с постоянной составляющей на выходе радиоканала, подается на оба входа А1 через резисторы R1 и R2. Разница между входами в величинах конденсаторов С2 и СЗ. Конденсатор СЗ относительно большой емкости и он совместно с R1 образует интегратор, устанавливающий постоянное напряжение на прямом входе А1. Конденсатор СЗ малой емкости, недостаточной для интегрирования входных импульсов, поэтому на инверсный вход компаратора подаются импульсы. При отсутствии сигнала, напряжения на прямом и инверсном входах компаратора были бы равны. Это привело бы к тому, что компаратор стал бы находиться в каком-то случайном состоянии, вызванным разбросом величин утечки конденсаторов СЗ и С2. Кроме того, это может привести и к срабатыванию компаратора от шумов на выходе детектора радиоканала и даже его самовозбуждению. Для того, чтобы создать некоторую определенность того, какой уровень напряжения должен быть на выходе ком пара-тора при отсутствии входного сигнала, и дать возможность регулировать чувствительность компаратора (возможность снизить усиление сигнала помех) в схему введен высокоомный резистор R4, который, в зависимости от того, какой уровень на выходе должен быть когда нет входного сигнала, подключается либо к прямому, либо к инверсному входу. и немного «оттягивает» потенциал этого входа в сторону положительного напряжения. Это приводит к тому, что при отсутствии входного сигнала напряжения на входах различаются и компаратор устанавливается и фиксируется в строго определенном состоянии.
Изменяя сопротивление R4 можно регулировать чувствительность компаратора, вернее, минимальную амплитуду входного сигнала, на которую он реагирует.
Параметры конденсаторов С1, С2, СЗ, а также то к какому из входов компаратора подключен С2, а к какому СЗ, подключение R4 , — все это зависит от параметров цифрового си тала, который нужно сформировать, от его полярности, скважности, эквивалентной частоты. Все это подбирается экспериментально, просматривая выходной сигнал при помощи импульсного осциллографа. Во всяком случае, элементов здесь немного и процесс налаживания формирователя не так и сложен.
Для работы с аналоговым частотным кодированием или двухтональными (DTMF) кодированием нужны аналоговые узлы входа и выхода. На рисунке 8 приводится схема аналогового модуляционного усилителя на операционном усилителе А1. Сигнал от частотного шифратора или двухтонального шифратора подается на прямой вход А1 через С1. Резисторы R1 и R2 обеспечивают нормальную работу ОУ при однополярном питании. Сигнал усиливается и на выходе ОУ возникает сигнал довольно большой амплитуды. Чувствительность ОУ А1 регулируется подстроенным резистором R4. Налаживание заключается в том, что при подаче на вход схемы сигнала, с которым эта схема будет работать в дальнейшем, подрегулировать сопротивление R4 так, чтобы на выходе А1 был сигнал максимальной амплитуды, — на грани ограничения, если входной сигнал имеет синусоидальную форму. Если входной сигнал представляет собой прямоугольные импульсы, то R4 устанавливается в такое положение, при котором, просто, сигнал на выходе А1 максимален.
На рисунке 9 приводится схема выходного каскада для аналоговой частотной или DTMF системы. Это простой усилительный каскад в схеме радиоуправления моделями.
Микросхему МС3361 можно заменить аналогичной отечественной К174ХА26, но это потребует повышения напряжения питания до 4.5-6V и у неё немного другая цоколевка (18 выводов).
Варикап КВ110 можно заменить на КВ109, КВ102, КВ104,КВ121.
Все конденсаторы, работающие в контурах — типа КД, КГ или импортные дисковые. Должны быть с минимальным ТКЕ. Остальные конденсаторы любого типа.
Операционный усилитель КР140УД608 -любой ОУ общего применения.
