Модель, управляемая звуком

Не удивляйся: «передатчиком», сигналы которого управляют этой моделью, может быть детская дудочка (рис. 321). Такая игрушка, как ты знаешь, имеет отверстия. Закрывая пальцами одни отверстия и открывая другие, дудочкой, как флейтой, можно создать звуки разных частот. Звук одной частоты — команда, другой частоты — вторая команда, третьей частоты — третья команда. Передатчиком могут быть и свистки с разной тональностью звуков.

На телеуправляемой модели установлен микрофон, преобразующий команд­ные сигналы в колебания звуковой частоты. После усиления колебания звуко­вой частоты поступают на входы селективных электронных реле СЭР1 — СЭР3, на выходы которых включены электромагнитные реле Р1—Р3. Если частота командного сигнала близка к частоте фильтра одного из СЭР, например, СЭР1, настроенного на эту частоту, сигнал проходит без потерь только через фильтр этого СЭР, вызывая срабатывание реле P1, а контакты реле включают цепь питания исполнительного Механизма. Через фильтры других СЭР этот сигнал не проходит и их реле не срабатывают. Если частота командного сигнала другая, близкая, например, к собственной частоте фильтра СЭР3, то срабатывает реле Р3. Таким образом, звуковыми сигналами разных частот можно заставить срабатывать одно из трех СЭР, а они включат соответствую­щие им исполнительные механизмы модели.

Радиус действия такого передатчика (дудочки или свистков) ограничивается обычно 5 — 10 м, но этого вполне достаточно для управления простыми моделями автомобилей, тракторов или кораблей. Однако если воспользоваться генератором звуковых частот с усилителем, к выходу которого можно подклю­чить динамическую головку, то такой передатчик будет излучать сигналы большей интенсивности, что значительно увеличит радиус действия аппаратуры. Генератор, кроме того, излучает более стабильные звуковые колебания, что повышает надежность работы аппаратуры в целом.

Рис. 321. Схема управления моделью звуком.

Число команд может быть больше трех. Для этого надо лишь добавить в дешифратор приемника соответствующее число СЭР. Но я советую сделать сначала двухкомандный приемник, испытать его на модели, а затем, если пона­добится, добавить еще несколько фильтров для дополнительных команд.

Но прежде всего реши вопрос: дудочку или свистки использовать для подачи команд? Дудочка, конечно, интереснее, но во время управления можно ошибиться: зажмешь не то отверстие, и модель не выполнит нужной команды. Свистки в этом отношении надежнее: свистишь в свисток в правой руке — модель дви­жется вперед, то же в левой — модель делает поворот.

Частоты звуковых команд. До того, как строить приемник, определи звуко­вые частоты, которые излучают твои свистки, чтобы знать, на какие частоты придется настраивать фильтры СЭР приемника. Подойдут любые свистки, лишь бы их звуки заметно различались по частоте. Определить частоты можно с помощью звукового генератора. Подключи к его выходу динамическую головку и подай на нее такое напряжение, чтобы звуки одного из свистков были оди­наковыми по силе. Попроси товарища непрерывно свистеть, а ты, слушая звуки свистка и генератора, изменяй частоту генератора до тех пор, пока не будут прослушиваться звуковые биения — звук очень низкого тона или полное пропадание звука. Положение указателя шкалы генератора будет соответство­вать частоте звука свистка. Точно так же определяй звуковую частоту второго свистка или звуковые частоты дудочки.

Для управления моделью нужны источники звуков, частоты которых отли­чаются не менее чем на 250-300 Гц, например 1200 и 1500, 1300 и 2000 Гц, но не выходят за пределы диапазона 1000 — 3000 Гц и не различаются в целое число раз. Свистки, которыми располагали ребята, строившие описываемый здесь приемник, излучали звуковые колебания частотами 1150 и 1550 Гц.

Приемник. Принципиальная схема приемника показана на рис. 322. Это трех- каскадный транзисторный усилитель звуковой частоты, на вход которого подклю­чен микрофон Мкх, а на выход — селективные электронные реле СЭРХ и СЭР2 (обведены штриховыми линиями). Для питания приемника нужна батарея напряжением 9 В, например «Крона» или составленная из двух батарей 3336Л.

Для питания цепей исполнительных механизмов используются самостоятель­ные источники тока.

При приеме микрофоном звуковых команд на его выходе возникает электрический сигнал, напряжение которого уменьшается с увеличением расстоя­ния до источника звука. Уже на расстоянии 10 —15 м оно равно примерно 100 мкВ. А чтобы надежно срабатывали СЭР, на их входы нужно подавать сигнал напряжением около 3 В. Следовательно, входной сигнал должен быть усилен примерно в 30 ООО раз (3 В:0,0001 В=30000). Первые три каскада приемника, в которых работают транзисторы Т1 — Т3, вполне обеспечивают такое напря­жение, так как каждый из них дает примерно 30—35-кратное усиление.

В третий каскад усилителя введен диод Дх (может быть любой точечный диод), ограничивающий наибольшее выходное напряжение этого каскада. Дело в том, что по мере уменьшения расстояния от модели до источника звука напряжение на выходе микрофона быстро увеличивается и может доходить до 50 — 100 мВ. Казалось бы, что при таком напряжении на входе усилителя СЭР дешифраторы должны работать более надежно, на самом же деле такое увеличение амплитуды командного сигнала приводит только к лишним хлопо­там. Объясняется это тем, что при более высоком выходном напряжении усилителя могут срабатывать сразу все СЭР. Кроме того, при ложных сраба­тываниях исполнительных механизмов будут обгорать контакты электромагнит­ных реле.

Чтобы избежать этих неприятностей, на третий каскад, собранный на тран­зисторе Т3, возложена задача не только обеспечить усиление сигнала, когда он слабый, но и ограничить его усиление по максимуму. Это и достигается с помощью диода Д1 работающего как детектор, автоматически снижающего усиление каскада при сильных сигналах, В целом же данные деталей каскада подобраны таким образом, чтобы, начиная с напряжения 100 мВ на его входе, которое развивают первые два каскада усилителя, амплитудное значение напря­жения на его выходе (на схеме — точка а) не превышало 4 В.

Зависимость выходного напряжения ограничительного каскада от напряже­ния на его входе изображена графически на рис. 323. На графике видно, что, как бы ни повышалось входное напряжение Uвх, начиная с 0,1 В, напряжение на выходе ограничи­тельного каскада не увеличится более чем до 4 В.

С выхода ограничительного каскада усилен­ный сигнал через конденсатор С4 подается од­новременно на входы обоих СЭР. Срабатывает же электромагнитное реле того СЭР, фильтр которого настроен в резонанс с частотой ко­мандного сигнала.

Приемник монтируй на гетинаксовой или текстолитовой плате толщиной 2 — 2,5 мм. Чер­теж платы с разметкой отверстий на ней при­веден на рис. 324, а. Увеличив чертеж до нату­ральной величины, наклей его на плату и уже по нему сверли отверстия. Отверстия диаметром 4 мм предназначены для крепления электромаг­нитных реле, диаметром 3 мм — для крепления платы на модели, отверстия меньшего диамет­ра — для проволочных монтажных стоек.

Размещая детали на плате и соединяя их, придерживайся схем, показан­ных на рис. 324, б и в. Соединения деталей делай медным проводом диамет­ром 0,4 — 0,5 мм в поливинилхлоридной изоляции.

Для приемника используй малогабаритные детали, иначе они не уместятся на монтажной плате или придется увеличивать ее размеры. Электромагнитные реле типа РЭС-10 (паспорт РС4.524.302), РЭС-6 (паспорт РФО.452.145) или само­дельные. Диоды Дх — Дъ серии Д9 или Д2 с любым буквенным индексом. Коэффициент передачи тока h21э всех транзисторов может быть в пределах от 40 до 100. Электролитические конденсаторы К50-3, ЭМ или чехословац­кой фирмы «Тесла». Их емкости могут быть больше, чем указаны на схеме. Если будешь использовать конденсаторы К50-6, разметку отверстий для них в плате придется изменить.

Катушки L1 и L2 фильтров СЭР намотай на кольцах из феррита марки 1000НМ или 2000НМ с наружным диаметром 10 —13 мм. Всего на каждое кольцо с помощью челнока намотай около 1000 витков провода ПЭВ 0,08—0,1. Если кольца из феррита марок 400НН илл 600НН, тогда для каждой катушки фильтра придется использовать два кольца, склеивая их вместе торцами клеем БФ-2.

Катушки фильтров, намотанные на ферритовых кольцах, крепи на монтаж­ной плате винтами диаметром 2—2,6 мм с гайками (рис. 325).

Микрофон электромагнитный типа M1 (от слухового аппарата). Размещай его на модели на амортизаторе, роль которого может выполнять пористая резина или поролон. Иначе от сотрясений модели могут быть ложные сраба­тывания приемника. Роль микрофона может также выполнять телефонный кап­сюль ДЭМ-4М или ТА-56М.

Даже при использовании малогабаритных деталей монтаж приемника полу­чается очень плотным. В связи с этим принимай все меры, предупреждаю­щие случайные соединения между деталями при ударах, которые неизбежны при испытании модели. На электролитические конденсаторы надень отрезки изоляционной трубки, чтобы избежать замыкания их корпусов с соседними деталями или монтажными стойками. На выводы транзисторов надень более короткие отрезки изоляционной трубки, что исключит замыкание базовых цепей.

 

 

Рис. 324. Монтажная плата двухкомндного приемника звукоуправляемой модели.

а — плата; б — вид на монтажную плату сверху; в — вид на монтажную плату снизу.

 

С особой осторожностью производи пайку, чтобы не повредить детали, изоляционные трубки.

Налаживание приемника начинай с проверки работы фильтров СЭР дешифра­тора. Сначала проверь фильтр СЭР первого, затем второго канала управления.

На вход селективного электронного реле СЭР, через электролитический конденсатор С4, предварительно отпаяв его от резистора R7 и поменяв поляр­ность его включения, подай от звукового генератора (самодельного или ЗГ-10) сигнал напряжением 3 В, а в коллекторную цепь транзистора Т4 включи мил­лиамперметр на ток 20 — 30 мА (рис. 326). Контроль за входным напряжением осуществляй вольтметром племенного напряжения. При отсутствии сигнала на входе СЭР ток коллектора транзистора должен быть в пределах 1,5 — 2 мА. Если ток значительно меньше, то уменьшай сопротивление резистора R10. При подключении параллельно этому резистору другого резистора сопротивле­нием 1—2 кОм коллекторный ток транзистора должен резко возрастать, а реле срабатывать.

После этого приступай к настройке контура L1C6 на частоту одного из командных сигналов. А для этого придется прежде всего, пользуясь звуковым генератором, снять частотную характеристику фильтра. Работа эта кропотли­вая, требует большого внимания и точности, но без нее не удастся заставить модель быть послушной звуковым командам. Она, кроме того, поможет тебе прочно закрепить в памяти сущность работы дешифратора и получить нагляд­ное представление о роли его деталей.

Следя за тем, чтобы напряжение сигнала на входе СЭР все время было равно 3 В, плавно изменяй частоту генератора примерно от 500 до 5000 Гц. Миллиамперметр в коллекторной цепи транзистора вначале будет показывать ток 1—2 мА. Затем на каком-то участке диапазона звуковых частот ток резко возрастает до 8 —12 мА, а при дальнейшем изменении частоты генератора снова уменьшатся до 1—2 мА. Вот этот участок возрастания и спадания тока тран­зистора, который тебе надо изобразить графически, и есть частотная характе­ристика фильтра. Тебе надо знать, какой она получится и что надо сделан, чтобы настроить фильтр на частоту командного сигнала.

Рис. 325. Крепление деталей Рис. 326. Снятие частотной характеристики фильтра СЭР приемника на фильтра СЭР дешифратора, монтажной плате.

Возьми лист миллиметровой или клетчатой бумаги, начерти на ней две взаимно перпендикулярные линии — оси координат — и раздели их на одинако­вые участки длиной по 5 — 10 мм (рис. 327). По вертикальной оси вверх откла­дывай значения тока коллектора Iк в миллиамперах, а по горизонтальной вправо — значения частоты генератора в герцах.

Допустим, что до частоты 1350 Гц ток коллектора не изменялся и был равен 1 мА. С этого момента, который на кривой I (рис. 327) отмечен бук­вой а, ток начал увеличиваться. При частоте 1400 Гц он был равен 1,5 мА (точка б), при частоте 1450 Гц — 5 мА (точка в), а при частоте 1500 Гц — 10 мА (точка г). Если электромагнитное реле типа РЭС-10 с обмоткой сопротивле­нием 630 Ом (паспорт РС4.524.302), то при частоте 1550 Гц он достигает наи­большего значения (точка д), а затем начинает уменьшаться. Если значения тока коллектора отмечать точками примерно через каждые 500 Гц (точки е, ж, з, и, к), а затем все эти точки соединить сплошной линией, получится гра­фик частотной характеристики фильтра. Для нашего случая это будет кривая I, соответствующая резонансной частоте фильтра 1550 Гц при R9=82 кОм и С6 = 0,05 мкФ.

Резонансная частота фильтра СЭР твоего приемника может быть иной, но форма кривой его частотной характеристики должна быть близка к форме кривой 1, Чем острее получится кривая частотной характеристики фильтра, тем выше его селективные свойства, тем, следовательно, выше качество работы приемной аппаратуры.

Допустим, что у тебя получилась именно такая кривая. Попробуй теперь (уже для эксперимента) сопротивление резистора R9 увеличить до 150 — 200 кОм и снова снять частотную характеристику фильтра. У тебя получится кривая, близкая к кривой 2. Резонансная частота фильтра останется той же, а максималь­ный ток коллектора окажется настолько малым, что реле не сработает. Далее попробуй, наоборот, уменьшить сопротивление этого резистора до 20—27 кОм и еще раз снять частотную характеристику фильтра.

Резонансная частота фильтра опять-таки останется прежней, а кривая (3 на рис. 327), не поднявшись выше тока насыщения транзистора, охватит очень широкую полосу частот. Фильтр с такой характеристикой совершенно непригоден, так как его селективность окажется прескверной — СЭР станет срабатывать при сигналах самых различ­ных частот.

Эти эксперименты, которые займут не более часа, позволят тебе судить о влиянии резистора R9 на качество дешифратора приемника. Изменяя его сопро­тивление, тебе надо добиться, чтобы кривая частотной характеристики фильтра максимально приблизилась по форме к кривой 1.

Теперь увеличь емкость конденсатора С6, подключив параллельно ему вто­рой конденсатор емкостью 0,05 мкФ, или заменив его конденсатором емкостью 0,1 мкФ, и снова сними частотную характеристику фильтра. Кривая сдвинется в сторону низших звуковых частот (кривая 4 на рис. 327), так как теперь собственная частота колебательного контура фильтра уменьшилась. А если емкость конденсатора С6 уменьшить, например, до 0,025 мкФ, увеличив таким образом собственную частоту контура, то и кривая частотной характеристики фильтра сдвинется в сторону высших звуковых частот (кривая 5 на рис. 327).

Вывод напрашивается сам собой: изменяя емкость колебательного контура фильтра СЭР, можно подобрать такую резонансную частоту его, которая соответствует частоте звуковой команды свистка или дудочки. Аналогичные результаты получатся, если изменять индуктивность контурной катушки фильтра. Таким образом, перед тобой стоит задача: снимая частотные характе­ристики и подбирая опытным путем данные контуров фильтров, настроить их на частоты звуковых команд. При этом следи, чтобы напряжение сигнала на выходе звукового генератора все время было равно 3 В.

Когда резонансные частоты контуров фильтров обоих СЭР подгонишь под частоты командных сигналов, еще раз сними их частотные характеристики. Кривые не должны перекрывать друг друга, иначе могут происходить ложные срабатывания реле. Частотные характеристики фильтров приемника, изготовлен­ного моими юными друзьями, о котором я здесь рассказываю, соответствовали кривым 1 и 5 (рис. 327).

Усилитель звуковой частоты, если в нем нет неисправных деталей и он смонтирован без ошибок, налаживания не требует. Проверить же его работу можно так. Вместо резистора включи в цепь коллектора транзистора Тъ головные телефоны, а на вход усилителя — микрофон. Перед микрофоном подай звуковой сигнал свистком или дудочкой — в телефоне должен прослушиваться достаточно громкий звук, а одно из СЭР должно сработать. Громкость звука любой команды не должна меняться по мере отдаления его источника от микро­фона на расстояние до 18—20 м. Это подтвердит, что усилитель и. каскад ограничения сигнала работают исправно. Налаженный таким образом приемник можно ставить на модель.

Передатчик звуковых команд. Если захочешь увеличить зону действия прием­ника управляемой модели, тебе придется отказаться от свистков или дудочки и собрать более надежный передатчик звуковых команд. Принципиальная схема и возможная конструкция такого передатчика показана на рис. 328. Это сим­метричный мультивибратор с усилителем мощности. Нагрузкой усилителя служит головка Гр1, являющаяся источником командных сигналов, включенная в кол­лекторную цепь транзистора Т3 через выходной трансформатор Тр1.

Передатчик четырехкомандный (с запасом — на случай, если потребуется увеличить число команд). Управляется он четырьмя кнопочными выключате­лями Кн1— Кн2 (или тумблерами). Для питания потребуется источник напряже­нием около 12 В, составленный, например, из трех батарей 3336Л.

Частота звукового сигнала определяется сопротивлением того из резисто­ров R5 — R8, который одной из кнопок Кн1—Кн4 включается (через резисторы R2 и в базовые цепи транзисторов мультивибратора. Если ни один из этих резисторов не включен в эти цепи, отрицательное напряжение не подается на базы транзисторов Т1 и Т2 и мультивибратор не возбуждается.

Рис. 328. Принципиальная схема (а) и возможная конструкция (б) передатчика звуковых команд.

Подбирая резисторы R5 — R8, генератор передатчика можно настроить на частоты 1550, 1950, 2350 и 2720 Гц. Если выберешь иные резонансные частоты фильтров СЭР приемника, соответственно придется подобрать и номиналы этих резисторов. Разумеется, число команд можно уменьшить.

Конструкция передатчика произвольная. Важно лишь, чтобы он был удобен при управлении моделью. Это может быть фанерный ящик размерами при­мерно 120x 160 мм с ремешком, накидывающимся на шею (рис. 328,6). На передней стенке ящичка — динамическая головка, на верхней (или задней) — выключатель питания и кнопки управления передатчиком, внутри — монтажная плата и батарея питания.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель