МОДЕЛЬ, УПРАВЛЯЕМАЯ ЗВУКОМ

Не удивляйся: передатчиком, сигналы которого управляют этой моделью, может быть детская дудочка (рис. ЗЧ3). Такая игрушка, как ты знаешь, имеет отверстия. Закрывая пальцами одни отверстия и открывая другие, дудочкой можно создать звуки разных частот. Звук одной частоты - комацда, другой частоты - вторая команда, третьей частоты - третья команда, Передатчиком могут быть и свистки с разной тональностью звуков.

На телеуправляемой модели установлен микрофон В, 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 . 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 , 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 К3. Таким образом, звуковыми сигналами разных частот можно заставить срабатывать одно их трех СЭР, а они включат соответствующие им исполнительные механизмы модели.

Рис. 343. Схема управления моделью звуком

Радиус действия такого передатчика (дудочки или свистков) ограничивается обычно , 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.

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.

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 частоту можно с помощью звукоого генератора. Подключи к его входу динамическую головку и подай на нее такое напряжение, чтобы звуки в головке и одного из свистков были одинаковыми по силе. Попроси товарища непрерывно свистеть, а ты, сличая 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 15000, 13000 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.

Принципиальная схема приемника телеуправляемой модели показана на рис. 344. Это трехкаскадный транзисторный усилитель ЗЧ, на вход которого подключен микрофон , а на выход - селективные электронные реле СЭР1 и СЭР2 (обведены цветными линиями). Для питания приемника нужна батарея напряжением 9 В, например «Крона» или составленная из двух батарей . Для питания цепей исполнительных механизмов используются самостоятельные источники тока.

Рис. 344. Принципиальная схема двухкомандного приемника звукоуправляемой модели

При приеме микрофоном звуковых команд на его выходе возникает электрический сигнал, напряжение которого уменьшается с увеличением расстояния до источника звука. Уже на расстоянии оно равно примерно . А чтобы надежно срабатывали СЭР, на их входы нужно подавать сигнал напряжением около 3 В. Следовательно, входной сигнал должен быть усилен примерно в 30000 раз ( ). Первые три каскада приемника, в которых работают транзисторы V1 - V3 вполне обеспечивают такое напряжение, так как каждый из них дает примерно усиление.

В третий каскад усилителя введен диод V6 (может быть любой точечный), ограничивающий наибольшее выходное напряжение этого каскада. Дело в том, что по мере уменьшения расстояния от модели до источника звука напряжение на выходе усилителя быстро увеличивается и может составить . Казалось бы, что при таком напряжении на входе усилителя СЭР дешифраторы должны работать более надежно, на самом же деле этого не происходит.

При более высоком выходном напряжении усилителя могут срабатывать сразу все СЭР. Кроме того, при ложных срабатываниях исполнительных механизмов будут обгорать контакты электромагнитных реле.

Чтобы этого избежать, на третий каскад, собранный на транзисторе V3, возложена задача не только обеспечить усиление сигнала, когда он слабый, но и ограничить его усиление по максимуму; Это и достигается с помощью диода V6, работающего как детектор, автоматически снижающего усиление каскада при сильных сигналах. В целом же данные деталей каскада подобраны таким образом, чтобы, начиная с напряжения на его входе, которое развивают первые два каскада усилителя, амплитудное значение напряжения на его выходе (на схеме - точка а) не превышала 4 В.

Зависимость выходного напряжения ограничительного каскада от напряжения на его входе изображена графически на рис. 345. На графике видно, что как бы ни повышалось входное напряжение, 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 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 мм. Чертеж платы с разметкой отверстий на ней приведен на рис. 346, а.

Рис. 345. Зависимость выходного напряжения ограничительного каскада от напряжения на его входе

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 - шпилек.

Размещая детали на плате и соединяя их, придерживайся схем, показанных на рис. 346,б и в. Соединения деталей делай медным проводом диаметром мм в поливинилхлоридной изоляции.

Для приемника используй малогабаритные детали, иначе они не уместятся на монтажной плате или предется увеличивать ее размеры. Электромагнитные реле типа (паспорт ), (паспорт ) или самодельные. Диоды V6 - V8 серии или с любым буквенным индексом. Статический коэффициент передачи тока всех транзисторов может быть от 40 до 100. Электролитические конденсаторы или . Их емкости могут быть больше, чем указаны на схеме. Если будешь использовать конденсаторы , разметку отверстий для них в плате придется изменить.

Катушки фильтров СЭР намотай на кольцах из феррита марки или с наружным диаметром 10-13 мм. Всего на каждое кольцо с помощью челнока намотай около 1000 витков провода . Если кольца из феррита марок или , тогда для каждой катушки фильтра придется использовать два кольца, склеив их вместе торцами клеем . Катушки фильтров, намотанные на ферритовых кольцах, крепи на монтажной плате винтами диаметром мм с гайками (рис. 347).

Микрофон - электромагнитный типа (от слухового аппарата). Размещай его 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 или .

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.

Рис. 346. Монтажная плата двухкомандного приемника звукоуправляемой модели: а - плата; б - вид на монтажную плату сверху; в - вид на монтажную плату снизу

Рис. 347. Крепление деталей фильтра СЭР приемника на монтажной плате

На электролитические конденсаторы надень отрезки изоляционной трубки, чтобы набежать замыкания их корпусов с соседними деталями или монтажными стойками. На выводы транзисторов надень более короткие отрезки изоляционной трубки, что исключит замыкание базовых цепей.

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 СЭР1, через электролитический конденсатор , предварительно отпаяв его от резистора и поменяв полярность его включения, подай от звукового генератора сигнал напряжением 3 В, а в коллекторную цепь транзистора V4 включи миллиамперметр РА на ток (рис. 348). Входное напряжение контролируй вольтметром переменного напряжения. При отсутствии сигнала на входе СЭР ток коллектора транзистора должен составлять . Если этот ток значительно меньше, то уменьшай сопротивление резистора .

Рис. 348. Снятие частотной характеристики фильтра СЭР дешифратора

При подключении параллельно этому резистору другого сопротивлением 1-2 кОм коллекторный ток транзистора должен резко возрасти, а реле сработать.

После этого приступай к настройке контура на частоту одного из командных сигналов. А для этого придется, пользуясь звуковым генератором, прежде всего снять частотную характеристику фильтра. Работа эта кропотливая, требует большого внимания и точности, но без нее не удастся заставить модель быть послушной звуковым командам. Кроме того, это поможет тебе прочно закрепить в памяти сущность работы дешифратора и получить наглядное продотаолошю о роли 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 . Затем на каком-то участке диапазона звуковых частот ток резко возрастает до , а при дальнейшем изменении частоты генератора снова уменьшится до . 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 сделать, чтобы настроить фильтр на частоту командного сигнала.

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. 349).

Рис. 349. Частотные характеристики фильтров

По вертикальной оси вверх откладывай значения тока коллектора в миллиамперах, а по горизонтальной вправо - значения частоты генератора в герцах. Допустим, что до частоты 1350 Гц ток коллектора не изменялся и был равен . С этого момента, который на кривой 1 (рис. ЗЧ9) отмечен буквой а, ток начал увеличиваться. При частоте 1400 Гц он был равен (точка б), при частоте (точка в), а при частоте (точка г). Если электромагнитное реле типа с обмоткой сопротивлением Ом (паспорт ), то при частоте 1550 Гц ток коллектора 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 1, соответствующая резонансной частоте фильтра 1550 Гц при кОм и .

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 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. 349), 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 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 , подключив параллельно ему второй конденсатор емкостью , или замени его конденсатором емкостью , и снова сними частотную характеристику фильтра при кОм. Кривая сдвинется в сторону низших звуковых частот (кривая 4), так как теперь собственная частота колебательного контура фильтра уменьшилась. А если емкость конденсатора уменьшить, например, до кОм), увеличив, таким образом, собственную частоту контура, то и кривая частотной характеристики фильтра сдвинется в сторону высших звуковых частот (кривая 5).

Итак, изменяя емкость колебательного контура фильтра СЭР, можно подобрать такую резонансную частоту его, которая соответствует частоте звуковой команды свистка или дудочки. Аналогичные результаты получаться если заменять 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. 349).

Усилитель ЗЧ приемника, 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 V3 головные телефоны, а на вход усилителя - микрофон.

Перед микрофоном подай звуковой сигнал свистком или дудочкой - в телефоне должен прослушиваться достаточно грмкий звук, а одно из СЭР должно сработать. Громкость звука любой команды не должна меняться по мере удаления его источника от микрофона на расстояние до . Это подтвердит, что усилитель и каскад ограничения сигнала работают исправно. Налаженный таким образом приемник можно ставить на модель.

Если ты 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 показаны на рис. 350. Это симметричный мультивибратор с усилителем мощности. Нагрузкой усилителя служит динамическая головка , являющаяся источником командных сигналов, включенная в коллекторную цепь транзистора V3 через выходной трансформатор .

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

Частота звукового сигнала определяется сопротивлением того из резисторов , который одной из кнопок включается (через резисторы ) в базовые цепи транзисторов мультивибратора. Если ни один из этих резисторов не включен в эти цепи, отрицательное напряжение не подается на базы транзисторов V1 и V2 и мультивибратор не возбуждается.

Рис. 350. Принципиальная схема (а) и возможная конструкция (б) передатчика звуковых команд

Подбирая резисторы , 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 ящичек размерами примерно 120 x 160 мм с ремешком, накидывающимся на шею. На передней стенке ящичка - динамическая головка, на верхней (или -выключатель питания и кнопки управления передатчиком, внутри - монтажная плата и батарея питания.