АНТЕННОЕ ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО
А.УВАРОВ, г.Белгород.
Рассказывать о достоинствах направленных антенн нет необходимости - радиолюбители об этом и так знают. А вот о сервисных устройствах для подобных антенн поговорить стоит. К сожалению, многие самодельные направленные антенны не имеют даже примитивных устройств, позволяющих осуществлять точную ориентацию, не отрываясь от работы в эфире. Для этой цели и предназначено описываемое ниже устройство. Ввиду того что большинство радиолюбительских разработок по конструктивным особенностям достаточно уникальны, автор ограничился рассмотрением схемотехники устройства, в надежде что остальные детали конструкции радиолюбители смогут без труда реализовать самостоятельно. К сожалению, большинство радиолюбителей воспринимают рекомендации авторов статей (даже самые общие) как что-то незыблемое, и сознательно ограничивают себя в поисках оптимального варианта.
Некоторая, на первый взгляд, излишняя "навороченность" схемы объясняется тем, что первоначально данная схема разрабатывалась для управления электроприводом гидроклапана мощного промышленного пресса, поэтому во главу была поставлена надежность работы устройства.
Принципиальная схема поворотного устройства показана на рисунке. Датчиком поворота и органом управления служат сельсины BL2 и BL1 соответственно. По мнению автора, имеет смысл более подробно остановиться на принципе работы сельсинов, чтобы рассеять широко распространенные заблуждения.
Прежде всего определимся с терминологией: тот сельсин, к которому подводится питание (в нашем случае BL1 - орган управления), называется сельсин-датчиком, а подключенный ему в пару-сельсин-приемником (BL2, он же датчик поворота). При одинаковом положении осей обоих сельсинов напряжение на клеммах С1 и С2 сельсин-приемника равно нулю. При повороте оси сельсина-датчика в ту или иную сторону, например, в зависимости от требуемого направления излучения антенны, на сельсине приемника появляется пропорциональное углу поворота напряжение -либо в фазе, либо в противофазе (в зависимости от направления поворота). Именно такидолжны работать сельсины, вопреки распространенному мнению о том, что сельсины создают меняющийся от угла поворота фазовый сдвиг. Данный принцип свойственен принципу работы вращающихся трансформаторов. Разумеется, можно заставить работать так и сельсины, но стоит ли?
Puc.1
Для питания сельсинов в схеме предусмотрен мультивибратор на транзисторах VT3 и VT4, работающий на частоте около 400 Гц. При наличии у радиолюбителя генератора напряжения частотй 400 Гц, обеспечивающего на выходе 40...50 В (размах), мультивибратор можно исключить. К обмоткам С1, С2 обоих сельсинов подключены триггеры Шмитта, преобразующие сигналы с сельсинов в последовательности прямоугольных импульсов, частотные и фазовые соотношения при этом сохраняются. Логическая схема DD1 ...DD4 определяет, в фазе или в противофазе находятся напряжения на сельсинах. В идеале здесь можно было бы обойтись элементом "исключающее ИЛИ". Однако реально фазовый сдвиг может отличаться от 0 или 180° на 20...25° в ту или иную сторону. В этом случае на выходе элемента "исключающее ИЛИ" появились бы короткие импульсы, которые расценивались бы схемой управления двигателем (электроприводом) как изменение направления поворота, что совершенно недопустимо (особенно для промышленной схемы). В данной схеме гашением ненужных импульсов занимаются одновибраторы DD3.2, DD3.3 и DD4.3, длительность импульса которых выбрана близкой к периоду напряжения, питающего сельсин (-2,5 мс). Фазовому сдвигу в 0° соответствует логическая "1" на выходе DD3.4, а 180° -логическая "1 " на выходе DD4.4. Действует узел определения направления поворота следующим образом: если первые импульсы пришли в фазе, на выходе DD3.1 окажется логический "0", а на выходе DD4.1 -логическая "1", которая будет воспринята одновибратором DD4.2, DD4.3 как начало импульса запуска. Отсчет времени одновибратор начинает с момента окончания запускающего импульса, т.е. производится его "затягивание". На выходе DD3.4 появляется логическая "1 ", которая через элемент DD2.4 блокирует нижний по схеме канал в нулевом состоянии. При изменении направления поворота, на выходе DD3.4 появится логический "0" и снимет блокировку. После отработки выдержки одновибратором DD4.2, DD4.3 на выходе DD4.4 появится логическая " 1 ", и заблокированным окажется верхний по схеме канал. Одновибратор DD3.2, DD3.3 находится в запущенном состоянии, но так как импульс запуска не снят, выдержка не отрабатывается.
Для управления двигателем используется ОУ DA3, который совместно с транзисторами VT6 и VT7 образует электропривод. Собственно каскад на ОУ DA3 представляет собой усилитель с переменным знаком усиления. Знак усиления переключается логическим устройством при помощи транзистора VT5. Таким образом, ОУ оказывается включен либо как инвертирующий, либо как неинвертирующий усилитель. Усилитель тока для двигателя выполнен по схеме эмиттерного повторителя на комплементарной паре мощных транзисторов. Переключатель SA1 задает режим работы электропривода. В показанном на схеме положении напряжение на двигателе тем больше, чем больше угол рассогласования, т.е., подходя к заданной точке, двигатель снижает обороты. Однако не вое двигатели снижают обороты без потери мощности на валу, и в этом случае SA1 следует перевести в нижнее по схеме положение, при котором обороты двигателя постоянны.
К применяемым в устройстве деталям особых требований не предъявляется. ОУ DA1 ...DA3 - любые (кроме очень "древних" - К140УД1 и т.д.) с соответствующими цепями коррекции. Диоды (кроме VD5) - любые импульсные (КД521, КД522, КД513 и т.д.); VD5 - любой германиевый (ГД501, Д18, Д20, Д104 и т.д.). Транзисторы VT1, VT2 могут быть типа КТ315, КТ3102 или аналогичные зарубежные. Транзистор КТ118 можно заменить на два подобранных КТ361 или КТ3107, а КТ825 и КТ827 можно заменить парами транзисторов КТ814 плюс КТ818 и КТ815 плюс КТ819. Микросхемы серии К555 можно заменить на ИМС серий К155 или К1533, а также 74хх зарубежного производства. Питание к микросхемам подводится согласно таблице.
|
ИМС |
+5 В |
+12 В |
Общий |
-12 В |
|
DA1 |
- |
7 |
- |
4 |
|
DA2 |
- |
7 |
- |
4 |
|
DA3 |
- |
7 |
- |
4 |
|
DD1 |
14 |
- |
7 |
- |
|
DD2 |
14 |
- |
7 |
- |
|
DD3 |
14 |
- |
7 |
- |
|
DD4 |
14 |
- |
7 |
- |
Сельсины можно применить любые; двигатель - малооборотный (1...3 об/мин), на напряжение 12...24 В. Мощность двигателя следует уточнить, исходя из конкретной массы и парусности антенны, а также инерционности двигателя. Снизить обороты двигателя можно при помощи редукторной системы.
Налаживание устройства несложно. Вначале следует проконтролировать напряжение питания сельсинов, сигналы на входе и выходе триггеров Шмитта, а затем убедиться в исправности логического блока. В последнюю очередь налаживают электропривод. Резистор R24 позволяет регулировать коэффициент усиления ОУ для обеих схем включения. Если двигатель вращается в противоположную сторону, необходимо поменять либо полярность включения двигателя, либо базы транзистора VT5 (что удобнее).
Конструктивно устройство изготавливается следующим образом. Сельсин-датчик (а можно и сельсин-приемник - принципиальной разницы здесь нет) расположен рядом с радиостанцией и имеет отградуированную шкалу. Сельсин-приемник располагается на одной оси с двигателем и площадкой крепления антенны
Автор выражает признательность В.Мурмыло, А.Самойлову и начальнику ОПЭ ОАО "Белэнергомаш" В.А.Никанорову за помощь и ценные советы при разработке данной конструкции.
РМ. КВ-УКВ. 1/2002.