慢速响应伺服电路

引言

你刚刚花了 1 万美元并投入数百个小时来开发最新款真正由涡轮喷气发动机推动的无线电控制及按比例缩小的 F104 星式战斗机模型，这个模型重 30 磅、将以每小时 250 英里的速度飞行。你不需要的是，由于油门错误管理导致发动机突然着火！本文提供的电路控制微型涡轮喷气式发动机调节油门的速度。微型涡轮喷气式发动机或任何喷气式发动机加速或减速太快，都可能导致迅速出现飞行故障，从而由于着火而引起高昂的修理费用和潜在的安全问题。这个电路可在一个基于微型计算机的油门控制器中用作模拟备份电路，或用作主油门速度控制器。响应速度、随动方向、CW 和 CCW 增益 (端点) 以及随动中心参数都是可调的。

电路描述

该电路获取一个接收无线电控制输入正向脉冲 (其变化范围为1ms～2ms，这是大多数飞机无线电控制系统在20ms固定帧速率条件下的标准)，对其进行时间积分，并采用积分器的输出来控制一个555型单稳电路的输出脉冲宽度。脉冲宽度的变化速率由有效的积分器时间常数、串联的R24和VR1、C1以及输入脉冲流的占空比来决定。Q1在该正向脉冲的持续时间里导通，从而给积分器的输入电阻器 (串联的R24和VR1) 施加了+5V电压。该电路的设计使得将达到这样一个点，在该点上，对于每个正脉冲持续时间，基于输入脉冲宽度的有效充电速率与积分电容器C1/R1电路的复位/放电速率将保持平衡。而且，积分器U3的输出作为接收脉冲宽度的一个函数在某个DC值上实现稳定。一个LTC2054零漂移运算放大器被用于该积分器。LTC2054 具有超低输入偏置电流，典型值为 ±1pA，最大值为 ±150pA，另外失调电压为 3uV，漂移规格最大值为 30nV/℃。开环增益典型值为 140dB，PSRR 和 CMRR 的典型值为 130dB，低噪声规格典型值为 1.6uVP-P，所有这些参数加起来形成了一个适用于积分功能的卓越运算放大器。

LT1120A 低压稳压器含有一个复位输出，用来推迟 U5 的任何输出，直到积分器输出有时间在一个完整的时间常数之后达到某一输出值为止。该低压差稳压器从一个 4.8V 镍镉电池提供良好稳定的 4V 电压，甚至当电池电压在重负载情况下被拉低至 4.2V 时也一样，例如使用大电流数字伺服的情况。

“U4:A” 提供增益，并能够独立调节 CW 和 CCW 的端点行程。当输入信号高于或低于引脚 5 上的 2.35V 基准电平时，二极管 D1 和 D2 有效地对反馈通路分路。这个电路是一个基本的精确整流器，用作增益分配器。“U4:B”缓存 CW 和 CCW 信号，并对其求和。“U4:C”是一个 ±1 增益放大器，增添了伺服反向功能并提供一种伺服中心位置调节。

运算放大器 “U4:D”以及电阻器 R11 和 R12 为单电源运算放大器产生 2.35V 仿地基准。选择 2.35V 这个值作为该运算放大器输入共模范围的中心，以提供对称的输出摆幅。调节 VR4 的中心点来将 555 定时器的输入控制电压设置到其输入控制电压的中点。设置到 16uA 的 LM334 恒定电流源以恒定电流给定时电容器 C11 充电，以实现对输入脉冲的线性响应。D3和R14用于使U6即LM334的10 mV/℃温度系数无效。两个用于信号缓冲处理的LMOS TC7S14F施密特 (Schmitt) 反相器最终完成了该电路。

结论

这个电路提供一个非常平滑的可调伺服响应，而不必使用电容值非常大的电解质电容器或电阻值非常大的电阻器。内置了伺服中心调节、伺服方向和独立端点调节功能。

4V Voltage Regulator and Reset Generator：4V 稳压器和复位信号发生器

Independent End Point Adjust：独立的端点调节

2.35V Ref Generator：2.35V基准发生器

CENTER：中心

Servo Reverse：反向伺服

Open Gain：开环增益

Closed Gain：闭环增益

16ua Constant Current Source：16uA 恒定电流源

Falling edge triggers monostable：下降沿触发单稳态电路

FINAL IDEA FOR DESIGN SHEMATIC：最终的设计原理图