. События во всех автоматах разворачиваются примерно по одному и тому же сценарию. Сначала собирается информация или извлекается программа из собственной памяти, или и то и другое одновременно. Затем информация как-то преобразуется, перерабатывается, автомат принимает решение о том, что нужно делать при тех или иных сочетаниях сигналов, вырабатывает сигналы управления. И наконец, начинается само действие, само управление — по разным адресам рассылаются команды: «повернуть», «открыть», «передвинуть», «нагреть», «погасить», и, подчиняясь этим сигналам-командам, начинают действовать исполнительные механизмы и приборы (Р-152): электродвигатель поднимает кабину лифта на заданный этаж; железные сердечники втягиваются в катушки с током и на заданное время открывают краны, через которые в стакан наливаются сироп и вода; включается электрический подогреватель холодильника, усиливается испарение теплоносителя, и в холодильной камере до заданного уровня понижается температура; электромагнит передвигает контакты мощных выключателей, и они сразу зажигают сотни фонарей уличного освещения.
Р-152
Там, где исполнительные механизмы потребляют небольшую мощность, они органически входят в схему автомата, их приводят в действие сами сигналы управления. Но во многих случаях мощности этих сигналов не хватает, и тогда в устройствах автоматического управления появляются разного рода усилители.
Там, где нужно плавно регулировать работу исполнительного механизма (например, плавно менять обороты двигателя), часто используются транзисторные и ламповые усилители постоянного тока. Их главная особенность, как говорит само название, связана с тем, что сигнал управления может меняться очень медленно, и, чтобы усилить такие очень медленно меняющиеся сигналы (их для образности называют постоянным током), из схемы исключают переходные конденсаторы (Т-193).
Там, где на исполнительный механизм подаются дискретные, ступенчатые команды, такие, например, как «включить», «выключить», «сменить направление тока», в качестве усилителя сигналов чаще всего используют реле. Их существует несколько разных типов, а в радиолюбительских схемах автоматики чаще всего используются электромагнитные нейтральные реле постоянного тока (Р-152;4, С-20). Основа такого реле — электромагнит, катушка которого расположена на стальном сердечнике с почти замкнутой магнитной цепью. Когда по обмотке реле идет ток, то стальной якорь под действием магнитного поля притягивается к сердечнику, когда же ток прекращается, пружина отводит якорь обратно. Притягиваясь к сердечнику, якорь нажимает на пружинящие контакты и замыкает их или размыкает, в зависимости от устройства контактной группы реле.
У разных типов реле разное количество контактов. Есть контакты нормально замкнутые, при срабатывании реле они размыкаются, есть контакты нормально разомкнутые, при срабатывании реле они замыкаются, а есть и такие контактные группы, в которых происходит переключение контактов. Таким образом, реле, особенно многоконтактное, кроме того, что оно усиливает сигнал, может еще и производить его определенную переработку (Р-152;5,6) — перебрасывать из одной цепи в другую, направлять в общую цепь разные сигналы, распределять управляющие сигналы между разными исполнительными механизмами. Бывает так, что реле вводят в систему автоматического управления только для того, чтобы производить сложные переключения, хотя, конечно, при этом почти всегда используется основная профессия реле — их умение усиливать сигналы.
Усилительные возможности реле объясняются очень просто: для притягивания якоря, то есть для срабатывания реле, нужно направить в его обмотку сравнительно малую электрическую мощность, и в то же время контакты реле могут управлять работой источников и потребителей большой электрической мощности. За словами «малая мощность» и «большая мощность» в данном случае стоят вполне конкретные цифры, Для каждого реле известен гок срабатывания; якорь заставляют притягиваться ампер-витки (Т-55), и, зная сопротивление реле, легко определить напряжение, которое нужно подвести к обмотке, чтобы получить необходимый ток срабатывания, а значит, и электрическую мощность, необходимую для срабатывания (Т-37, Т-41). Что же касается мощности, которой может управлять реле, то она главным образом ограничена конструкцией его контактной группы — начальным расстоянием между контактами, площадью их соприкосновения. Если заставить реле переключать слишком большие токи и напряжения, то оно может выйти из строя из-за подгорания контактов. Во всех случаях параллельно контактам полезно включать искрогасящую RC-цепочку, через нее замыкаются опасные высокочастотные составляющие тока искры, из-за которых глазным образом и подгорают контакты.
Когда мощности сигнала не хватает для срабатывания реле, его можно объединить с транзисторным усилителем (Р-152;7), а в некоторых случаях функции реле выполняет сам этот усилитель, работая в ключевом режиме; на входе одно из двух состояний «есть сигнал» или «нет сигнала» и на выходе соответственно «максимальный коллекторный ток» (режим насыщения) или «нет коллекторного тока». Транзистор, работающий в таком режиме, часто называют электронным реле (Р-152;8).
Т-265. В электронных автоматах переработка информации сводится к преобразованию электрических сигналов. Есть автоматы, от которых ничего иного не требуется, как следить за сигналом, поступающим с датчика, и пропорционально изменениям этого сигнала воздействовать на исполнительный механизм. Это так называемые следящие системы, типичные представители которых — системы АРУ и АПЧ в приемнике (Т-226) и система, поддерживающая постоянный уровень жидкости в каком-либо резервуаре (Р-153;1). Следящие автоматы — это пока еще просто исполнительные работники (подобно микрофону или громкоговорителю, которые дословно переводят звук в ток и ток в звук), информация в них никакой переработке не подвергается: что сказал датчик (Т-8), то и делается. К числу таких простых систем относятся и некоторые пороговые автоматы, они даже не интересуются уровнем сигнала все время, а знают лишь одно: достиг этот уровень определенного порога — надо действовать. Именно так, например, поступает автомат уличного освещения (Р-153;2): вечером, лишь только естественный свет уменьшится до определенного порога, как автомат производит одно из двух действий, которым его научили, — включает уличные фонари; а с рассветом, когда освещенность поднимается выше заданного порога, автомат выполнит вторую из заученных операций — выключит фонари. Потом освещенность может увеличиваться как угодно, автомат на это реагировать не будет.
Р-153
В автомате уличного освещения, правда, можно уже заметить элемент памяти: установив определенный порог срабатывания, мы заставили автомат запомнить, при каком уровне освещенности нужно включать и выключать фонари. В более явном виде память присутствует в системе установки экспозиции (выдержки) в фотоаппарате с автоматикой (Р-153;4). Выдержка устанавливается обратно пропорциональною току, который дает фотоэлемент: чем больше освещенность, тем больше этот ток и меньше выдержка. Но в систему введены два переменных резистора. Один из них устанавливают в зависимости от чувствительности пленки, второй — в зависимости от выбранной диафрагмы. Сопротивление этих резисторов определяет ту часть тока, которая достанется исполнительному механизму, и, значит при одной и той же освещенности он будет устанавливать разную выдержку в зависимости от сопротивления резисторов. Образно говоря, резисторы всегда напоминают автомату о том. что, устанавливая экспозицию, нужно ввести поправки па пленку и диафрагму, и, оперируя электрическим сигналом (ток через исполнительный механизм), корректируют информацию, поступающую в автомат.
Другой пример переработки информации: будильник с электрическим сигнализатором, который включается только через такт, например, в 8 часов утра работает, а в 8 вечера нет (Р-153;3). Для этого в систему просто введен триггер, он делит на два число импульсов от датчика. В будильнике имеется еще один элемент обработки сигналов — реле времени: по короткому импульсу тока от датчика оно заставляет сигнал звучать достаточно долго.
Интересную обработку проходит сигнал в показанном на Р-153;5 автомате управления ракетным двигателем (эта схема так же, как предыдущие и последующие, не более чем учебная модель, в реальных автоматах все может решаться по-иному). Основа автомата — два радиолокатора: один — измеряющий высоту ракеты, другой — ее скорость. Локаторам, конечно, нужно было бы посвятить особый рассказ, но, поскольку в радиолюбительской практике они встречаются редко, ограничимся лишь коротким упоминанием о них здесь, в разделе электронной автоматики, «придравшись» к тому, что радиолокаторы можно считать особым видом датчиков.
Т-266. Радиолокаторы — датчики расстояния, положения в пространстве, скорости. Локатор, определяющий расстояние, в принципе устроен очень просто. Передатчик радиолокационной станции посылает короткие импульсы радиосигналов, а приемник регистрирует импульсы, отраженные от объекта. Затем за дело берется точный измеритель времени, он определяет, сколько прошло с момента посылки импульса до момента, когда вернулось его отражение. Скорость радиоволн известна — 300 000 км/сек, и по времени путешествия сигнала точно вычисляется расстояние до объекта. Так, например, если сигнал путешествовал 0,1 сек, то объект, от которого он отразился, находится на расстоянии 15 000 км (туда-обратно — 30 000 км).
В большинстве локаторов основа измерителя времени — электронно-лучевая трубка. Электронный луч быстро движется по экрану, и одновременно к трубке подводятся дубликаты обоих импульсов — посланного передатчиком и отраженного. Импульсы дважды отклоняют луч вверх, и, таким образом, на экране появляются два ярких выброса. Расстояние между ними как раз и зависит от времени путешествия сигнала: чем больше запаздывает отраженный сигнал, тем позже появится второй выброс на экране. В итоге расстояние между выбросами в определенном масштабе отображает рассто