27MHzラジコンカーの仕組み

 

此処で解説するのは、TX-2B / RX-2Bと呼ばれるラジコンカー用に特別に設計された人気のトランスミッター/レシーバーチップコンボを使ったラジコンカーです。

 

TX-2B / RX-2Bは、リモートコントロールアプリケーションに使用できるリモートエンコーダー/デコーダーのペアです。 TX-2B / RX-2Bには、5つのチャネル、広い動作電圧範囲（1.5Vから5V）、低スタンバイ電流（約10uA）、低動作電流（2mA）、自動電源オフ機能があり、外部コンポーネントはほとんど必要ありません。 TX-2B / RX-2Bは元々、リモートコントロールのおもちゃの車のアプリケーション用に設計されましたが、あらゆる種類のリモートスイッチングアプリケーションに使用できます。

 

このチップペアは、データのエンコードとデコードを実行します。 送信機と受信機を含む他のすべての機能は、個別のトランジスタ回路によって実行されます。

 

このラジコンカーは、27 MHzの搬送周波数を使用しています。 この周波数は、産業、科学、および医療（ISM）バンドとして知られています。 世界中に多くのISMバンドが認められており、その名前に反して、ほとんどの消費者製品で使用されるRFバンドです。 おそらく、消費者向けアプリケーションで最も混雑しているISM帯域は2.4 GHzであり、コードレス電話、Bluetooth、WiFi、さらには電子レンジでも使用されています。

 

トランスミッター( 送信機 )の回路

 

 

図1 TX-2B送信エンコーダチップの内部ブロック図

 

ここで、図2の完全なトランスミッタ回路の回路図を見てみましょう（TX-2Bデータシートから取得）。

 

 

図2送信機回路の回路図

 

エンコードされたデータ信号フオーマット(forward)

 

TX-2Bは、ラジコンカーの送信回路の主要部分を形成しています。 プッシュボタンスイッチS1〜S5は、レシーバー/デコーダー回路の対応するチャネルをアクティブ化（ON / OFF）するために使用されます。 これらのプッシュボタンスイッチは、TX-2Bの内蔵ラッチ回路に接続されています。 抵抗R7は、TX-2Bの内部発振器の周波数を128 kHzに設定します。 抵抗R1とツェナーダイオードD1は、9Vの主電源から3VをICに供給するための簡単なツェナーレギュレータ回路を形成します。 C2はフィルターコンデンサで、C1はノイズバイパスコンデンサです。 D2は電源オンインジケータLEDで、R6は同じLEDを流れる電流を制限します。 SW1はON / OFFスイッチです。 エンコードされた制御信号は、ICのピン8にシリアル出力されます。このデータ信号の周波数は約1 kHzです。 ピン8でエンコードされた信号には、27MHzの搬送周波数がありません。 この信号は、無線送信機である回路の次のステージに送られます。27 MHzのキャリア信号は、X1、Q1、およびL1で構成される発振回路によって生成されます。R2はQ1のバイアス抵抗で、R3はQ1のコレクタ電流を制限します。 エンコードされた信号は、変調のためにQ1からC3を介してキャリア信号と結合されます。トランジスタQ2および関連するコンポーネントは、変調信号をさらに増幅します。C3の結合信号を図3に示します。

 

図3 27 MHz信号と結合したデータ信号

この信号は、Q2とL2によって形成されるACゲインステージに送られます。 データ信号の大きさが大きいため、このゲインステージは、データラインが高いときにのみアクティブになります。 データラインが高い場合、27 MHzのキャリア信号が増幅されますが、データラインが低い場合、Q2ゲインステージはオフになります。 Q2のコレクターで得られる波形は、データ信号によってオン/オフされる増幅されたキャリア信号です。

 

この無線通信方式は、連続波（CW）無線と呼ばれます。 CWは、最も単純なタイプの無線伝送です。 実際、これは、モールス信号を送信するために電信機で使用される無線通信の方法です。 Q2のコレクタでの連続波信号を図4に示します。

 

図4 アンテナへの連続波信号出力

 

CW信号はC2を介してAC結合(直流（DC）と交流（AC）の両方の成分をもつ信号から、直流成分のみを除去する回路構成のこと)され、残りのDC成分が除去されます。 L4、L3、C3、C4で構成され、アンテナとのインピーダンスマッチングに使用されます。 適切なインピーダンス整合は、アンテナの効率を最適化するために重要です。

 

 

 

 レシーバー(受信機)の回路
 受信機回路は、送信機回路よりも少し複雑です。 これは、2つのモーター（推進とステアリング）を駆動するためのHブリッジも含まれているためです。 下の図5は、RX-2Bのブロック図を示しています。

 

図5

 

エンコードされた1 kHzデータ信号はピン3に入力され、内部で増幅およびデコードされます。 デコードされた信号から対応する機能が決定されると、適切な出力ピンが前方、後方、右、左、またはターボのいずれかに対して有効になります。 受信回路の完全な回路図（RX-2Bデータシートから）を図6に示します。

 

図6 Hブリッジモータードライバーを使用した受信回路の回路図

 

受信機はQ1を中心に構築された回路です。 このタイプの受信機は、正帰還を使用するため、再生受信機として知られています。 L2とC3で構成される調整されたLC回路は、調整された周波数（27 MHz）でのみ正のフィードバックを提供します。 したがって、これは、正のフィードバックによって目的の信号のみが増幅されることを意味します。 このタイプのレシーバーの欠点の1つは、レシーバーを正確に調整するために、L2をカスタムコイルにする必要があることです。

 

レシーバー回路からの出力信号は、RX-2Bのピン14に送られます。 この信号は、キャリアを除去するためにフィルタリングされ、2つの内部インバーターを通過した信号がRX-2B信号入力ピン（ピン3）に到達するまでに、1 kHzのデータ信号のみが残るように十分にフィルタリングおよびクリーンアップされています。 TX-2Bと同様に、3Vツェナーレギュレータを使用してRX-2Bに電力を供給します。 R oscは再び内部発振器周波数を128 kHzに設定します。

 

2つの標準Hブリッジ回路が推進モーターとステアリングモーターに使用されます。 Hブリッジでは、ブリッジとモーターを流れる電流の方向を切り替えることにより、モーターの方向を制御できます。 ターボ機能は、（Q3を介して）推進モーターを流れる電流を増加させますが、これは順方向が選択されている場合のみです。

 

アンテナ設計
27 MHzなどの低い搬送周波数を使用すると、いくつかの利点があります。 より低速で低コストのデバイスをRFセクションに使用できます。 第二に、設計はPCBレイアウトの影響に対してそれほど敏感ではありません。 最後に、同じ出力電力に対して、より低い周波数の搬送波は、より高い周波数に比べてより広い幅を提供します。 大きな欠点は、低いキャリア周波数には大きなアンテナが必要になることです。

 

ラジコン車はモノポールアンテナを使用します（ウサギの耳のようなダイポールアンテナ）。 モノポールアンテナは、グランドプレーン（この場合は地球自体）の反射特性を使用して、ダイポールアンテナを模倣します。 ピーク効率のために、アンテナは希望の搬送周波数で共振するように設計する必要があります。 これを実現するには、アンテナは通信する電波の波長の1/4の長さである必要があります。 波長は次を使用して計算できます。

 

波長=光の速度/周波数

 

真空中の光の速度は300 x 10 6 m / sですが、金属では約5％遅くなります。 したがって、1/4波長アンテナと27 MHzキャリアを想定すると、アンテナの長さは次のようになります。

 

アンテナ長=（0.95 x 0.25 x 300 x 10 6 ）/（27 x 10 6 ）= 2.6メートル

 

ただし、2.6メートルは、小さなおもちゃの車など、多くのアプリケーションにとって実用的ではない長いアンテナです。 コイルアンテナを使用して必要な長さを取得するか、ローディングコイルを使用してアンテナを短い長さで共振させる必要があります。 多くの場合、これらの技術はどちらも使用されていません。 代わりに、長さ約15インチの伸縮アンテナが使用されます。 アンテナの長さが短すぎると効率が低下するため、距離が大幅に短くなります。 しかし、短距離のおもちゃの場合、範囲の縮小は許容されます。 低周波数を使用することのコスト節約は、一部の低コスト製品の範囲の縮小を上回ります。

 

ラジコン玩具がどのように機能するかの詳細を理解するということは気分が良いことです。 多くのおもちゃDr.が、物事がどのように機能するかを理解することに情熱を持っていることでしょう。 診療の一助になればと想います。

 

受信機