Servotester
Beitrag zum Schaltungswettbewerb 2013 von Michael Gaus
Mit dieser Schaltung kann man Modellbauservos schnell und einfach auf Funktion überprüfen. Solche Servos haben üblicherweise 3 Anschlusspins: Versorgungsspannung, Masse (GND) und eine Signalleitung (PWM). Zur Steuerung der Servoposition müssen positive Pulse mit einer Dauer zwischen ca. 1 ms (linker Anschlag) und ca. 2 ms (rechter Anschlag) erzeugt werden. Bei ca. 1,5 msist die Mittelstellung erreicht. Über die Breite der Pulse wird also der Winkel, auf den der Servoarm gestellt werden soll, gesteuert. Die Wiederholrate der Pulse beträgt üblicherweise ca. 20 ms, ist jedoch meist unkritisch.
Mit dem 4093 lässt sich mit wenig Aufwand ein Servotester aufbauen, bei dem die Pulsbreite einstellbar ist. Ziel war es, möglichst nur die Bauteile des Adventskalenders zu verwenden, dadurch erklärt sich die Reihenschaltung zweier Widerstände sowie die Parallelschaltung dreier Kondensatoren, die ansonsten problemlos durch jeweils nur ein Bauteil ersetzt werden könnte. Zusätzlich zu den Bauteilen des Adventskalenders wird nur noch ein 20 kOhm Potentiometer verwendet, um die Pulsbreite verändern zu können und somit den Servo zu verfahren.
Es werden nur 2 NAND-Glieder des 4093 benötigt. Das erste NAND-Glied (IC1A) wird als Oszillator beschaltet und erzeugt über den Widerstand R1 sowie die 3 parallel geschalteten Kondensatoren C1, C2 und C3 (ergibt dann 300 nF Gesamtkapazität) die Wiederholrate des Servosteuersignals. Das Ausgangssignal an Pin 3 hat ein ungefähr symmetrisches Tastverhältnis. Über den Kondensator C4 wird bei der negativen Flanke das zweite NAND-Glied angetriggert, das als Monoflop beschaltet ist. Dieses erzeugt dann einen einzelnen positiven Puls am Ausgangspin 4. Die Pulsbreite ist abhängig vom Kondensator C4 sowie dem Widerstandwert von R2, R3 und P1. Über das Potentiometer P1 kann diese verändert werden.
Die Pulsbreite konnte im Testaufbau mit den angegebenen Bauteilwerten im Bereich von ca. 0,8 - 2,4 ms eingestellt werden. Der übliche Wertebereich von 1,0 - 2,0 ms kann somit abgedeckt werden. Das Poti sollte jedoch nicht bis ganz an die beiden Anschläge verstellt werden, da ansonsten der Servo auf den mechanischen Anschlag gefahren wird, was der Lebensdauer nicht zugute kommt. Vor dem Einschalten der Versorgungsspannung sollte sich das Poti etwa in Mittelstellung befinden. Die Wiederholrate der Pulse lag im Testaufbau bei ca. 18 ms. Im Oszibild ist der gemessene Signalverlauf zu sehen. Das violett dargestellte Signal zeigt das Ausgangssignals des Oszillators am Pin 3 des 4093. Das blau dargestellte Signal ist das Ansteuersignal für den Servo am Pin 4 des 4093.
Der auf dem Foto zu sehende Modellbauservo funktioniert wie die meisten Modelle im Spannungsbereich von ca. 4,8 - 6V. Hier wurde als Versorgungsspannung 5V gewählt, die durch Reihenschaltung von 4 NiMH-Mignon-Akkus erreicht werden kann. Die Pulszeiten sind abhängig von der Versorgungsspannung, sodass sich bei einer anderen Versorgungsspannung auch andere Pulszeiten ergeben können.