引言
外部照明系統(tǒng)主要包括著陸滑行照明和外部燈光信號，它是飛機在夜間或復(fù)雜氣象條件下飛行和準備時必不可少的條件之一。照明系統(tǒng)能否正常工作、能否實現(xiàn)其功能直接關(guān)系著飛機的飛行安全，因此，設(shè)計一套安全、可靠、高效和實用的飛機外部照明系統(tǒng)電路就顯得非常重要，同時它還應(yīng)滿足照明系統(tǒng)體積小、重量輕、低功耗等要求。本文以國產(chǎn)FX555芯片為核心，設(shè)計了飛機外部照明系統(tǒng)的硬件電路，利用功能強大的數(shù)模混合軟件saber對該電路進行了模擬仿真，仿真結(jié)果顯示該電路能很好地實現(xiàn)飛機外部照明系統(tǒng)的功能，同時也證明了該電路的正確性和實用性，對今后飛機外部照明系統(tǒng)的研究與設(shè)計提供了借鑒經(jīng)驗。
1 外部照明系統(tǒng)的建模分析
外部照明系統(tǒng)共有4種工作狀態(tài)，分別為“亮”、“暗”、“閃”和“斷”。控制系統(tǒng)4種狀態(tài)的繼電器在自動控制電路中起到控制與隔離電路的作用，而繼電器通過低電壓、小電流來控制其自動開關(guān)。在控制電路中，照明燈的“亮”和“斷”是通過持續(xù)通電或斷電來實現(xiàn)的，而照明燈的“暗”和“閃”是使用FX555時基集成電路來進行控制實現(xiàn)的。
FX555芯片具有穩(wěn)態(tài)工作模式和無穩(wěn)態(tài)工作模式兩種，其中穩(wěn)態(tài)工作模式即具有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能，無穩(wěn)態(tài)工作模式是指沒有固定的穩(wěn)定狀態(tài)，F(xiàn)X555時基電路處于置位與復(fù)位反復(fù)交替的狀態(tài)，即輸出端交替輸出高電平和低電平，輸出波形近似為矩形波。由于矩形波的高次諧波十分豐富，所以無穩(wěn)態(tài)工作模式又稱為自激多諧振蕩器。無穩(wěn)態(tài)工作模式的基本電路圖如圖1所示。
電路初次通電時，因電容C1兩端電壓不能突變，F(xiàn)X555的2腳為低電平，從表1所示的FX555時基電路的真值表可知，F(xiàn)X555時基電路置位，即3腳輸出高電平，內(nèi)部放電晶體管截止，7腳被懸空，此時正電源VDD通過電阻R1，R2向電容C1充電，使C1兩端電壓不斷升高，約經(jīng)時間t1，C1兩端電壓即閾值端（6腳）電平升至2VDD/3，從表1可知，F(xiàn)X555時基電路翻轉(zhuǎn)復(fù)位，3腳輸出低電平，同時內(nèi)部放電晶體管導(dǎo)通，7腳也為低電平，此時電容C1將通過R2向7腳放電，使C1兩端電壓（即FX555的觸發(fā)端2腳電平）不斷下降，約經(jīng)過時間t2，電壓降至VDD/3時，完成一個周期。FX555時基電路又翻轉(zhuǎn)復(fù)位，3腳又輸出高電平，7腳再次被懸空，正電源又通過R1，R2向C1充電，如此周而復(fù)始，電容C1不斷處于充電與放電狀態(tài)，電路引起振蕩，3腳將交替輸出高電平和低電平。
電容C1在充、放電過程中，其電壓在VDD/3～2VDD/3之間變化，因此FX555的3腳輸出高電平時間t1（即充電時間）為：
當R2 >> R1時，D約為50%，此時輸出波形為理想對稱方波。
以FX555工作在無穩(wěn)態(tài)模式時為核心的外部照明電路設(shè)計如圖2所示。
電路中的控制信號D，C，E和F均來自供電管理器，它們分別控制著外部照明系統(tǒng)的“暗”、“亮”、“閃”和“斷”四種狀態(tài)。
電路中在FX555的3腳到電源正端之間接一個1 kΩ的上拉電阻，這樣可以使3腳輸出高電平時，電壓值接近VDD。經(jīng)過三極管接至照明負載，由電路振蕩交替輸出高電平和低電平，實現(xiàn)航行燈的4種工作狀態(tài)。
仿真模型中“暗”狀態(tài)與“閃”狀態(tài)電路原理相同，只是它們的燈光頻率不同而已，燈光為“暗”時的頻率要求為600Hz，燈光為“閃”時的頻率為1 500 Hz，通過改變電容C1容值與電阻R1，R2的阻值使電路中控制端（5腳）所連電容的充電與放電狀態(tài)的時間改變，輸出脈沖占空比D隨之改變，通過電路振蕩交替輸出的高電平和低電平時間不同，實現(xiàn)頻率的改變。
2 仿真結(jié)果分析
在saber軟件中，根據(jù)外部照明系統(tǒng)的電路圖對該系統(tǒng)進行了仿真。仿真燈“暗”的FX555支路的外圍器件參數(shù)設(shè)置為：R1=430 kΩ，R2=190 kΩ，C1=3 300 pF，C2=0.01 μF;燈“閃”的FX555支路的外圍器件參數(shù)設(shè)置為R1=18 kΩ，R2=151 kΩ，C1=0.022 μF，C2=0.01 μF，分別測量這兩種情況下的燈的電壓波形如圖3，圖4所示。
通過對外部照明燈的電壓波形分析可以知道，該硬件系統(tǒng)設(shè)計可以實現(xiàn)外部照明系統(tǒng)燈“暗”和“閃”兩種工作狀態(tài)的功能，其燈光頻率達到了系統(tǒng)要求。
3 結(jié)語
仿真結(jié)果證明該電路可以實現(xiàn)飛機外部照明系統(tǒng)的功能，其燈光頻率達到了系統(tǒng)要求，同時也證明了該電路的正確性和實用性，為今后設(shè)計更為先進的飛機外部照明系統(tǒng)提供了借鑒意義。