摘要：飛機的外部照明信號標示著飛機的位置和運動方向，同時也是飛機與地面之間的聯絡信號。為了設計一種實用新型的飛機外部照明系統，以FX555芯片為核心，設計了飛機外部照明系統的硬件電路，利用saber軟件對該電路進行了仿真實驗研究。仿真結果顯示，該電路能很好地實現外部照明系統的相應功能，同時也證明了該電路的正確性和實用性，對飛機外部照明系統設計具有一定的借鑒意義。
0 引言
照明系統是飛機的一個重要子系統，它可分為座艙內照明和外部照明，座艙內照明為機上人員提供舒適的照明環境，外部照明系統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雜氣象條件下飛行和準備時必不可少的條件之一。著陸滑行照明用于飛機進場著陸或滑行時照明跑道和滑行道，它一般與基于I-BUs或C-BUS電氣安裝總線的網絡化地面照明控制相結合，目前廣泛使用的有著陸燈、滑行燈或者著陸滑行燈;外部燈光信號用于標志飛機位置和運動方向，或作為飛機與飛機、飛機與地面之間的聯絡信號。照明系統能否正常工作、能否實現其功能直接關系著飛機的飛行安全，因此，設計一套安全、可靠、高效和實用的飛機外部照明系統電路就顯得非常重要，同時它還應滿足照明系統體積小、重量輕、低功耗等要求。本文以國產FX555芯片為核心，設計了飛機外部照明系統的硬件電路，利用功能強大的數模混合軟件saber對該電路進行了模擬仿真，仿真結果顯示該電路能很好地實現飛機外部照明系統的功能，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的研究與設計提供了借鑒經驗。
1 外部照明系統的建模分析
外部照明系統共有4種工作狀態，分別為“亮”、“暗”、“閃”和“斷”。控制系統4種狀態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。在控制電路中，照明燈的“亮”和“斷”是通過持續通電或斷電來實現的，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的。
FX555芯片具有穩態工作模式和無穩態工作模式兩種，其中穩態工作模式即具有施密特觸發器和單穩態觸發器的功能，無穩態工作模式是指沒有固定的穩定狀態，FX555時基電路處于置位與復位反復交替的狀態，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，所以無穩態工作模式又稱為自激多諧振蕩器。無穩態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，FX555的2腳為低電平，從表1所示的FX555時基電路的真值表可知，FX555時基電路置位，即3腳輸出高電平，內部放電晶體管截止，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，FX555時基電路翻轉復位，3腳輸出低電平，同時內部放電晶體管導通，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的觸發端2腳電平)不斷下降，約經過時間t2，電壓降至VDD/3時，完成一個周期。FX555時基電路又翻轉復位，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，如此周而復始，電容C1不斷處于充電與放電狀態，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工作在無穩態模式時為核心的外部照明電路設計如圖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的“暗”、“亮”、“閃”和“斷”四種狀態。
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，實現航行燈的4種工作狀態。
仿真模型中“暗”狀態與“閃”狀態電路原理相同，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，實現頻率的改變。
2 仿真結果分析
在saber軟件中，根據外部照明系統的電路圖對該系統進行了仿真。仿真燈“暗”的FX555支路的外圍器件參數設置為：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設置為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，該硬件系統設計可以實現外部照明系統燈“暗”和“閃”兩種工作狀態的功能，其燈光頻率達到了系統要求。
3 結語
照明系統是飛機的一個重要子系統，尤其是外部照明系統，它不僅是飛機在夜間或復雜氣象條件下飛行的必要條件，而且也是飛行人員與飛行人員、飛行人員與地面之間信號聯系的重要組成部分。本文以FX555芯片為核心設計了飛機外部照明系統的硬件電路，利用saber軟件對該電路進行了仿真研究，結果證明該電路可以實現飛機外部照明系統的功能，其燈光頻率達到了系統要求，同時也證明了該電路的正確性和實用性，為今后設計更為先進的飛機外部照明系統提供了借鑒意義。