Основним елементом звичайних механічних годинників є маятник або баланс, які приводяться в рух гірей або пружиною. Такі годинники вимагають регулярного і частого підзаводу, що створює певні незручності.
Багато конструктори довгий час працювали над проблемою створення годин без гирі і пружини, в результаті з'явилися електромеханічні годинник. У них маятник приводиться в рух електромагнітом, який живиться від джерела електричного струму. Коли маятник наближається до стану рівноваги (рис. 1), контакти, пов'язані з ним, замикаються, і по обмотці електромагніту протікає струм. На маятнику укріплений якір з м'якого заліза, який притягається нерухомим електромагнітом.
Рис. 1. Пристрій електричних контактних годин.
Електромеханічні годинник дуже економно витрачають енергію батареї і володіють хорошою точністю ходу. Але і у них є слабке місце - контакти замикають ланцюг електромагніту. Адже тільки за один рік їм доводиться замикатися мільйони разів, тому через деякий час електричні годинники починають працювати неточно. А якщо годинник зовсім маленькі, наприклад наручні, то мініатюрні контакти в них працюють ще більш ненадійно.. З появою транзисторів виявилося можливим створити безконтактні електричні годинники.
Схема електричних безконтактних годин на транзисторі показана на рис. 2. На маятнику закріплений постійний магніт, при русі якого у витках нерухомої котушки наводиться ерс. Одна з обмоток котушки включена між базою і емітером транзистора, друга -- в ланцюг колектора.
Рис. 2. Електрична схема годин на транзисторі.
Центр маятника (магніту) перетинає вісь котушки в положенні рівноваги. При коливаннях маятника в котушці L1 наводиться ерс, форма якої ілюструється кривою 1 (рис. 3). На цьому рисунку криві, проведені суцільний рисою, представляють епюри напруг і струмів, що виникають при русі маятника зліва направо, а пунктиром - справа наліво. Кінці обмотки котушки L1 включені так, що, коли маятник підходить до положення рівноваги, на базі транзистора з'являється негативне щодо емітера напруга. Воно виникає при наближенні до магніту котушці, внаслідок збільшення магнітного потоку, що перетинає її витки. В положенні рівноваги магнітний потік через котушку досягає максимуму. У цей момент напруга стає рівним нулю. Далі магнітний потік починає зменшуватися і ерс змінює знак на зворотний. Коли магніт відходить далеко від котушки, напруга на її кінцях майже зникає. Під час другого напівперіоду картина повторюється: при наближенні до магніту в обмотці котушки L1 наводиться така ерс, що на базі напруга негативно. Під дією цього імпульсу напруги в ланцюзі бази проходить струм (крива 2) і транзистор відмикається (рис. 3).
Рис.3. Епюри напруги, струму а енергії маятника для схеми годин, наведеною на рис. 2.
А - амплітуда коливань маятника,
Про - положення рівноваги.
Напрямок витків котушки L2, включеного в ланцюг колектора, така, що, коли по ній проходить струм колектора (крива 3) магніт притягається до котушки. Його рух прискорюється.
Частота коливань маятника як і в звичайних годинах майже повністю визначається його фізичними параметрами: довжиною і розподілом маси. Маса маятника в основному визначається магнітом і деталями його кріплення. З маятником пов'язують стрілочний механізм з циферблатом, годинник і готові.
Конструкція годин. Для виготовлення годинника на транзисторі цілком придатні будь маятникові годинник або "ходики". У них необхідно лише переробити спусковий пристрій і, звичайно, видалити пружину або гирю; їх функції буде виконувати батарея.
В звичайних годинах спусковий пристрій, що приводить в рух маятник, має вигляд, показаний на рис. 4,а. Його треба переробити так, як показано на рис. 4,б. На вісь 1 напоюють коромисло 2, на якому вільно підвішена сережка 3. При русі маятника вліво сережка ковзає по скошеної стороні зубця храпового колеса 4 і під дією своєї ваги зіскакує з його вершини у проміжок між зубцями. При русі маятника вправо сережка впирається в круту бік зубця і повертає храпове колесо вліво на один зуб. Щоб зафіксувати положення колеса і не дати йому повертатися вправо, на ньому зверху лежить одним краєм пелюстка-собачка 5. Другий край пелюстки вільно обертається навколо осі 6. При обертанні храпового колеса вліво пелюстка ковзає по скошених краях зубців і, соскакивая з їх вершин, впирається в круті краї зубців.
Рис. 4. Пристрій спускового механізму звичайних годин (а).
Пристрій механізму годинника на транзисторі для перетворення коливального руху маятника в обертальний рух стрілок (б).
Зібраний механізм годинників, виготовлених із звичайних "ходиков", показаний на рис. 5. Коромисло, сережка й пелюстка-собачка в цих годинниках виготовлені з жерсті. Магніт може бути використаний будь-який. Його обсяг не повинен бути менше 3-4 см3, так як він повинен утримувати вантаж 100-200 р. В описуваної конструкції використаний кільцевий магніт від гучномовця діаметром 35 мм Для регулювання ходу годинника кріплення магніту повинно передбачати його переміщення вгору і вниз. Якщо годинник поспішає, то маятник (магніт) необхідно опустити.
Рис.5. Зібраний механізм годинника.
В часовому генераторі (рис.2) можуть працювати будь сплавні транзистори, наприклад, типу П13-П15. Робота генератора не залежить від величини коефіцієнта підсилення транзистора по струму. Діод Д1 можна застосувати типу Д7Б-Д7Ж. Замість діода можна використовувати емітерний або колекторний перехід германієвого сплавного транзистора, у якого відірвався виведення емітера або колектора. Якщо в генераторі (рис.2) застосовано транзистор з провідністю n-p-n, то полярність включення батареї і діода Д1 слід змінити на зворотний.
Котушку електромагніту можна намотати на пластиковому або паперовому каркасі з внутрішнім діаметром 20, зовнішнім 48 і шириною 8 мм Намотувати котушку потрібно в два дроти внавал до заповнення. Діаметр дроту - 0,09-0,15 мм. Після намотування необхідно перевірити, чи немає замикання між отриманими двома обмотками. Початок однієї обмотки з'єднують з кінцем іншого і до цієї точки підключають виведення емітера транзистора.
Автор: Н.Горюнов, Пушкін А.; Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru