Настільні годинники, про яких розповідає ця стаття, відрізняються від багатьох аналогічних конструкцій тим, що в них застосовані не люмінесцентні, а великогабаритні світлодіодні індикатори. Будильник в цих годинниках видає двухтональный сигнал з регульованим часом звучання і має індикатор включеного стану. Крім того, конструкція забезпечує гасіння незначащего нулі на табло годинника і резервування живлення часових мікросхем.
Принципова схема годин наведена на рис. 1. Для відображення часу в них використані чотири великогабаритних світлодіодних індикатора з загальним анодом. В експериментах застосовувалися КЛЦ202А, КЛЦ202В, КЛЦ402Б з h = 18 мм і КИПЦ04А з h = 25 мм. Основу самих годин становлять інтегральні схеми К176ИЕ12 і К176ИЕ13, описані в [1, 2]. Елементи DD1, ZQ1, R1, R2, C1 - C3 утворюють генератор з подільником частоти, a DD2, VD3 - VD5, R5, С4 - основний лічильник з елементами управління. Включення цих мікросхем типове. В якості катодного дешифратора застосована ТТЛ мікросхема К514ИД2, що харчується від ланцюга +Uжив через баластний резистор R9. Таке включення трохи некоректно, оскільки вхідні напруги для К514ИД2 перевищують у цьому випадку допустимі. Але це має і свою перевагу - з годин вдалося видалити катодні ключі (сім транзисторів з базовими резисторами).
(натисніть для збільшення)
Анодні ключі виконані на транзисторах VT3 - VT10. Пристрій гасіння незначащего нуля максимально спрощено і містить усього три елементи - VD7, VD8, R17. Його дія заснована на фіксації запалювання сегмента f, який є відмітною ознакою цифри 0 по відношенню до цифр 1 і 2. При появі на вихід f дешифратора низького логічного рівня (менше 1) діод VD8 відкривається і шунтує базовий струм транзистора VT9. Ключ на транзисторах VT9. VT10 закривається і гасить індикатор десятків годин. В якості розділових точок циферблата використовуються поодинокі світлодіоди HL1 і HL2, блимають в такт секундним імпульсам.
Вузол відключення індикації містить тиристор VS1 і транзистор VT2. В робочому режимі VS1 утримується у відкритому стані, що проходить через нього струмом живлення мікросхеми DD3, величина якого знаходиться в межах 30...40 мА. При відключенні електроживлення VS1 закривається, мікросхема DD3 від харчування відключається і індикатори гаснуть. При подальшому включенні живлення тиристор VS1 залишається закритим і цифри не запалюються, хоча розділові точки блимають. Це привертає увагу користувача і нагадує йому про те, що після включення годин їх показання треба звірити по інших годинах (адже невідомо, який тривалість був перебій у харчуванні). Включається ж індикація натисканням кнопки SB3 ("Б"), при цьому імпульси частотою 128 Гц, що з'явилися на базі транзистора VT2, посилюються їм по струму і відкривають тиристор VS1.
Будильник виконаний на мікросхемах DD4 і DD5 і працює наступним чином. Імпульси з виходу HS мікросхеми К176ИЕ13 детектуються ланцюгом VD9R18C6, і негативний перепад напруги з виходу елемента DD5.1 через ланцюжок R19C7 запускає режим мультивібратор на елементах DD4.4 і DD5.2. В результаті включається генератор на елементах DD5.3, DD5.4 і його протифазні вихідні сигнали управляють роботою комутатора на елементах DD4.1 - DD4.3. У підсумку на базу вихідного транзистора проходить або сигнал частоти 512 Гц (з вив. 1 мікросхеми DD4), або 1024 Гц (з вив. 5 мікросхеми DD4). Таким чином формується двухтональный сигнал, переривався імпульсами частотою 1 Гц, надходять через резистор R24. Частота перемикання комутатора визначається параметрами елементів R23, С9, а час звучання сигналу - елементами R21, С8.
При вказаних на схемі номіналах елементів цю тривалість можна змінювати від 0 до 60 с. Кнопка SB5 виконує функції вимикача сигналу, а світлодіод HL3 - індикатора його включеного стану. Діод VD10 блокує видачу звукового сигналу при помилковому спрацьовуванні чекає мультивібратора не у встановлений час (наприклад, під дією завад).
Джерело живлення годинника складається з трансформатора T1, випрямляча - VD13C10, і стабілізатора напруги на елементах VT12, VD14, R28 (рис. 2). Його вихідна напруга близько 8,5 Ст. В разі перебою мережевого живлення мікросхеми DD1, DD2 отримують допомогу від конденсатора С5, за рахунок чого підтримується хід годинника ще протягом деякого часу (природно, без індикації часу). Ряд елементів годин в режимі усуває витікання з виходів працюючих мікросхем в відключену частина годинникового пристрою.
Так, діод VD12 перешкоджає витоку струму через вив. 5 мікросхеми DD4. Емітерний перехід транзистора VT1 закривається діодом VD1, а виходи мікросхеми К176ИЕ13 переводяться у високоомний стан низьким логічним рівнем на вході V. Резистор R24 великого опору зменшує витік через вив. 8 і 12 мікросхеми DD5. Всі ці заходи дозволяють ефективно використовувати енергію зарядженого конденсатора С5. Ємність же останнього вибирають, виходячи з очікуваної тривалості перебоїв живлення. Експериментально при Uжив = 9 В отримані такі значення часу збереження ходу при наступних ємностях конденсатора С5:
- 1000 мк х 16 В (К50-16) - 5 хв;
- 2200 мк х 25 (К50-35) - більше 10 хв;
- 6800 мк х 10 (PHILIPS) - 1 ч.
При більш тривалих перебої в харчуванні застосування звичайного конденсатора стає нераціональним, кращі результати вдається отримати при використанні ионистора або акумуляторної батареї. Конденсатор ємністю 1 Ф х 6,3 В підтримує хід не більше 20 год (схема включення С5 в цьому випадку повинна бути змінена у відповідності з рис. 3), а батарея з чотирьох елементів Д - 0,26 Д - більше чотирьох діб. В останньому варіанті годинник корисно доповнити пристроєм автоматичної підзарядки акумуляторів.
Зрозуміло, всі наведені способи живлення не виключають класичного рішення - застосування батареї "Крона" або їй подібною.
Основні вузли годин зібрані на друкованій платі розмірами 120x70 мм. При монтажі були використані постійні резистори: КІМ (R1) (він може бути замінений 2 - 3 резисторами МЛТ) і МЛТ (решта), змінний резистор - СПЗ - 9а (R21). Всі оксидні конденсатори - К50 - 16, К50 - 33 або імпортні аналоги, С1 - КТ4 - 25, решта - керамічні К10 - 7 КМ. Конденсатори С11 - 13 напаиваются безпосередньо на висновки живлення мікросхем DD1, DD2, DD4. В якості транзистора VT12 можна використовувати КТ815, КТ817; а транзисторів VT4, VT6, VT8, VT10 - КТ208, КТ209, КТ313; решта - КТ315, КТ3102, КТ503 з будь-якими буквеними індексами. На транзисторі VT12 закріплений тепловідвід у вигляді алюмінієвої пластини розміром 15x25 мм. Стабілітрон VD14 - будь-який малогабаритний, напругою стабілізації 9...10 В при струмі стабілізації не менше 20 мА (Д814Б1, Д814В1, Д818 (А - Е та ін). Діоди VD1 - VD12 - будь-які малогабаритні кремнієві. Тиристор підійде з серії КУ101. Світлодіоди HL1 і HL2 вибирають одного кольору з цифровими індикаторами (і бажано одного відтінку). Світлодіод HL3 зі світінням будь-якого кольори. Використаний кварцовий резонатор в циліндричному корпусі від наручних годин. Динамічна головка - будь-яка потужністю 0,5 або 0,25 Вт з опором звукової котушки 50 Ом. Можливо і застосування телефонних капсулів ТА - 4 (65 Ом) і ТК - НТ - 67. Перемикачі SB1 - SB5 - П2К, всі вони змонтовані на загальній планки, причому кнопки SB1 - SB4 без фіксації, a SB5 з повторним поверненням натисканням. В якості трансформатора Т1 використаний ТП8 - 8 з резистором в колі вторинної обмотки (МЛТ - 1 опором 24 Ом). Взагалі, підійде будь-який малогабаритний трансформатор з напругою вторинної обмотки 10,5 11,5 В при... струмі навантаження 200...250 мА (перевищення цієї напруги небажано із-за погіршення теплового режиму в корпусі годин).
На місці мікросхем DD4 і DD5 можуть працювати аналогічні з серії К561. Дешифратор DD3 - К514ИД2 в корпусі з пленарним розташуванням висновків. Можлива його заміна на більш доступну мікросхему КР514ИД2 в пластмасовому корпусі. На принциповою схемою (див. рис. 1) нумерація всіх висновків для цієї мікросхеми зазначена в дужках.
Налаштування годинника здійснюється в такій послідовності. Спочатку потрібно годинник включити в мережу і переконатися, що при натисканні кнопки SB3 ("Б") стійко включається індикація. Якщо цього не відбувається, необхідний підбір тиристора або заміна транзистора VT12 на інший з великим коефіцієнтом посилення.
Після цього підбором резистора R4 потрібно встановити бажану яскравості миготливих розділових точок (HL1 і HL2).
Потім слід налаштувати будильник. Для цього вимкнути діоди VD10 і VD11 і перевірити роботу чекає мультивібратора, подаючи рівень логічного нуля на вив. 12 мікросхеми DD4. При цьому на вив. 4 мікросхеми DD5 повинен формуватися негативний імпульс з тривалістю, яка залежить від положення движка резистора R21. Далі підбором елементів R23 і С9 потрібно встановити частоту перемикання комутатора (у межах 6...12 Гц) за найбільш приємного звучання будильника, а підбором резистора R27 - яскравість свічення індикатора HL3. Після цього слід повернути діоди VD10 і VD11 на своє місце. Якщо тривалість звучання сигналу будильника змінювати не обов'язково, змінний резистор R21 можна замінити відповідним постійним.
На наступному етапі налаштовують кварцовий генератор, використовуючи електронно-лічильний частотомір (і годинник, і частотомір перед вимірюванням необхідно прогріти протягом 1 год). Спочатку ротор конденсатора С1 потрібно поставити в середнє положення і підбором конденсаторів С2 і C3 встановити частоту генерації, близьку до 32768 Гц, проконтролювавши її на вив. 14 мікросхеми DD1. Потім обертанням ротора С1 домагаються точного значення частоти 32768,0 Гц. Більш точна настройка можлива при вимірюванні періоду коливань на вив. 4 мікросхеми DD1 (1 с) з дискретністю 0,1 мкс.
На закінчення підбором резистора R9 слід встановити на вив. 16 мікросхеми DD3 напруга в межах 4,75...5,25 (звичайно, при включеній індикації).
А тепер кілька слів про можливу доопрацювання годин. У описаної конструкції використовувалися, як вже зазначалося, чотири типи індикаторів, але по-справжньому гарне світіння здатні забезпечити лише прилади КЛЦ202В. На жаль, біда багатьох вітчизняних індикаторів, особливо великих, - велика нерівномірність світіння як всередині сегмента, так і між сусідніми сегментами, а також значний розкид по яскравості навіть при робочих струмах, близьких до максимальних. Одне з рішень цієї проблеми - застосування зарубіжних індикаторів з загальним анодом (одиночних або здвоєних), а також спеціальних часових четырехразрядных збірок. Принципово важливо для даної схеми наявність окремого висновку анода від кожного розряду, а для четырехразрядных збірок - ще й можливість відображення часу в 24 - годинному форматі.
Ще один приклад доопрацювання годин - введення електронного вимикача сигналу (рис. 4). При цьому зі старої конструкції видаляють перемикач з фіксацією, внаслідок чого всі управління можна вести малогабаритними кнопками (ПКн - 150 - 1 або їм подібними). Будильник включається будь-якої з кнопок SB1 - SB3 ("Б", "Г", "М"), а вимикається окремою кнопкою SB1 ' ("В"), встановленої замість SB5. Після перебою мережевого живлення будильник включається примусово. (На рис. 4 знову введені елементи мають нумерацію зі штрихом.)
Слід відзначити один недолік, властивий таким годинах, - знижена контрастність при сильної зовнішньої засвіченні. З цієї причини бажано годинник розташовувати в затемненій частині кімнати, не допускаючи попадання на них прямих сонячних променів.
Некоректність узгодження виходів мікросхеми DD2 з входами DD3 бажано усунути. Для цього між мікросхемами слід встановити п'ять эмиттерных повторювачів на будь-яких кремнієвих малопотужних p-n-p транзисторах, наприклад КТ361. Бази транзисторів треба підключити до виходів DD2, емітери - до відповідних входів DD3, колектори - до загального проводу.
Література
Автор: Д. Нікішин, р. Калуга