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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Elektronische Uhr aus den Details des Radiodesigners. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Uhren, Timer, Relais, Lastschalter Für Funkamateure, die sich für Digitaltechnik interessieren und große integrierte Schaltkreise in der Praxis kennenlernen möchten, stellen einige Industrieunternehmen des Landes Teilesätze zur Selbstmontage elektronischer Uhren her – zum Beispiel „Electronics-1“. Ein Funktionsdiagramm einer elektronischen Uhr, die von einem solchen Radiokonstrukteur auch zu Hause mit nur einem Lötkolben und etwas Erfahrung in der Installation, Prüfung und Anpassung von Amateurfunkdesigns mittlerer Komplexität zusammengebaut werden kann, ist in Abb. dargestellt. 1.
Die Basis der Uhr ist ein großer integrierter Schaltkreis DD (durch strichpunktierte Linien dargestellt), der einen Referenzfrequenzblock eines Quarzoszillators G und ein Betriebsgerät eines Operationsverstärkers enthält, an den digitale Anzeigen HG1 - HG4 angeschlossen sind , einer Taktsteuereinheit BU und einem akustischen Wandler HA. Der Spannungswandler PN versorgt alle Schaltkreise und Komponenten der Uhr aus einer gemeinsamen Gleichstromquelle mit einer Spannung von 12 V mit Strom. Der Quarzoszillatorblock ähnelt in seinem Funktionszweck den auf Mikroschaltungen aufgebauten Referenzfrequenzblöcken elektronischer Amateuruhren einen durchschnittlichen Integrationsgrad aufweisen. Und das Bediengerät, das die zeichensynthetisierenden Indikatoren steuert, fungiert als Stoppuhr und Wecker. Das Design-Kit „Electronics-1“ umfasst: eine multifunktionale Mikroschaltung KA1016HL1 (oder ChB-32), einen Quarzresonator RK-72CHA-17BU, eine piezokeramische Glocke vom Typ ZP-1, IV-ZA (oder IV-6) Zeichen Indikatoren, eine Leiterplatte und andere notwendige Details und Materialien. Der Besitzer des Bausatzes muss lediglich den Zweck der Komponenten und Elemente der Uhr herausfinden, die Teile auf der Platine montieren und ein Gehäuse nach seinen Wünschen anfertigen. Die Stromquelle kann eine 12-V-Batterie (wenn die Uhr in ein Auto eingebaut werden soll) oder ein Gleichrichter mit derselben DC-Ausgangsspannung sein. Der Stromverbrauch aus einer 12-V-Quelle beträgt nicht mehr als 200 mA. Die Genauigkeit der Uhr beträgt nicht weniger als ± 1 s pro Tag. Schematische Darstellung der in Abb. 2 gezeigten Uhr. XNUMX.
Die Stromquelle der Mikroschaltung DD1 ist der Spannungsregler an der Zenerdiode VD1 und dem Transistor VT1. An die Pins 15 und 15 der Mikroschaltung wird eine stabilisierte Spannung von 12 V angelegt. Sein gemeinsamer Stromkreis ist Pin 12. Die Eigenfrequenz des ZQ1-Quarzresonators und damit des Referenzfrequenzgenerators beträgt 32 Hz. Es wird durch die Elemente des Frequenzteilers, der Teil der Mikroschaltung ist, bis zu 768 Hz geteilt, was 1 s Zeit entspricht. Die Drucktastenschalter SB1 - SB1 bilden eine Steuereinheit für das Betriebsgerät der Mikroschaltung, die die Steuerung der digitalen Anzeigen HG2 - HG1 ermöglicht. Der vorzeichensynthetisierende Indikator IV-ZA ist eine elektronische Lampe mit einer direkt beheizten Kathode (Pins 7, 8), acht Anoden mit separaten Pins (1-6, 10 und 11) und einem gemeinsamen Steuergitter (Pin 9). Sieben Anoden bestehen aus schmalen Streifen, die eine stilisierte Zahl 8 bilden, und die achte hat die Form eines Punktes. Die Anoden sind mit einer dünnen Leuchtstoffschicht beschichtet. Wenn eine positive Spannung an das Gitter und die Anodenelemente des Indikators angelegt wird, kommt es zu einem Elektronenfluss zwischen der Kathode und den Anoden, der den Leuchtstoff zum Leuchten bringt. In der Uhr sind die Anoden der gleichnamigen Elemente der digitalen Zeichen aller Indikatoren miteinander verbunden und mit den entsprechenden Pins der Mikroschaltung verbunden. Zu bestimmten Zeitpunkten wird ihnen vom Bediengerät ein verschlüsseltes Signal zugeführt, das eines der Elemente der Zahlen synthetisiert. Gleichzeitig wird ein Steuersignal an die Anzeigegitter angelegt. Durch die gleichzeitige Wirkung der Code- und Steuersignale zeigen die Indikatoren Zahlen von 0 bis 9 an. Die Indikatoren HG1 und HG2 markieren die Stunden und HG3 und HQ4 die Minuten der aktuellen Uhrzeit. Das Punktzeichen in der Sekundenanzeige, das die Stunden von den Minuten trennt, leuchtet dauerhaft. Ähnliche Zeichen werden in anderen Indikatoren nicht verwendet. Durch Drücken der Taste SB1 „K“ der Steuereinheit werden die Angaben zur aktuellen Uhrzeit und zum Zeitpunkt der automatischen Aktivierung des Alarmtonsignals korrigiert. Mit der Taste SB5 „H“ stellen Sie die Stunden und mit der Taste SB4 „M“ die Minuten der aktuellen Uhrzeit ein. Mit der Taste SB2 „C“ wird die Uhr in den Sekundenzählmodus der aktuellen Zeit geschaltet und ab Nullzeitwerten als Stoppuhr betrieben. Taste SB3 „B“ schaltet den Standby-Modus des Weckers ein; Wenn die voreingestellte und die aktuelle Zeit übereinstimmen, gibt die piezokeramische Glocke HA1, die an Pin 10 der Mikroschaltung angeschlossen ist, ein Tonsignal mit einer Frequenz von etwa 2 kHz ab. Mit einem abgestimmten Kondensator C1, der im Referenzfrequenz-Quarzoszillator enthalten ist, ist es möglich, die Genauigkeit des „Laufs“ der Uhr zu korrigieren. Die Glühfäden der Schilderanzeiger sind für eine Spannungsversorgung von 0,85 ... 1,15 V bei einem Strom von 45 ... 55 mA ausgelegt. In der Uhr sind sie parallel geschaltet und werden über einen Löschwiderstand R12 von einer gemeinsamen 18-V-Quelle gespeist. Der Spannungsteiler R16R17 und die (symmetrische) Zenerdiode VD2 mit zwei Anoden bilden den Mittelpunkt der Glühfäden, relativ zu dem die negative Spannung über die Widerstände R4-R15 an die Anzeigeelemente angelegt wird, die vom Ausgang des Gleichrichters abgenommen werden Spannungswandler, um das Flackern der ausgeschalteten Elemente der Anzeigeziffern zu eliminieren. Der Transformator TS1 und die Transistoren VT2, VT3 bilden einen Gegentaktwandler von Gleichspannung von einer externen Stromquelle in Wechselspannung mit einer Frequenz von etwa 2 kHz. Die negative Spannung der externen Quelle wird direkt an die Emitter der Transistoren und die positive Spannung an deren Kollektoren über die Wicklungen III und IV des TS1-Transformators angelegt. Die vom Widerstand R20 des Teilers R19R20 abgenommene Spannung wird über die Wicklungen I und II den Basen der Transistoren zugeführt und erzeugt an diesen eine positive (relativ zu den Emittern) Vorspannung und sorgt so für den Start des Wandlers. Durch die Wirkung der positiven Rückkopplung zwischen den Kollektor- und Basiskreisen der Transistoren wird das Gerät erregt. In diesem Fall wird in der Wicklung V des Transformators eine Wechselspannung rechteckiger Form induziert, die durch die in einer Brückenschaltung geschalteten Dioden VD2 - VD5 gleichgerichtet und anschließend durch eine Zenerdiode VD1 und einen Transistor VT1 stabilisiert wird. Das Aussehen einer auf einer Leiterplatte montierten Uhr, eine Skizze der Platine und ein Diagramm der Anordnung der Teile darauf sind in Abb. 3 dargestellt. 4 - Abb. XNUMX.
Durchgezogene Linien zeigen zusätzliche Drahtbrücken (12 Stück), die von der Seite der Teile auf der Platine installiert sind. Die Widerstände R4 – R15 sind in vertikaler Position montiert. Ihre oberen Anschlüsse sind durch ein Stück Montagedraht verbunden, das an die Kontaktfläche des gedruckten Leiters angelötet ist, der zu den Anoden der Dioden VD3 und VD4, der Zwei-Anoden-Zenerdiode VD2 und (über eine Drahtbrücke) mit der führt Kollektor des Regeltransistors VT1 des Spannungsstabilisators. Um zu verhindern, dass sich die Anzeigeleitungen miteinander verbinden, werden Stücke eines Isolierschlauchs darauf gesteckt. Unter dem Quarzresonator wird eine Textolithscheibe platziert. Der Magnetkreis des Transformators TS1 des Spannungswandlers ist ein M2000NM-Ferritring der Größe K1bX10X4,5 (im Bausatz enthalten). Die Wicklungen I und II enthalten jeweils 20 Windungen, III und IV jeweils 65 Windungen, Wicklung V-225 Windungen aus Draht PEV-2 0,14. Im Diagramm sind die Anfänge der Wicklungen durch Punkte gekennzeichnet. Die Drähte der Wicklungen I-IV werden in einer Richtung auf den Ringkörper gewickelt, während die Wicklung II eine Fortsetzung der Wicklung I und die Wicklung IV eine Fortsetzung der Wicklung III sein muss. Um ein Einschalten der Wicklungen zu vermeiden, wird empfohlen, jedes Wicklungspaar (I und II, III und IV) mit einem Stück Draht der entsprechenden Länge zu wickeln, in zwei Hälften zu falten, dann die Teile abzuschneiden und zu verbinden, sodass einer von ihnen entsteht ist eine Fortsetzung des zweiten. Der Knotenpunkt ist eine Anzapfung aus der Mitte eines in Reihe geschalteten Wicklungspaares (für die Wicklungen I und II – Anzapfung 4, für die Wicklungen III und IV – Anzapfung 7). Zunächst muss der Ferritring mit einem 5 mm breiten lackierten Stoffstreifen über den gesamten Durchmesser umwickelt, sein Ende mit BF-2-Kleber befestigt und mit einem Drahtschiffchen der Draht der Wicklungen I und II aufgewickelt werden. Dann werden die Wicklungen III und IV gewickelt, indem man sie mit einem Streifen lackierten Stoffs umwickelt. Der Wicklungsdraht V wird zuletzt gewickelt, nachdem zuvor die vorherigen Wicklungen mit lackiertem Stoff umwickelt wurden, und dann die V-Wicklung. Der fertige Transformator wird mit BF-2-Kleber auf der Platine befestigt (es wird nicht empfohlen, zur Befestigung Metallklammern, Klammern oder Bolzen zu verwenden) und die Leitungen seiner Wicklungen werden an die entsprechenden stromführenden Pads der Leiterplatte angelötet. Der Mikroschaltkreis wird zuletzt auf der Platine montiert, wobei Maßnahmen getroffen werden, um einen möglichen Ausfall aufgrund elektrostatischer Aufladung der Anschlüsse oder Überhitzung beim Löten auszuschließen. Um einen versehentlichen Ausfall des Mikroschaltkreises durch statische Elektrizität zu verhindern, ist es notwendig, dass die elektrischen Potentiale der Leiterplatte, des Lötkolbens und des Körpers des Installateurs selbst gleich sind. Dazu werden mehrere Windungen blanken Drahtes auf einen Kunststoff- (oder Holz-)Griff des Lötkolbens gewickelt oder eine Weißblechplatte darauf befestigt und über einen Widerstand mit einem Widerstand von 100 ... 200 verbunden (Draht oder Platte). kOhm zur Spitze und allen anderen Metallteilen des Lötkolbens. Halten Sie sich bei der Montage mit der freien Hand am stromführenden Stromleiter der Platine fest. Während des Lötens sollte die Dauer, in der der Lötkolben jeden Ausgang des Mikroschaltkreises berührt, 3 s nicht überschreiten, und der Lötkolben selbst ist zu diesem Zeitpunkt vom Stromnetz getrennt. Die Nichteinhaltung dieser im Allgemeinen einfachen Anforderungen kann sich negativ auf die Mikroschaltung auswirken. Nach Abschluss der Installation sorgfältig mit dem Schaltplan der Uhr vergleichen, mit einer Metallnadel oder einem sauberen, fusselfreien Tuch Schmutz, Flussmittelrückstände, Lottröpfchen von der Leiterplatte zwischen stromführenden Leiterbahnen und Pads entfernen und nur Schließen Sie anschließend die Stromquelle an die Uhr an. Als externe Stromquelle kann nahezu jeder Vollweggleichrichter mit einer Ausgangsspannung von ca. 12 V bei einem Laststrom von mindestens 200 mA dienen. Unmittelbar nach dem Anschließen der Stromversorgung sollten in den Anzeigen Zufallszahlen erscheinen, was ein Zeichen dafür ist, dass die Uhr funktioniert. Um die Uhr zurückzusetzen und zu starten, müssen Sie gleichzeitig die Tasten SB1 „K“ und SB2 „C“ drücken und dann die Taste „K“ loslassen. Ab diesem Moment beginnt der Countdown der Sekunden – die Uhr funktioniert wie eine Stoppuhr. Als nächstes müssen Sie die Taste SB2 „C“ drücken und gleichzeitig oder getrennt durch Drücken der Tasten SB5 „H“, SB4 „M“ die Stunden und Minuten der aktuellen Uhrzeit auf den Anzeigen einstellen. Wenn Sie danach die SB2-Taste „C“ erneut drücken, zeigen die Anzeigen die Sekunden der aktuellen Uhrzeit an. Um die Zeit für das Tonsignal (Wecker) einzustellen, müssen Sie die SB3-Taste „B“ drücken, abwechselnd die Tasten „H“ und „M“ drücken, die gewünschte Zeit am Anzeigeblock einstellen und die Taste „B“ loslassen . Wenn die aktuelle Uhrzeit mit dem eingestellten Wert übereinstimmt, sollte ein intermittierendes Alarmsignal erscheinen, das durch Drücken der Taste „B“ ausgeschaltet werden kann. Um die Uhr als Stoppuhr zu verwenden, drücken Sie bei gedrückter Taste „C“ die Taste „K“ und lassen Sie sie sofort wieder los. Gleichzeitig wird aber auch die aktuelle Uhrzeit zurückgesetzt, deren Wert mit den Tasten „H“ und „M“ wiederhergestellt wird. Wenn die Uhr während des Betriebs durchläuft oder umgekehrt zurückbleibt, können Sie ihren Lauf korrigieren, indem Sie die Frequenz des Generators mit dem Kondensator C1 anpassen. Das Design des Uhrengehäuses ist beliebig. Es empfiehlt sich, ein rechteckiges Loch in der Vorderwand, durch das die Indikatoren sichtbar sind, mit organischem Glas oder blauer oder grüner Folie abzudecken. Es kann vorkommen, dass die Leuchtelemente der Anzeigeziffern der montierten Uhr flackern und die Piezokeramikglocke unaufhörlich unregelmäßige Töne von sich gibt. Der Grund dafür ist die Erregung des Mikroschaltkreises. Um dieses Phänomen zu beseitigen, ist es notwendig, den Stromversorgungskreis der Mikroschaltung mit einem Keramikkondensator mit einer Kapazität von 0,047 oder 0,068 μF zu blockieren und ihn zwischen seinen Klemmen 12 und 15 oder parallel zum Ausgang des Spannungsreglers (in) anzuschließen Abb. 2 - Kondensator C7 gestrichelt dargestellt). Der zweite kleine Nachteil bei der Bedienung der Uhr ist das hörbare Geräusch einer nicht angeschlossenen Piezokeramik-Glocke. Die Ursache liegt in einer unzureichenden Glättung der Stromwelligkeit am Ausgang des Vollweggleichrichters VD3 – VD6. Um dieses Phänomen zu beseitigen, ist es erforderlich, den Elektrolytkondensator C3 auszutauschen oder einen Kondensator mit einer Kapazität von 5 ... 10 μF für eine Spannung von mindestens 50 V parallel anzuschließen. Der größte Nachteil der aus den Teilen des Elektronika-1-Funkdesigners zusammengesetzten Uhr ist der große unproduktive Energieverlust der Stromquelle. Tatsache ist, dass der Transistorwandler zusammen mit einem Spannungsstabilisator, der die Mikroschaltung und die Anodenkreise der Vorzeichenanzeiger speist, einen Strom von nicht mehr als 12 mA aus einer 15-V-Quelle und die Glühfäden aller Anzeigen nicht mehr als 190 mA verbraucht . . Insgesamt gerundet 200 mA bzw. leistungsmäßig 2,4 Watt. Damit die Spannung an den Glühfäden der Indikatoren jedoch innerhalb von 0,85 ... 1 V liegt, werden sie über den Widerstand R18 mit Strom versorgt, der eine Überspannung von etwa 11 V löscht Der Takt der Stromquelle wird nutzlos für die Erwärmung dieses Widerstands aufgewendet. Wie können diese unproduktiven Verluste an Stromversorgungsenergie vermieden werden? Soll die Uhr in einem Auto betrieben und von dessen Batterie gespeist werden, kann am Transformator TS1 des Wandlers eine zusätzliche Sekundärwicklung vorgesehen werden, die die Glühfäden der Schilderanzeiger direkt mit Strom versorgen soll. Es stellt sich heraus, dass der Widerstand R18 ein zusätzliches Teil ist, das entfernt wurde.
Um die Uhr zu Hause mit Strom zu versorgen, muss natürlich ein Netzteil verwendet werden, das für die separate Stromversorgung der Schaltkreise der Mikroschaltung und der Glühfäden der Anzeigen ausgelegt ist, wodurch auch der Widerstand R18 entfällt. Die Berechnung von Netzstromversorgungen wurde in der Zeitschrift Radio und in den VRL-Sammlungen wiederholt beschrieben (siehe beispielsweise B. Ivanovs Artikel „Homemade Power Supply“ in der VRL-Sammlung, Nr. 84).
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