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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Orologio retrò. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Orologi, temporizzatori, relè, interruttori di carico L'autore dell'articolo, avendo deciso di "ricordare la sua giovinezza", ha realizzato un originale orologio da tavolo elettronico utilizzando indicatori di scarica di gas e altri componenti prodotti nell'ultimo quarto del secolo scorso. Probabilmente, qualsiasi radioamatore (soprattutto la vecchia generazione) concorderà sul fatto che per lui un orologio elettronico non è solo un prodotto fatto in casa, ma un prodotto utile per tutta la famiglia. All'inizio delle sue attività radioamatoriali, ogni radioamatore (e anch'io, ovviamente) collezionava diversi orologi. Ma è successo molto tempo fa, quando gli orologi elettronici, anche nella custodia più semplice e primitiva, o anche senza di essa, erano qualcosa di straordinario... Quando a metà degli anni '90 l'industria lanciò il kit "Start", che conteneva tutto il necessario per un orologio, compreso un circuito stampato, il boom della produzione di orologi superò tutti i record. Nel nostro dormitorio dell'Istituto di radioelettronica, su tutte le pareti erano appesi orologi senza cassa, assemblati da esso. Ma quei giorni sono irrimediabilmente passati. Oggi il commercio offre una scelta così ampia di orologi diversi che sembra che non si riesca a trovare nulla di originale. Non dirò assolutamente nulla dell'edificio fatto in casa, paragonabile a quello industriale. Non tutti possono farcela. Ecco perché non avevo intenzione di prendere altri orologi. Tuttavia, circa un anno fa ho visto su Internet la fotografia di un orologio con indicatori di scarica di gas IN-16 (Fig. 1). Nonostante tali indicatori siano diventati obsoleti da tempo, l'orologio sembrava interessante, insolito e molto nostalgico. Tre circostanze mi hanno spinto a intraprendere la produzione di tali orologi. Innanzitutto, ha un aspetto interessante. In secondo luogo, il corpo è molto semplice da realizzare. E in terzo luogo, ho già da molto tempo degli indicatori di scarica di gas, destinati specificatamente agli orologi. Ma poi non ho cominciato a guardarli, perché è apparso il set "Start" con il suo grande e sorprendente indicatore IVL1-7/5, in confronto al quale gli indicatori di scarico del gas sembravano sgradevoli.
Ma poi la ruota della storia fece un altro giro, gli orologi con indicatore di scarico del gas iniziarono a essere considerati “retrò” e divennero di moda. Ora il magico colore arancione e la forma semplice dei numeri degli indicatori di scarico del gas sembrano originali e ammalianti anche al buio. Naturalmente, è sorta la domanda: assemblare un orologio su un microcontrollore o su normali microcircuiti per orologi? Naturalmente, un orologio su un microcontrollore ha più capacità. Possono mostrare l'anno, il mese e il giorno della settimana, possono avere diversi allarmi, controllare elettrodomestici e molto altro. Ma poiché stavo progettando un “orologio retrò”, ho deciso che sarebbe stato giusto che fosse “retrò” anche all’interno. Nonostante l'apparente complessità, gli orologi sviluppati sono facili da produrre e configurare, perché sono assemblati su microcircuiti specializzati "orologi". Molte persone hanno questi microcircuiti sullo scaffale: è un peccato buttarli via, ma non c'è nessun posto dove usarli. Se non sono in vecchie scorte, sono ancora disponibili per la vendita e sono poco costosi. Transistor e diodi ad alta tensione possono essere rimossi da lampade a risparmio energetico difettose. Pertanto, il costo di un set di parti per tali orologi è minimo. Quasi chiunque può ripeterli. I circuiti dell'orologio sui microcircuiti "orologio" sono ben noti ai radioamatori. Ma i modelli noti non prevedono l'indicazione dei secondi e le ore e i minuti vengono visualizzati su indicatori LED o luminescenti a vuoto. Pertanto, è stato necessario coordinare i microcircuiti dell'orologio con gli indicatori di scarica di gas e aggiungere un'unità di indicazione dei secondi. Il risultato è stato un dispositivo composto da quattro schede: contatore del tempo (schema in Fig. 2), indicazione di ore e minuti (schema in Fig. 3), interruttori ad alta tensione e alimentatore (schema in Fig. 4), conteggio e indicazione dei secondi (schema in Fig. 5). I circuiti di ingresso e uscita di queste schede con lo stesso nome devono essere collegati tra loro.
I microcircuiti K176IE12 (DD2) e K176IE13 (DD3) sono progettati specificamente per funzionare insieme negli orologi. Non descriverò in dettaglio lo scopo di tutti i pin di questi microcircuiti: queste informazioni possono essere trovate in dozzine, se non centinaia di fonti. Mi soffermerò solo su alcuni necessari ai radioamatori principianti per comprendere il circuito dell'orologio e configurarlo. Il chip DD2 produce impulsi dei secondi e dei minuti. Vengono inviati al chip DD3, che contiene i contatori dei minuti, delle ore e un registro di memoria della sveglia con un dispositivo per l'attivazione dell'allarme sonoro in un determinato momento. Un risonatore al quarzo ZQ12 ad una frequenza di 13 Hz con gli elementi necessari affinché l'oscillatore interno del microcircuito funzioni con esso è collegato ai pin 2 e 1 del microcircuito DD32768. Un tale risonatore è chiamato “in senso orario”. Il condensatore C1 è necessario per la regolazione precisa della frequenza dell'oscillatore, da cui dipende la precisione dell'orologio. Sul pin 14 del chip DD2 questa frequenza può essere monitorata con un frequenzimetro. Gli ingressi di configurazione iniziale per i contatori del chip DD2 (pin 5 e 9) sono collegati all'uscita corrispondente (pin 4) del chip DD3. Quando si preme il pulsante di correzione temporale SB1, il segnale proveniente dal chip DD3 ripristinerà questi contatori. Attraverso un convertitore di livello sul transistor VT20, viene fornito agli ingressi l'impostazione iniziale dei contatori di unità di secondi DD6 e decine di secondi DD8 (Fig. 5). L'indicazione di ore e minuti nel dispositivo in questione è dinamica. Ciò significa che ciascun indicatore è acceso solo nell'intervallo di tempo in cui il codice numerico che dovrebbe essere visualizzato su questo particolare indicatore è impostato sui pin 13, 14, 15, 1 del microcircuito DD3. I segnali dai pin 3, 1, 15, 2 del microcircuito DD2, che controllano l'accensione alternata degli indicatori HG1-HG4, vengono forniti agli interruttori ad alta tensione montati sui transistor VT9-VT12, VT14, VT15, VT17, VT18 ( vedere Fig. 4). Questi interruttori applicano alta tensione di polarità positiva agli anodi degli indicatori. Ma poiché invertono i segnali di controllo, devono essere nuovamente invertiti prima di essere inviati ai tasti. A questo scopo sono predisposti gli inverter DD1.1 - DD1.4 (vedi fig. 2). Al pin 4, il microcircuito DD2 genera secondi impulsi che vanno al proprio ingresso C (pin 7). Gli stessi impulsi, attraverso un convertitore di livello sul transistor VT19 (Fig. 5), vengono forniti all'ingresso del contatore dei secondi sul chip DD6. Il segnale dall'uscita 8 (pin 11) di questo contatore va all'ingresso del contatore delle decine di secondi sul chip DD8. I segnali dalle uscite dei bit di entrambi i contatori vengono inviati ai decodificatori ad alta tensione DD7, DD9 e quindi agli indicatori HG5, HG6. Pertanto l'indicazione delle unità e delle decine di secondi non è dinamica, ma statica. Gli impulsi secondari vengono applicati anche all'ingresso dell'interruttore ad alta tensione sul transistor VT8, che controlla la lampada al neon HL1. Nella versione finale dell'orologio, ho abbandonato il punto che lampeggia ogni secondo, ma non ho rimosso il nodo corrispondente dal diagramma. È possibile che qualcuno voglia un punto del genere sul proprio orologio. L'opzione che ho utilizzato per aggiungere un contatore e un indicatore dei secondi all'orologio ha una caratteristica. Poiché i contatori K155IE2 e K155IE4 cambiano il loro stato in base al declino degli impulsi in ingresso, la commutazione dei secondi avviene mezzo secondo dopo rispetto alla commutazione dei minuti da parte del contatore del chip DD3. Tuttavia, ciò è evidente solo quando il 59° secondo passa a zero. Non lo consideravo uno svantaggio. Lasciamoli pensare che dovrebbe essere così, perché l'orologio non è ordinario, ma “retrò”. Il pin 6 del chip DD3 è l'ingresso del segnale di correzione del clock. L'uscita del segnale acustico della sveglia è il pin 7. Da esso, il segnale va all'amplificatore di potenza sui transistor VT6 e VT7 e quindi all'emettitore sonoro HA1. Come già accennato, dai pin 13, 14, 15, 1 del microcircuito DD3, il codice numerico viene fornito tramite convertitori di livello (transistor VT1-VT4) agli ingressi informazioni del registro di memoria: il quad D-trigger DD4. La scrittura su questo registro avviene sulla base di un segnale proveniente dal pin 12 del microcircuito DD3, passato attraverso un convertitore di livello sul transistor VT5. Dalle uscite del registro, i codici delle cifre delle ore e dei minuti vengono inviati a un decodificatore comune DD5 (vedi Fig. 3), le cui uscite sono collegate ai catodi combinati con lo stesso nome indicatori HG1-HG4. I terminali dei catodi indicatori non utilizzati non devono in nessun caso essere lasciati scollegati, altrimenti potrebbe verificarsi un bagliore parassita dei numeri corrispondenti. Per controllare il funzionamento dell'orologio, vengono utilizzati i pulsanti SB1-SB4 e l'interruttore a pulsante SA1 (accendono e spengono il suono della sveglia). I pulsanti SB2 e SB3 vengono utilizzati per impostare rispettivamente i minuti e le ore, mentre il pulsante SB4 viene utilizzato per impostare l'orario della sveglia. Quando si preme il pulsante SB4, gli indicatori mostrano questa volta. Per modificarlo è necessario premere i pulsanti SB2 e SB3 senza rilasciare il pulsante SB4. Il pulsante SB1 consente di regolare le letture dell'orologio, per cui deve essere premuto qualche secondo prima della fine effettiva dell'ora corrente. In questo caso il conteggio del tempo si fermerà. I contatori interni dei minuti e dei secondi dei chip DD2 e DD3, nonché i contatori DD6 e DD8 verranno ripristinati. Se il numero di minuti al momento dell'arresto fosse inferiore a 40, il valore nel contaore del chip DD3 non cambierà, altrimenti aumenterà di uno. Al segnale orario esatto si dovrà rilasciare il pulsante SB1, dopodiché il conteggio del tempo continuerà. Sfortunatamente, quando viene premuto il pulsante SB1, il numero su alcuni indicatori rimane acceso. Per non complicare l'orologio, non ho realizzato un'unità per spegnere tutti gli indicatori, poiché questo non può essere considerato uno svantaggio di un orologio retrò. Tuttavia, è possibile aggiungere ad essi tale unità assemblandola secondo lo schema mostrato in Fig. 24 in [1]. Come già notato, nell'orologio proposto l'indicazione delle ore e dei minuti è dinamica, mentre quella dei secondi è statica. Per garantire che la luminosità degli indicatori HG5 e HG6 non differisca dalla luminosità degli indicatori HG1-HG4, i valori dei resistori R25 e R26 nei circuiti anodici degli indicatori HG5 e HG6 vengono aumentati a 150 kOhm. Per mancanza di spazio nella cassa dell'orologio, ho realizzato l'alimentazione utilizzando un circuito senza trasformatore. Pertanto tutte le parti dell'orologio sono sotto tensione di rete. Durante la loro installazione, è necessario prestare particolare attenzione [2]. Se, quando si ripete il progetto, c'è spazio nella custodia per un trasformatore step-down, consiglio di utilizzare un alimentatore a trasformatore. L'avvolgimento secondario del trasformatore dovrebbe essere progettato per una tensione di circa 12 V con una corrente di carico di 150...200 mA. In questo caso, il condensatore C8, il resistore R9 e il diodo zener VD7 sono esclusi dal circuito. Un'altra opzione è quella di utilizzare un alimentatore switching stabilizzato a distanza da 9 o 12 V. Tali unità sono generalmente simili nel design ai caricabatterie dei telefoni cellulari e vengono utilizzate ovunque. Quando si utilizza un'alimentazione a 12 V, il condensatore C8, il resistore R9, il ponte a diodi VD6 e il diodo zener VD7 sono esclusi dal circuito. La tensione di uscita dell'alimentatore, rispettando la polarità, viene fornita al condensatore C9. Se si utilizza un'alimentazione a 9 V, oltre agli elementi elencati nel paragrafo precedente, sono esclusi dal circuito anche il transistor VT13, la resistenza R14 e il diodo zener VD9, e l'anodo del diodo VD10 è collegato al terminale positivo del condensatore C9. La grande capacità del condensatore C10 consente all'orologio di funzionare per un po' di tempo dopo un'interruzione di corrente. Il diodo VD10 interrompe gli altri circuiti dal condensatore C10, consentendogli di spendere l'energia immagazzinata solo per alimentare i microcircuiti DD1-DD3. Con una capacità di 2200 μF indicata nel diagramma, l'orologio continua a funzionare per più di 10 minuti. Ciò è sufficiente non solo per evitare errori di lettura, ma anche, ad esempio, per spostare l'orologio da una stanza all'altra. L'articolo [3] contiene dati sperimentali sulla dipendenza della durata dell'orologio dalla capacità di questo condensatore. Se hai ancora bisogno di energia di riserva, studia l'articolo [3]: il suo autore offre diverse opzioni. E se non ti piace il suono della sveglia del tuo orologio, puoi montarne un'altra utilizzando gli schemi di [3] e [4]. In [5] esiste anche una versione di una sveglia su un chip sintetizzatore musicale UMS [6]. Nella fig. La Figura 6 mostra i circuiti stampati su cui è assemblato l'orologio. Non fornisco i loro disegni, perché sia il circuito dell'orologio che i circuiti stampati sono stati più volte cambiati e modificati. Ad esempio, quando ho deciso di aggiungere un indicatore dei secondi al mio orologio, non ho progettato un nuovo pannello, ma ne ho semplicemente attaccato uno aggiuntivo al pannello indicatore di ore e minuti esistente. Ci sono stati cambiamenti anche in altri consigli. Poiché l'orologio è stato realizzato in un unico esemplare, non ho rielaborato i circuiti stampati per tenere conto delle modifiche.
Invece del microcircuito K176IE12, puoi utilizzare K176IE18, ma il suo circuito di connessione è diverso. Invece del microcircuito K176LA7 nell'orologio descritto, è consentito utilizzare K176LE5 e non saranno necessarie modifiche al circuito. Basta non dimenticare che tale sostituzione diventerà impossibile se si decide di realizzare un'unità di spegnimento dell'indicatore secondo lo schema dell'articolo [1]. Invece del grilletto D quad K155TM7, è possibile utilizzare il K155TM5. L'utilizzo del microcircuito K155TM7 è spiegato solo dal fatto che lo avevo in stock. L'ho installato nell'orologio, lasciando libere le uscite inverse dei trigger. Molte parti possono essere ricavate da alimentatori elettronici di lampade a risparmio energetico difettose. Ad esempio, da esso è stato prelevato un condensatore di ossido di piccole dimensioni C7. La sua capacità può variare da 2,2...10 µF. I transistor ME13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009 utilizzati nei reattori possono essere utilizzati al posto del KT605A. Tra i transistor domestici, KT604A è adatto per sostituirli. È inoltre possibile utilizzare due gruppi di transistor K166NT1A, il che complicherà in qualche modo lo sviluppo di un circuito stampato, ma ne ridurrà le dimensioni. Infine, dai reattori difettosi puoi prendere i diodi 1N4007, che sostituiranno tutti i diodi dell'orologio (ad eccezione dei diodi zener). Puoi anche assemblare un ponte a diodi da loro invece di KTs407A. Tra i diodi domestici, altri diodi al silicio a bassa potenza con una tensione inversa consentita di 102 V o più, ad esempio KD300A, KD104B-KD105D, sono adatti in sostituzione dei diodi KD105B. Nel caso in esame, i diodi KD102A possono essere sostituiti con qualsiasi diodo al silicio a bassa potenza. Se le dimensioni della scheda lo consentono, al posto del ponte a diodi KTs407A è possibile utilizzare KTs402 o KTs405 con qualsiasi indice di lettera. I transistor KT315G e KT361G possono essere sostituiti da transistor della stessa serie con qualsiasi indice di lettera o altri transistor al silicio a bassa potenza della struttura corrispondente con una tensione collettore-emettitore consentita di almeno 15 V. Invece del transistor KT815G, sono adatti i transistor delle serie KT815, KT817, KT819 con qualsiasi indice. Tuttavia, per motivi di dimensioni, è preferibile utilizzare i transistor della serie KT819 in una custodia di plastica (senza l'indice M). Poiché l'ingresso del regolatore di tensione a 5 V è 12 V, il transistor VT16 genera una quantità significativa di calore. Pertanto, deve avere un dissipatore di calore, che può essere di qualsiasi tipo. Ad esempio, una piastra di alluminio con uno spessore di diversi millimetri e una superficie di almeno 15...20 cm2. Pulsanti SB1-SB4: tutti quelli che si adattano alla cassa dell'orologio. Al posto dell'interruttore a pulsante SA1, nelle stesse condizioni è possibile utilizzare qualsiasi interruttore a cursore o a leva. L'emettitore sonoro HA1 è una capsula telefonica con una resistenza di almeno 50 Ohm. Se lo spazio nel case lo consente, è possibile utilizzare una testina dinamica di piccole dimensioni collegandola tramite un trasformatore di uscita da un qualsiasi ricevitore a transistor. Allo stesso tempo, il volume del segnale di allarme aumenterà in modo significativo. Il condensatore di spegnimento C8 è composto da tre condensatori K73-17 con una capacità di 1 μF per una tensione costante di 630 V, collegati in parallelo. Possono essere posizionati in qualsiasi spazio libero della custodia. Tieni presente che non tutti i condensatori sono adatti come condensatori di spegnimento. Ad esempio, i condensatori BM, MBM, MBGP, MBGC-1, MBGC-2 non possono essere utilizzati [7]. Se le dimensioni dell'alloggiamento lo consentono, è possibile utilizzare i condensatori MBGCH o K42-19 per una tensione di almeno 250 V o MBGO per una tensione di almeno 400 V. La realizzazione della cassa dell'orologio dovrebbe essere affrontata con la massima cura, poiché da essa dipende l'impressione che l'orologio farà ad amici e conoscenti. Successivamente indico le dimensioni dei miei orologi. Naturalmente possono essere modificati. Prendi una striscia di legno liscia e ben lucidata larga 50 mm e spessa 5 mm. Segare due parti lunghe 200 mm e due parti lunghe 70 mm. Consiglio di utilizzare un seghetto per metallo con denti più fini di un seghetto per legno. Prova a tagliare rigorosamente ad angolo retto. Quindi, utilizzando qualsiasi colla per legno (ad esempio PVA), incolla il telaio. Le sue dimensioni esterne sono 200x80 mm. Per realizzare un fondo luminoso è necessaria una lastra di vetro organico con uno spessore di almeno 5 mm. Segna un rettangolo delle stesse dimensioni della cornice risultante e usa anche un seghetto per metallo, cercando di tagliare rigorosamente ad angolo retto e senza fermarti, ritaglialo. Lucida le estremità della piastra e incolla il fondo risultante al telaio con la colla Moment. Sulla parete posteriore della custodia, installare i pulsanti SB1-SB4 e l'interruttore SA1, praticare dei fori per il supporto del fusibile FU1 e il cavo di alimentazione. Non dimenticare i fori di ventilazione. La parte più importante del lavoro è realizzare la copertura superiore dell'orologio in vetro colorato. Non tutti possono ritagliare da soli una copertura del genere, soprattutto con fori per gli indicatori, quindi consiglio di contattare l'officina di vetro più vicina. Sono in qualsiasi città, anche nella più piccola. Tagliano il vetro per finestre, specchi e realizzano acquari. Basta riportare lì le dimensioni esatte del coperchio e indicare con precisione i centri e i diametri dei fori per gli indicatori. Si otterrà un risultato completamente soddisfacente se il coperchio è realizzato in vetro organico, ma l'aspetto dell'orologio sarà leggermente diverso. Ma puoi realizzare tu stesso un coperchio del genere. Vale soprattutto la pena concentrarsi sui dettagli che conferiranno all'orologio prodotto ancora più fascino. Si tratta di LED blu che illuminano gli indicatori nella parte inferiore e di una striscia LED gialla che illumina il bordo posteriore della parte inferiore della cassa dell'orologio. Esistono moltissimi tipi di LED e strisce e quasi tutti possono essere utilizzati. Se qualcuno dubita che i LED debbano essere esattamente blu e il nastro giallo, non discuterò. Ogni uomo a suo gusto. Puoi sperimentare qualsiasi colore o persino utilizzare LED RGB e strisce RGB con controller telecomandati. Tali controller possono essere acquistati presso i negozi che vendono articoli elettrici. I LED HL2-HL7 sono installati sotto ciascuno dei sei indicatori. Creano un bellissimo alone blu luminoso attorno ai numeri e nella parte superiore degli indicatori: questo effetto è chiaramente visibile nella fotografia dell'aspetto dell'orologio (Fig. 7). I LED sono collegati in serie e collegati tramite un resistore di spegnimento R24 al circuito +300 V. Selezionando questo resistore, si ottiene la luminosità desiderata dei LED. I LED che ho utilizzato hanno una luminosità sufficiente anche con una corrente di 2...3 mA, quindi la potenza dissipata dal resistore non supera 0,5 W.
Naturalmente, sarebbe più sicuro alimentare i LED di retroilluminazione non con l'alta tensione, ma dall'uscita di un raddrizzatore a bassa tensione - dal condensatore C9, riducendo di conseguenza la resistenza del resistore R24. Spiegherò perché si è deciso di alimentarli con un raddrizzatore ad alta tensione anziché a bassa tensione. Sulla scheda indicatore dei secondi è già disponibile una tensione di +300 V, e per alimentare i LED HL2-HL7 a bassa tensione bisognerebbe aggiungere un filo in più. La striscia LED è composta da sezioni collegate in parallelo lunghe 50 mm, ciascuna delle quali contiene due o tre LED e un resistore collegati in serie. Per l'uso negli orologi è adatto un nastro con una tensione di alimentazione di 12 V. Separare da esso un pezzo lungo 200 mm (quattro sezioni) e incollarlo con colla trasparente sul bordo posteriore del fondo della cassa dell'orologio. Impostare la luminosità desiderata selezionando il resistore R12. Va ricordato che maggiore è la luminosità del nastro, maggiore è la corrente che consuma e maggiore dovrebbe essere la capacità del condensatore di spegnimento C8. Con una capacità di questo condensatore di 3 μF, la corrente consumata dal nastro non deve superare i 60 mA, altrimenti la tensione sul condensatore C9 scenderà al di sotto di 12 V, causando l'uscita del transistor VT13 dalla modalità operativa. Con i valori indicati nel diagramma, il nastro del mio orologio consuma esattamente lo stesso e brilla abbastanza intensamente, sebbene la tensione su di esso sia di soli 9 V. Letteratura
Autore: A. Karpachev
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