Электронно-механические часы на основе шагового искателя
М.Колодочкин, г.Москва
В эпоху нанотехнологий и микроэлектроники лично для меня особую притягательность сохранили электромеханические изделия. Рядом с микрочипами они выглядят эдакими золотыми червонцами на фоне пластиковых банковских карт. Именно поэтому, обнаружив в радиохламе "древний" шаговый искатель, мне захотелось по дарить ему новую жизнь. На этот раз — в облике электронно-механических стрелочных часов.
Движущий механизм шагового искателя состоит из электромагнита с якорем, пружины и собачки. При поступлении импульса тока в обмотку электромагнита якорь притягивается к его сердечнику. При этом собачка опускается и переходит из паза одного зуба храповика в паз следующего. По окончании импульса тока якорь с помощью возвратной пружины возвращается в исходное положение, собачка поднимается и поворачивает храповик на один зуб. Положение храповика, а вместе с ним и ротора фиксирует стопорная пружина. Очередной импульс тока поворачивает ротор ещё на один шаг. В связи с преклонным возрастом моего шагового искателя указать его наименование могу лишь ориентировочно — ШИВ-25/4.
Впрочем, сейчас это не имеет значения: главное, что его направление вращения со стороны ротора — по часовой стрелке.
Для превращения шагового искателя в часы остаётся жёстко соединить его ротор с валом минутной стрелки ка-кого-нибудь часового механизма, в котором уцелели шестерни, связывающие минутную и часовую стрелки. Все контактные группы шагового искателя за ненадобностью удаляют.
Число зубьев на храповике моего шагового искателя — 52. Следовательно, чтобы ротор сделал полный оборот, нужно подать на обмотку электромагнита указанное число импульсов. Именно поэтому в часе будет 52 минуты , а необходимый период следования будет не одна секунда, а Т=3600/52 =69,230769 с. Для часов, имеющих декоративный характер, это можно считать вполне допустимым, кроме того, на точности хода это никак не сказывается.
Схема устройства показана на рис. 1. Задающий генератор с кварцевой стабилизацией частоты собран на элементах DD1.1 и DD1.2. Элемент DD1.3 — буферный. При использовании кварцевого резонатора на частоту 1000 кГц потребуется коэффициент деления частоты 69230769. Понятно, что для шагового искателя другого типа это число может измениться. Делитель частоты с требуемым коэффициентом деления собран на счётчиках DD2 и DD3 и монтажном логическом элементе И на диодах VD2—VD8, резисторе R3 и D-триггере DD4.1.
Аноды диодов VD2—VD8 подключены к D-входу триггера DD4.1, в который по нарастанию импульса с выхода 2° счётчика DD2 записывается логический уровень, присутствующий на входе D (вывод 9) триггера. Когда на выходах счётчиков, к которым подключены катоды диодов VD2—VD8, будет высокий уровень, он появится и на входе D триггера DD4.1, и на его выходе. Этот сигнал обнуляет счётчики и переводит триггер DD4.2 в состояние с низким уровнем на инверсном выходе (вывод 2). В этот момент на выходе элемента DD1.4 появится высокий уровень, который откроет транзисторы VT1 и VT2, и питающее напряжение поступит на обмотку электромагнита Y1 шагового искателя. Через 0,5 мкс высокий уровень с выхода элемента DD1.3 возвратит триггер DD4.1 в исходное состояние, и счёт импульсов задающего генератора начнётся заново. А через секунду с небольшим сигнал с выхода 26 счётчика DD3 вернёт триггер DD4.2 в исходное состояние, и обмотка электромагнита будет обесточена. Далее цикл повторяется с требуемой периодичностью около 69 с.
Следует пояснить, как получить требуемый коэффициент деления. Катоды указанных диодов для получения требуемого коэффициента деления подключены к соответствующим выходам счётчиков DD2 и DD3. Чтобы определить эти выходы, надо перевести число, соответствующее коэффициенту деления, в двоичный код 69230769= 100001000000110000010110001. Диоды подключают к выходам тех разрядов, на которых присутствует 1. Поскольку младший разряд счётчика DD2 уже подключён к триггеру DD4.1, потребуются семь диодов (по числу оставшихся единиц в коэффициенте деления в двоичном коде). Катоды диодов подключают к выходам пятого (24), шестого (25), восьмого (27) и четырнадцатого (213) разрядов счётчика DD2 и выходам первого (2°), восьмого (27) и тринадцатого разрядов (212) счётчика DD3.
Точность хода часов задаётся кварцевым генератором. Строго говоря, желательно точно подстроить его частоту под требуемый период следования выходных импульсов, который в нашем случае не определяется круглым числом. Однако удалось обойтись без подстроечных конденсаторов, поскольку реальная частота моего экземпляра кварцевого резонатора РК 170 на практике оказалась чуть меньше номинальной.
Цепь питания электромагнита (резистор R2 и два конденсатора С1 и С2 по 10000 мкФ) подключена к общему выпрямительному мосту VD1. В момент срабатывания эти конденсаторы обеспечивают резкий бросок тока через обмотку электромагнита, гарантируя помехоустойчивость устройства.
Большинство элементов смонтированы на макетной монтажной плате с применением проводного монтажа (рис. 2). Применены резисторы МЯТ, С2-23, оксидные конденсаторы — импортные, диодный мост — любой с максимально допустимым током не менее 250 мА, его можно собрать из отдельных диодов, например 1N4007. Диоды КД522Б можно заменить любыми маломощными малогабаритными. Над электромагнитом пришлось поколдовать. Он был рассчитан на напряжение 24...32 В, а я хотел обойтись сетевым адаптером с выходным переменным напряжением 12... 15 В. Поэтому обмотку электромагнита пришлось перемотать до заполнения каркаса более толстым проводом — ПЭВ-2 0,7. Применён адаптер TEAC-48-121000V с выходным переменным напряжением 12 В. Поскольку электромагнит доступен, начальную установку времени можно осуществлять нажатиями на его якорь.
Радио 7/2015