Ретрочасы

Автор статьи, решив «вспомнить молодость», изготовил ори­гинальные настольные электронные часы из газоразрядных индикаторов и других деталей, выпускавшихся в последней чет­верти прошлого века.

Вероятно, любой радиолюбитель (осо­бенно старшего поколения) согласится с тем, что электронные часы для него не просто самоделка, а полезное для всей семьи изделие. В начале своей радиолюбительской деятельности каж­дый радиолюбитель (и я, естественно, тоже) собрал по несколько ча­сов. Но это было давно, когда электронные часы, причём даже в самом простом и при­митивном корпусе, а то и во­все без него, были чем-то удивительным…

Когда в середине 90-х го­дов промышленность выпус­тила набор «Старт», в котором было всё необходимое для часов, включая печатную пла­ту, бум по их изготовлению побил все рекорды. У нас в общежитии института радио­электроники часы без корпу­сов, собранные из него, висе­ли на всех стенах.

Но те времена безвозврат­но прошли. Сегодня торговля предлагает такой широкий вы­бор разнообразнейших часов, что вроде ничего оригиналь­ного уже и не придумаешь.

Про самодельный корпус, сравнимый с промышленным, я вообще промолчу. Изготовить его под силу далеко не каж­дому. Именно поэтому я больше не пла­нировал браться ни за какие часы.

Однако около года назад я увидел в Интернете фотоснимок часов с газораз­рядными индикаторами ИН-16 (рис. 1). Несмотря на то что такие индикаторы уже давно морально устарели, часы выглядели интересно, необычно и очень ностальгически. Взяться за изготовление подобных часов меня побудили три обстоятельства. Во-первых, интересный внешний вид. Во-вторых, корпус изготовить очень просто. А в-третьих, газоразрядные индикаторы у меня с давних пор были и предназначались именно для часов. Но тогда делать на них часы я не стал, потому что появился набор «Старт» с его большим и изуми­тельным индикатором ИВЛ1-7/5, по сравнению с которым газоразрядные индикаторы выглядели неказистыми.

Рис. 1

Рис. 1

Но вот колесо истории совершило очередной поворот, часы на газораз­рядных индикаторах стали считаться «ретро» и вошли в моду. Теперь магиче­ский оранжевый цвет и простая форма цифр газоразрядных индикаторов смотрятся оригинально, а в темноте даже завораживающе.

Естественно, возник вопрос — соби­рать часы на микроконтроллере или обычных часовых микросхемах? Ко­нечно, часы на микроконтроллере обладают более широкими воз­можностями. Они могут пока­зывать и год, и месяц, и день недели, могут иметь несколь­ко будильников, управлять электроприборами и ещё много чего. Но поскольку я задумал «ретрочасы”, то ре­шил, что будет правильно, чтобы они были «ретро» и внутри.

Несмотря на кажущуюся сложность, разработанные часы просты в изготовлении и налаживании, потому что со­браны на специализирован­ных «часовых» микросхемах. Эти микросхемы у многих лежат на полке — выбросить жалко, а применить некуда. Если же их нет в старых запа­сах, то они всё ещё имеются в продаже и стоят недорого. Высоковольтные транзисторы и диоды можно выпаять из неисправных энергосберегающих ламп. Поэтому стоимость комплекта деталей для таких часов минимальна. Повторить их могут практически все желающие.

Схемы часов на «часовых» микросхе­мах хорошо известны радиолюбителям. Но в известных конструкциях не преду­смотрена индикация секунд, а часы и минуты отображаются на светодиодных или вакуумных люминесцентных инди­каторах. Поэтому пришлось согласо­вать «часовые» микросхемы с газораз­рядными индикаторами и добавить блок индикации секунд.

Рис. 2

Рис. 2

3

Рис. 3

В результате получилось устройство, состоящее из четырёх плат: счёта вре­мени (схема на рис. 2), индикации ча­сов и минут (схема на рис. 3), высоко­вольтных ключей и питания (схема на рис. 4), счёта и индикации секунд (схе­ма на рис. 5). Одноимённые входные и выходные цепи этих плат следует со­единить между собой.

Рис. 4

Рис. 4

Микросхемы К176ИЕ12 (DD2) и К176ИЕ13 (DD3) разработаны именно для совместной работы в часах. Не стану подробно описывать назначение всех выводов этих микросхем — эту ин­формацию можно найти в десятках, ес­ли не сотнях источников. Остановлюсь только на некоторых, необходимых для понимания схемы часов и их налажива­ния начинающими радиолюбителями.

Рис. 5

Рис. 5

Микросхема DD2 вырабатывает секундные и минутные импульсы. Они поступают на микросхему DD3, которая содержит счётчики минут, часов и регистр памяти будильника с устройст­вом включения звуковой сигнализации в заданное время. К выводам 12 и 13 микросхемы DD2 подключён кварцевый резонатор ZQ1 на частоту 32768 Гц с элементами, необхо­димыми для работы с ним внутреннего генератора микросхемы. Такой резо­натор так и называют — «часовой». Конденсатор С1 необходим для точной подстройки частоты генератора, от которой зависит точность хода часов. На выводе 14 микросхемы DD2 эту час­тоту можно проконтролировать часто­томером.

Входы начальной установки счётчи­ков микросхемы DD2 (выводы 5 и 9) соединены с соответствующим выхо­дом (выводом 4) микросхемы D03. При нажатии на кнопку коррекции времени SB1 сигнал с микросхемы DD3 обнулит эти счётчики. Он же через преобразова­тель уровня на транзисторе VT20 посту­пает на входы начальной установки счётчиков единиц секунд DD6 и десят­ков секунд DD8 (рис. 5).

Индикация часов и минут в рассмат­риваемом устройстве — динамическая. Это означает, что каждый индикатор включён только в том интервале време­ни, когда на выводах 13, 14, 15, 1 микро­схемы DD3 установлен код цифры, кото­рая должна отображаться именно на включён только в том интервале време­ни, когда на выводах 13, 14, 15, 1 микро­схемы DD3 установлен код цифры, кото­рая должна отображаться именно на этом индикаторе. Сигналы с выводов 3, 1, 15, 2 микросхемы D02, управляющие поочерёдным включением индикаторов HG1—HG4, поступают на высоковольт­ные ключи, собранные на транзисторах VT9—VT12, VT14, VT15, VT17, VT18 (см. рис. 4). Эти ключи подают высокое напряжение положительной полярности на аноды индикаторов. Но поскольку они инвертируют управляющие сигна­лы, их перед подачей на ключи необхо­димо инвертировать ещё раз. Для этого предназначены инверторы DD1.1 — DD1.4 (см. рис. 2).

На выводе 4 микросхема DD2 гене­рирует секундные импульсы, идущие на её же вход С (вывод 7). Эти же импульсы через преобразователь уровня на тран­зисторе VT19 (рис. 5) поступают на вход счётчика единиц секунд на микросхеме DD6. Сигнал с выхода 8 (вывода 11) этого счётчика поступает на вход счёт­чика десятков секунд на микросхеме DD8. Сигналы с выходов разрядов обо­их счётчиков поданы на высоковольтные дешифраторы DD7, DD9 и далее на индикаторы HG5, HG6. Таким образом, индикация единиц и десятков секунд не динамическая, а статическая.

Секундные импульсы поданы и на вход высоковольтного ключа на транзи­сторе VT8, который управляет неоновой лампой HL1. В окончательной версии часов от мигающей каждую секунду точки я отказался, но не стал удалять соответствующий узел из схемы. Воз­можно, что кто-нибудь захочет, чтобы в его часах такая точка была.

У использованного мной варианта добавления к часам счётчика и индика­тора секунд есть одна особенность. Поскольку счётчики К155ИЕ2 и К155ИЕ4 изменяют своё состояние по спадам входных импульсов, переключение се­кунд происходит на полсекунды позже, чем переключение минут счётчиком микросхемы DD3. Впрочем, это заметно лишь при смене 59-й секунды нулевой. Я не счёл это недостатком. Пусть думают, что так и должно быть, часы ведь не обычные, а «ретро».

Вывод 6 микросхемы DD3 — вход сигнала коррекции показаний часов. Выход звукового сигнала будильника — вывод 7. С него сигнал поступает на усилитель мощности на транзисторах VT6 и VT7 и далее на излучатель звука НА1.

Как уже упоминалось, с выводов 13, 14, 15, 1 микросхемы DD3 код цифры поступает через преобразователи уровней (транзисторы VT1—VT4) на информационные входы запоминающе­го регистра — счетверённого D-триггера DD4. Запись в этот регистр про­исходит по сигналу с вывода 12 микро­схемы DD3, прошедшему через пре­образователь уровня на транзисторе VT5.

С выходов регистра коды цифр часов и минут поступают на общий дешифратор DD5 (см. рис. 3), выходы которого соединены с объединённы­ми одноимёнными катодами индикаторов HG1—HG4. Выводы неисполь­зуемых катодов индикаторов ни в коем случае не следует оставлять неподключёнными, иначе возможно паразитное свечение соответствующих им цифр.

Для управления работой часов пред­назначены кнопки SB1—SB4 и кнопоч­ный выключатель SA1 (им включают и выключают звуковой сигнал будильни­ка). Кнопки SB2 и SB3 служат для уста­новки соответственно минут и часов, а кнопка SB4 — для установки времени срабатывания будильника. При нажатой кнопке SB4 индикаторы показывают это время. Чтобы изменить его, необходи­мо нажимать на кнопки SB2 и SB3, не отпуская кнопку SB4.

Кнопка SB 1 позволяет откорректиро­вать показания часов, для чего её следует нажать за несколько секунд до фактического окончания текущего часа. При этом счёт времени прекратится. Внутренние счётчики минут и секунд микросхем DD2 и DD3, а также счётчики DD6 и DD8 будут обнулены. Если число минут в момент остановки было менее 40, значение в счётчике часов микро­схемы DD3 не изменится, в противном случае оно увеличится на единицу. По сигналу точного времени кнопку SB1 следует отпустить, после чего счёт вре­мени будет продолжен.

К сожалению, при нажатой кнопке SB1 остаётся включённой цифра на каком-либо индикаторе. Чтобы не ус­ложнять часы, я не стал делать узел гашения всех индикаторов, посчитав, что это нельзя считать недостатком рет­рочасов. Впрочем, в них можно доба­вить такой узел, собрав его по схеме, приведённой на рис. 24 в [1].

Как уже было отмечено, в предлагае­мых часах индикация часов и минут — динамическая, а секунд — статическая. Чтобы яркость индикаторов HG5 и HG6 не отличалась от яркости индикаторов HG1—HG4, номиналы резисторов R25 и R26 в цепях анодов индикаторов HG5 и HG6 увеличены до 150 кОм.

Вследствие недостатка места в кор­пусе часов я выполнил их блок питания по бестрансформаторной схеме. По­этому все детали часов находятся под напряжением сети. При их налаживании следует соблюдать особую осторож­ность [2].

Если при повторении конструкции в корпусе найдётся место для понижаю­щего трансформатора, рекомендую применить трансформаторный блок питания. Вторичная обмотка трансфор­матора должна быть рассчитана на напряжение около 12 В при токе нагруз­ки 150.. 200 мА. При этом из схемы исключают конденсатор С8, резистор R9 и стабилитрон VD7.

Ещё один вариант — использовать выносной стабилизированный импульс­ный блок питания на 9 или 12 В. Такие блоки обычно по конструкции подобны зарядным устройствам для сотовых те­лефонов, их применяют повсеместно. При использовании блока питания на 12 В из схемы исключают конденсатор С8, резистор R9, диодный мост VD6 и стабилитрон VD7. Выходное напряжение блока питания, соблюдая поляр­ность, подают на конденсатор С9. Если применён блок питания на 9 В, из схемы исключают, кроме перечисленных в пре­дыдущем абзаце элементов, также транзистор VT13, резистор R14 и стаби­литрон VD9, а анод диода VD10 соеди­няют с плюсовым выводом конденсато­ра С9.

Большая ёмкость конденсатора С10 позволяет часам идти ещё некоторое время после отключения напряжения в сети. Диод VD10 отсекает от конденса­тора С10 другие цепи, позволяя ему рас­ходовать запасённую энергию только на питание микросхем DD1—DD3. При ука­занной на схеме ёмкости 2200 мкФ часы продолжают работать более 10 мин. Этого вполне достаточно, чтобы не только предотвратить сбои показаний, но и, например, перенести часы из одной комнаты в другую. В статье [3] имеются экспериментальные данные о зависимости продолжительности хода часов от ёмкости этого конденсатора.

Если всё-таки необходимо резерв­ное питание, изучите статью [3] — её автор предлагает несколько вариантов. А если не нравится звучание имеющегося в часах будильника, можно со­брать другой по схемам из [3] и [4]. В [5] есть даже вариант будильника на микросхеме музыкального синтезатора УМС [6].

6

Рис. 6

На рис. 6 показаны печатные платы, на которых собраны часы. Их чертежи я не привожу, потому что и схема часов, и печатные платы неоднократно изменя­лись и дорабатывались. Например, когда я решил добавить в часы индика­тор секунд, то не стал разрабатывать новую плату, а просто прикрепил допол­нительную к имеющейся плате индика­торов часов и минут. Были изменения и в других платах. Поскольку часы делались в одном экземпляре, перерабаты­вать печатные платы с учётом измене­ний я не стал.

Вместо микросхемы К176ИЕ12 мож­но использовать К176ИЕ18, но схема её включения отличается.

Вместо микросхемы К176ЛА7 в опи­санных часах допустимо применить К176ЛЕ5, причём никаких изменений схемы не потребуется. Только не за­будьте, что такая замена станет невоз­можной, если будет решено делать узел гашения индикаторов по схеме из статьи [1].

Вместо счетверённого D-триггера К155ТМ7 можно использовать К155ТМ5. Применение микросхемы К155ТМ7 объяс­няется лишь тем, что она была у меня в на­личии. Её я и установил в часы, оставив ин­версные выходы триггеров свободными.

Многие детали можно взять из элект­ронных балластов неисправных энерго­сберегающих ламп. Из него взят, на­пример, малогабаритный оксидный кон­денсатор С7. Его ёмкость может лежать в пределах 2,2…10мкФ. Применяемые в балластах транзисторы ME 13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009 можно использовать взамен КТ605А. Из отечест­венных транзисторов для их замены по­дойдут КТ604А. Можно также применить две транзисторные сборки К166НТ1А, что несколько усложнит разработку пе­чатной платы, но зато уменьшит её габа­риты. Наконец, из неисправных балла­стов можно взять диоды 1 N4007, кото­рые заменят все диоды в часах (кроме стабилитронов). Из них же можно собрать и диодный мост вместо КЦ407А.

Из отечественных диодов в качестве замены диодов КД102Б подойдут дру­гие маломощные кремниевые диоды с допустимым обратным напряжением 300 В и более, например, КД104А, КД105Б—КД105Д. Диоды КД102А в рассматриваемом случае могут быть заменены любыми маломощными кремниевыми диодами. Если позво­ляют размеры платы, вместо диодного моста КЦ407А можно применять КЦ402 или КЦ405 с любыми буквенными индек­сами.

Транзисторы КТ315Г и КТ361Г могут быть заменены транзисторами тех же серий с любыми буквенными индекса­ми или другими кремниевыми мало­мощными транзисторами соответству­ющей структуры с допустимым напря­жением коллектор-эмиттер не менее 15 В.

Вместо транзистора КТ815Г пригод­ны транзисторы серий КТ815, КТ817, КТ819 с любыми индексами. Однако транзисторы серии КТ819 из соображе­ния габаритов лучше применять в пласт­массовом корпусе (без индекса М).

Поскольку на вход стабилизатора напряжения 5 В поступает напряжение 12 В, транзистор VT16 выделяет зна­чительное количество тепла. Поэтому он должен иметь теплоотвод, который может быть любой конструкции. На­пример, алюминиевой пластиной тол­щиной несколько миллиметров и пло­щадью не менее 15…20 см2. Кнопки SB1—SB4 — любые, умещающиеся в корпус часов. Вместо кнопочного вы­ключателя SA1 можно с тем же услови­ем применить любой движковый или рычажный выключатель. Звуковой из­лучатель НА1 — телефонный капсюль сопротивлением не менее 50 Ом. Если позволяет место в корпусе, можно использовать малогабаритную дина­мическую головку, подключив её через выходной трансформатор от любого транзисторного приёмника. При этом громкость сигнала будильника суще­ственно возрастёт.

Гасящий конденсатор С8 составлен из трёх конденсаторов К73-17 ёмко­стью 1 мкФ на постоянное напряжение 630 В, соединённых параллельно. Их можно расположить в любом свобод­ном месте корпуса. Имейте в виду, что не все конденсаторы пригодны для работы в качестве гасящих. Например, нельзя применять конденсаторы БМ, МБМ, МБГП, МБГЦ-1, МБГЦ-2 [7] Если позволяют размеры корпуса, можно использовать конденсаторы МБГЧ или К42-19 на напряжение не менее 250 В или МБГО на напряжение не менее 400 В.

К изготовлению корпуса часов сле­дует подойти со всей тщательностью, поскольку от него зависит впечатление, которое будут производить часы на друзей и знакомых. Далее я указываю размеры своих часов. Естественно, их можно менять.

Возьмите ровную, хорошо отполи­рованную деревянную планку шириной 50 мм и толщиной 5 мм. Отпилите от неё две детали длиной по 200 мм и две детали длиной по 70 мм. Рекомендую использовать ножовку по металлу с более мелкими, чем у ножовки по дере­ву, зубьями. Постарайтесь пилить стро­го под прямым углом. Затем, применяя любой клей для дерева (например, ПВА), склейте каркас. Его внешние раз­меры — 200×80 мм.

Для изготовления светящегося дна необходима пластина органического стекла толщиной не менее 5 мм. Раз­метьте прямоугольник размером, как у получившегося каркаса, и также ножов­кой по металлу, стараясь пилить строго под прямым углом и не останавливаясь, выпилите его. Отполируйте торцы плас­тины и приклейте получившееся дно к каркасу клеем «Момент».

На задней стенке корпуса установи­те кнопки SB1—SB4 и выключатель SA1, просверлите в ней отверстия для держателя плавкой вставки FU1 и сете­вого шнура. Не забудьте и про вентиля­ционные отверстия.

Самая ответственная часть работы — изготовление верхней крышки часов из тонированного стекла. Самостоятельно вырезать такую крышку, да ещё с от­верстиями под индикаторы, сможет далеко не каждый, поэтому я рекомен­дую обратиться в ближайшую стеколь­ную мастерскую. Они есть в любом, даже самом маленьком городе. Там вы­резают стёкла для окон, зеркала, де­лают аквариумы. Просто принесите туда точные размеры крышки и точно укажите центры и диаметры отверстий под индикаторы.

Вполне удовлетворительный резуль­тат получится, если сделать крышку из органического стекла, но внешний вид часов будет несколько иным. Зато такую крышку можно изготовить и самому.

Особо стоит остановиться на дета­лях, которые придадут изготовленным часам ещё больший шарм. Это синие светодиоды подсветки индикаторов снизу и светодиодная лента жёлтого свечения, подсвечивающая заднюю кромку дна корпуса часов. Типов свето­диодов и лент великое множество и можно применять практически любые. Если у кого-нибудь возникнет сомне­ние, что светодиоды должны быть именно синими, а лента именно жёл­той, не стану спорить. На вкус и цвет товарищей нет. Можно экспериментировать с любыми цветами или даже применить RGB-светодиоды и RGB-ленту с контроллерами, управляемыми дистанционно. Такие контроллеры можно приобрести в магазинах, тор­гующих электротоварами.

Светодиоды HL2—HL7 устанавли­вают под каждый из шести индикато­ров. Они создают красивый синий све­тящийся ореол вокруг цифр и в верхней части индикаторов — этот эффект хорошо виден на фотоснимке внешнего вида часов (рис. 7). Светодиоды со­единяют последовательно и подключают через гасящий резистор R24 к цепи +300 В. Подборкой этого резисто­ра добиваются желаемой яркости свечения светодиодов. Применённые мной светодиоды имеют достаточную яркость уже при токе 2…3 мА, поэтому мощность, рассеиваемая резистором, не превышает 0,5 Вт.

Рис. 7

Рис. 7

Конечно, безопаснее было бы питать светодиоды подсветки не высоким напряжением, а с выхода низковольт­ного выпрямителя — от конденсатора С9, соответственно уменьшив сопро­тивление резистора R24. Объясню, почему было решено питать их от высоковольтного, а не от низковольтного выпрямителя. Напряжение +300 В на плате индикаторов секунд уже имеется, а для питания светодиодов HL2—HL7 низким напряжением пришлось бы добавить ещё один провод.

Светодиодная лента состоит из па­раллельно соединённых секций дли­ной по 50 мм, в каждой из которых имеются соединённые последова­тельно два-три светодиода и резистор. Для использования в часах при­годна лента с напряжением питания 12 В. Отделите oт неё отрезок длиной 200 мм (четыре секции) и приклейте его прозрачным клеем к задней кром­ке дна корпуса часов. Желаемую яркость свечения установите подбор­кой резистора R12. При этом следует помнить, что чем больше яркость свечения ленты, тем больший ток она потребляет и тем большей должна быть ёмкость гасящего конденсатора С8. При емкости этого конденсатора 3 мкФ тог, потребляемый лентой, не должен превышать 60 мА, иначе на­пряжение на конденсаторе С9 опус­тится ниже 12 В, в результате чего транзистор VT13 выйдет из рабочего режима. При указанных на схеме но­миналах лента в моих часах именно столько и потребляет и светит доста­точно ярко, хотя напряжение на ней всего 9В.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Алексеев С. Применение микросхем серии К176. — Радио, 1984, № 4, с. 25—28; № 5, с. 35-40; № 6, С. 32-35.
  2. Осторожно! Электрический ток! — Радио, 2015, № 5, с. 54.
  3. Никишин Д. Часы на светодиодных индикаторах КЛЦ202А. — Радио, 1998, № 8. с. 46-48
  4. Алексеев С. Электронные часы ав­толюбителя. — Радио, 1996, № 11, с. 46— 48.
  5. Турчинский Д. Вместо обычного будильника — музыкальный. — Радио, 1998, №2, с 48, 49.
  6. Дриневский В., Сироткина Г. Музы­кальные синтезаторы серии УМС. — Радио, 1998, Ns 10, с. 85, 86.
  7. Бирюков С. Расчёт сетевого источника питания с гасящим конденсатором. — Радио, 1997, Ms 5, с. 48-50.

Автор: А. Карпачев, г. Железногорск Курской обл.
Источник: Радио №1, 2016

Возможно, вам это будет интересно:

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/30769

Добавить комментарий