Electro-mechanical clock based on the stepping

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 пода­рить 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 какого-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.

Device is shown in Scheme Fig. 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.

Figure. 1

Аноды диодов VD2—VD8 подключе­ны к D-входу триггера DD4.1, в который по нарастанию импульса с выхода 2⁰ 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 (2⁰), восьмого (2⁷) и тринадца­того разрядов (2¹²) счётчика DDЗ.

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).

Fig. 2

Применены резисторы МЛТ, 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.

Author: M. КОЛОДОЧКИН, г. Москва

Source: Радио №7, 2015