Часы с простым в управлении будильником
Б. ПРОКОШИН, г. Орёл
С этими часами обращаться просто и удобно. Они предназначены для тех, кто не ориентируется в большом числе непонятных кнопок на панели управления.
В часах применены КМОП-микросхемы, потребляющие малую мощность, что позволило организовать резервное батарейное питание, обеспечивающее бесперебойную работу часов при временном отключении сетевого напряжения. Для управления газоразрядными индикаторами использованы высоковольтные ДТЛ-дешифраторы серии К511, не требующие в данном случае дополнительных буферных элементов для согласования с КМОП-микросхемами.
Схема часов с будильником представлена на рис. 1. Микросхема К176ИЕ12 (DD1), описание которой можно найти в статье С. Алексеева "Применение микросхем серии К176" ("Радио", 1984, № 5, с. 36—40,) содержит тактовый генератор, частота которого 32768 Гц стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. На выходе F микросхемы присутствуют импульсы частотой 1024 Гц, на выходе S2 — частотой 2 Гц, на выходе S1 — частотой 1 Гц. Период повторения импульсов на выходе М — 1 мин. Импульсы частотой 1 Гц не только подаются на вход С (вход счётчика секунд), но также через резистор R1 и электронный ключ на высоковольтном транзисторе VT1 управляют неоновой лампой HL1, служащей мигающей разделительной точкой между разрядами десятков минут и единиц часов. Микросхема DD5 и логические элементы DD6.1 и DD6.2 образуют счётчик минут, микросхема DD7 и элементы DD6.3 и DD6.4 — счётчик часов. Цепь R13VD5 представляет собой диодно-резисторный логический элемент ИЛИ, с помощью которого обнуляется счётчик часов по достижении им состояния 24, которое выделяет элемент DD6.4.
Дешифраторы DD8—DD10 с высоковольтными выходами управляют газоразрядными индикаторами HG1—HG3. Поскольку в разряде десятков часов предусмотрено отображение только цифр 1 и 2 (незначащий ноль не отображается), вместо дешифратора на специализированной микросхеме введены элемент DD4.4, определяющий нулевое состояние счётчика DD7.2, и электронные ключи на высоковольтных транзисторах VT3 и VT4, управляющие цифрами 1 и 2 на индикаторе HG4.
Переключатели SA1—SA4 выполняют две функции. Во-первых, их положение задаёт время подачи звонка будильника, во-вторых, оно задаёт точное время, которое нужно установить на часах.
Диоды VD1—VD4, резисторы R3—R6 и логические элементы DD2.2, DD4.1 образуют узел совпадения. Высокий логический уровень на выходе элемента DD2.2 (сигнал "Совпадение") означает, что показания часов совпали с установленным переключателями SA1—SA4 временем. Диоды VD1—VD4 защищают входы элементов DD2.2 и DD4.1 от высокого напряжения и устраняют паразитную подсветку на индикаторах цифр, соответствующих положениям переключателей.
Элементы DD3.3 и DD4.3 при наличии сигнала "Совпадение" формируют сигнал звонка — пачки импульсов частотой 1024 Гц, повторяющиеся с частотой 2 Гц. Триггер из элементов DD3.1 и DD3.2 прерывает сигнал звонка после нажатия на кнопку SB2 ("Пауза"). По окончании минуты, в которую был подан звонок, следующий минутный импульс, пройдя через дифференцирующую цепочку C4R8, восстановит состояние триггера, разрешающее поступление сигнала звонка на транзистор VT2, нагруженный трансформатором Т1 и динамической головкой ВА1. Но звонок не возобновится, поскольку сигнал "Совпадение" уже отсутствует. Отключается будильник установкой переключателей SA1—SA4 в положение "несуществующего" времени.
Перед установкой точного времени переключатели SA1—SA4 должны быть переведены в соответствующие ему положения. Установка производится одновременным нажатием на кнопки SB1 и SB2. Во избежание случайного одновременного нажатия их рекомендуется конструктивно расположить в разных местах. При таком нажатии элемент DD2.1 подаёт сигнал начальной установки на внутренний делитель частоты и счётчик секунд микросхемы DD1. На её выходе М устанавливается низкий уровень. В отсутствие сигнала "Совпадение" низкий уровень на нижнем по схеме входе элемента DD2.3 разрешает прохождение импульсов частотой 32768 Гц через этот элемент на вход счётчика минут (вход СР счётчика DD5.1). Как только показания индикаторов HG1 —HG4 совпадут с положениями переключателей SA1—SA4, высокий уровень сигнала "Совпадение" установит на выходе элемента DD2.3 низкий уровень. Прохождение импульсов через этот элемент прекратится. Кнопки нужно отпускать спустя секунду после сигнала точного времени. Это связано с особенностью счётчика секунд микросхемы К176ИЕ12, описанной, например, в упомянутой выше статье С. Алексеева. После начальной установки длительность первого минутного периода сигнала на выходе М микросхемы составит 59 с и только последующих периодов — 60 с.
Теперь переключатели можно возвратить в положение, соответствующее времени срабатывания будильника или любое другое. Если на обе кнопки случайно нажать при переключателях SA1 —SA4 в положении несуществующего времени, то показания индикаторов станут быстро меняться без остановки (сигнал "Совпадение" не вырабатывается). После отпускания кнопок на индикаторах в этом случае будет отображено случайное значение времени. Исправляют положение повторным нажатием на кнопки после правильной установки переключателей.
Подключение кнопки SB1 через кнопку SB2 защищает часы от сбоев при случайном нажатии на кнопку SB1. Левый по схеме контакт кнопки SB2 подключён таким образом, что при случайном одновременном нажатии на кнопки SB1 и SB2 в то время, когда часы работают от резервного источника питания, сбоя в их работе не происходит.
Схема бестрансформаторного блока питания часов изображена на рис. 2. Нумерация элементов здесь продолжает начатую на рис. 1. Детали блока можно расположить в корпусе часов или в любом подходящем корпусе от сетевого адаптера. Конденсаторы СЮ—С12 следует разместить равномерно в цепях питания микросхем DD1—DD7. Батарея гальванических элементов GB1 напряжением 6 В — резервный источник питания часов. Диод VD10 предотвращает зарядку батареи при питании часов от сети, опасную для её элементов. Диоды VD11 и VD12 не позволяют батарее разряжаться через "лишнюю" нагрузку в виде входов микросхем DD8—DD10 и эмиттерных переходов транзисторов VT1, VT3 и VT4. Концевые выключатели SF1 и SF2, размыкающиеся при открывании крышки батарейного отсека часов, защищают от поражения электрическим током при замене гальванических элементов.
Трансформатор Т1 — выходной от любого транзисторного приёмника с трансформаторным усилителем 34, от одно- или трёхпрограммного радиотрансляционного громкоговорителя или от проводного телефонного аппарата с громкоговорящей связью. ВА1 — любая малогабаритная динамическая головка с сопротивлением обмотки 8 Ом. Если применить головку с сопротивлением звуковой катушки 50 Ом (например, от домофона), то трансформатор Т1 можно исключить из схемы, включив головку непосредственно в коллекторную цепь транзистора VT2.
Звуковой сигнализатор можно выполнить и на пьезоизлучателе звука ЗП-1 по схеме, показанной на рис. 3. В качестве дросселя L1 использована обмотка реле РЭС55А исполнения РС4.569.600-02.02 сопротивлением 95 Ом. Освободившимся элементом DD4.3 заменяют, как показано на рис. 4, резистор R13 и диод VD5.
Индикаторы ИН-14 можно заменить любыми цифровыми газоразрядными — ИН-1, ИН-2, ИН-4, ИН-8, ИН-12А,
ИН-12Б, ИН-16, ИН-17, ИН-18 (с высотой цифр 40 мм). Номиналы резисторов R15—R19 подбирают под конкретные индикаторы. Переключатели SA1—SA4 — барабанного типа, например, ПМП, ПП-10 или любые галетные, например, ПМ 11П1Н, 11П2Н. Применение в качестве SA3 и SA4 галетных переключателей на два направления позволит ввести в часы индикатор включённого будильника — неоновую лампу HL2, подключив её по схеме, изображённой на рис. 5. Лампа погашена, если переключателями установлено несуществующее время срабатывания будильника.
Вместо неоновых ламп можно использовать любые светодиоды. При этом номиналы резисторов R11 и R24 нужно уменьшить до нескольких ки-лоом, а их не соединённые со светодиодами выводы подключить к цепи +11,4 В. Транзисторы КТ940А можно заменить на КТ604А, КТ604Б или КТ605А, КТ605Б, транзистор КТ361В — на КТ502В, КТ502Г, КТ3107В, КТ3107Г. Кварц ZQ1 может быть взят из любых электронных часов. Диоды КД521А заменяются любыми маломощными кремниевыми диодами общего применения. Вместо диодов КД209А подойдут и другие с допустимым обратным напряжением не менее 400 В и, возможно, меньшим обратным током.
Конденсаторы С1, СЗ, С4 — любые керамические, С2 — КТ4-23 или другой подстроечный, С5—С7 — К73-17, С8 и С9 — К50-35, СЮ—С12 могут быть плёночными или керамическими. Резисторы — МЛТ или другие малогабаритные. Исключение — резистор R21. Он должен быть проволочным С5-5, С5-25 или импортным "керамическим". У резисторов МЛТ при работе с характерными для R21 многократными импульсными перегрузками с течением времени токопроводящий слой в зоне его контакта с металлическими выводами выгорает до полного разрыва. Это объясняется большим суммарным зарядным током конденсаторов С5—С7 в момент подключения часов к сети.
Микросхему К176ИЕ12 можно с небольшими изменениями в схеме часов заменить на К176ИЕ18. Стабилитрон КС212А заменяется на Д814Д или на несколько стабилитронов, соединённых последовательно, с суммарным напряжением стабилизации 12... 14 В.
Батарею GB1 можно составить из двух литиевых элементов CR2032 или из
четырёх обычных гальванических элементов типоразмера ААА или АА. Концевые выключатели SF1 и SF2 — любые малогабаритные кнопки, установленные так, чтобы при закрытой крышке батарейного отсека их контакты были замкнуты и размыкались при снятии крышки. Должна быть конструктивно исключена возможность нажатия на эти кнопки руками при замене элементов питания.
Внешний вид передней панели часов с будильником показан на рис. 6. За двумя рядами отверстий в ней расположена головка ВА1, под ними находится кнопка SB 1. Кнопка SB2 расположена на верхней панели корпуса.
Чтобы защититься от поражения электрическим током при налаживании устройства с бестрансформаторным питанием, следует включать его в сеть через изолирующий трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1. Его мощность должна быть в несколько раз больше, чем потребляемая устройством, в данном случае — 15...20 Вт. Такой трансформатор можно изготовить из двух одинаковых сетевых трансформаторов, соединив их по схеме, показанной на рис. 7. Первичную обмотку одного трансформатора включают в сеть, а от первичной обмотки второго питают налаживаемое устройство.
Если трансформаторы имеют по несколько вторичных обмоток, их соединяют согласовано-последовательно. Не следует использовать одновременно
обмотки, намотанные тонким и толстым проводами — либо те, либо другие, выбирая ту группу обмоток, которая при использовании трансформаторов по прямому назначению в сумме отдаёт в нагрузку большую мощность. Можно применить и разные трансформаторы при условии равенства суммарного напряжения используемых групп их вторичных обмоток. Максимальная мощность нагрузки в этом случае будет определяться мощностью меньшего из трансформаторов.
При налаживании часов будьте осторожны! Не касайтесь одновременно точек, находящихся под высоким и низким напряжением. Не подключайте к часам блок питания без его проверки. Сначала убедитесь, что он обеспечивает нужные напряжения. Не включайте его надолго без нагрузки, поскольку в её отсутствие перегревается стабилитрон VD8.
Если часы собраны из исправных элементов и монтаж сделан правильно, они начинают работать сразу. Необходимо лишь подстроить частоту кварцевого генератора микросхемы DD1. Её рекомендуется измерять частотомером, подключённым к выводу 14 микросхемы DD1 и работающим в режиме измерения периода, который должен быть равен 30,517578125 мкс. Точное значение устанавливают подстроечным конденсатором С2. Если запаса регулировки недостаточно, подбирают конденсаторы С1 и СЗ. При отсутствии частотомера можно отрегулировать ход часов, ориентируясь на уход их показаний за сутки или за неделю.
