Час швидкоплинний, і ми не можемо керувати ним. Тисячоліття людина намагається зупинити час, але, на жаль, в результаті лише спостерігає його хід.

– найдавніший інструмент, що дозволяє стежити за ходом часу. Їх використовували протягом століть, і то чарівність, яке притаманне сонячним годинником, мабуть, ніколи не зблякне. , якими ми користуємося в даний час, конструктивно такі ж, що і в давні часи, вони ані трохи не змінилися за останні кілька тисячоліть.

У цій главі представлена ​​абсолютно нова конструкція, що базується на принципі сонячних годин. Подібно іншим саморобки, наша конструкція повністю автономна і для роботи не вимагає зовнішнього живлення. У класичних сонячних годинниках час визначається по тіні від гномона або штиря, відкидаємо сонцем на круг з цифрами, відповідними часу доби (рис. 1). Коло орієнтований так, що тінь від штиря вказує на поточний час дня.

Рис. 1

Наші модернізовані сонячний годинник працюють дуже схожим чином. На відміну від традиційних сонячних годин з фіксованою базою наші годинники мають механізм, розташований на поворотному столику. Останній з’єднується з нерухомим підставою годин за допомогою валу електромотора. Столик може повертатися низькообертового мотором по окружності на кут 360 °.

Мотором управляє складна електронна схема. На відміну від класичних сонячних годин перевага даної схеми полягає в тому, що електроніка визначає положення тіні і управляє мотором, слідуючи за сонцем.

Електронна схема містить два фотодатчика (фототранзистори Q1 і Q2) і два компаратора напруги (IС1 і ІС2) (рис. 2). Фотодатчики з’єднуються послідовно з резисторами R1 і R2, утворюючи дільник напруги, сигнал з якого знімається в точці з’єднання і R2.

Опорна напруга на компаратори подається з дільника, утвореного резисторами R3, R4 і R5. Таким чином, виходить мостова схема, одне плече якої утворено елементами Q1, R1, R2 і Q2, інше – резисторами R3, R4 і R5. Друге плече моста має незвичайний вигляд, так як вихідний сигнал береться тут не з загальної точки, як це, наприклад, зроблено в першому плечі моста. Замість цього знімаються два різних напруги з висновків резистора /? 4.

Рис. 2

Потенціал на верхньому виводі резистора R4 вище потенціалу на його нижньому виводі. Більш висока напруга подається на компаратор IC1, а нижчий – на ІС2. Через відмінності в опорних напругах компаратори будуть спрацьовувати при різних значеннях вхідної напруги.

Придивившись уважно до схеми, можна помітити «перехресне» з’єднання компараторів, тобто негативний вхід ІС1 з’єднаний з позитивним входом ІС2. Це призводить до несподіваного ефекту.

Щоб зрозуміти принцип роботи схеми, подамо напруга на її вхід. Припустимо, що вхідна напруга нижче опорної напруги компаратора ІС2. Розглядаючи компаратор ІС1, ми бачимо, що на його виході з’явиться високий потенціал, оскільки напруга на його неінвертуючий вході вище, ніж на інвертується. З іншого боку, на виході ІС2 буде негативний потенціал, тому що на його інвертується вході напруга більше напруги вхідного сигналу.

У міру збільшення вхідної напруги настає момент, коли напруга на неінвертуючий вході ІС2 стане більше опорного напруги, що знімається з резистора R5. Компаратор ІС2 переключиться, і на його виході з’явиться позитивний потенціал. Однак компаратор ІС1 не реагує на цю зміну напруги, так як напруга на його вході на одну третину перевищує опорна напруга компаратора ІС2,

Коли вхідний сигнал перевищить опорне напруга компаратора IC2, на його виході з’явиться негативний потенціал. Зауважимо, що вихідні напруги обох компараторів однакові (додатні), коли вхідна напруга укладено між верхньою і нижньою межами, обумовленими резистором R4.

Зміну вхідної напруги залежить від інтенсивності світла, падаючого на фототранзистори. Коли на фототранзистор Q1 падає більше світла, ніж на Q2, вхідна напруга велике. Коли, навпаки, на Q2 падає більше світла, ніж на Q1, вхідна напруга мало. Коли обидва фототранзистора висвітлюються однаково, сигнал приймає середнє значення між двома межами.

Підключивши між виходами компараторів електромотор, ми фактично змогли б керувати його обертанням за допомогою фототранзисторів. Як було показано раніше, обидва виходи мають позитивний потенціал тільки при рівному освітленні фототранзисторів. Затінення транзистора Q1 призводить до перемикання компаратора ІС1, на його виході встановлюється низький потенціал, в той час як на виході ІС2 напруга залишається високим. Мотор почне обертатися.

Затемнення транзистора 02 викликає протилежний ефект.

На виході ІС2 встановлюється низький потенціал, а 1C 1 залишається високим. Мотор теж почне обертатися, але в іншому напрямку. Іншими словами, управління мотором здійснюється шляхом освітлення фототранзисторів. Щоб усунути нестійку роботу мотора поблизу нульової точки, створена зона нечутливості шляхом подачі на компаратори різних опорних напруг.

Фактично компаратор не може безпосередньо управляти електродвигуном. Щоб підвищити потужність вихідного сигналу компаратора, використовується мікросхема Iсз, яка управляє електромотором.

Конструктивно наша модель виконана так (рис. 3), що гномон (центральна рухома деталь пристрою) затінює той чи інший транзистор в залежності від положення сонця. Мотор приходить в рух і обертає поворотний столик до тих пір, поки обидва транзистора не будуть однаково освітлені, іншими словами, однаково точно спрямовані на сонце. Тепер по положенню гномона можна визначити час доби.

Уважно прочитавши вищевикладене пояснення, ви, мабуть, помітили, що інтенсивність світла, необхідна для роботи пристрою, нічим не обмежувалася. Поки обидва фотодатчика отримують однакове кількості світла, все пристрій перебуває у спокої. Як тільки один фотодатчик отримає більше світла в порівнянні з іншим, мотор прийде в рух.

Це означає, що сонячний годинник будуть стежити за сонцем, навіть якщо воно приховано в серпанку або хмарах, чого не могли здійснити класичні сонячні годинники. Фактично, підібравши значення і R2, можна навіть стежити за рухом місяця але нічному небу! отримують електроенергію від трьох нікель-кад-Мієві акумуляторів. Поряд з харчуванням мотора акумулятори здійснюють подачу електроенергії на електронну схему. Заряд акумуляторів здійснюється від невеликої сонячної батареї протягом дня. Щоб запобігти розрядку акумуляторів через сонячну батарею вночі, в схему включений блокуючий діод.

виготовляються з аркуша акрилової пластмаси типу оргскла. Спочатку виріжте з пластмаси коло діаметром 26 см. З його центральної частини видаліть диск діаметром 21 см. Будьте обережні і не розколіть залишився кільце: воно буде служити циферблатом, а менший круг – «рухомим столиком».

Потім виріжте з листа пластмаси квадрат зі стороною 17 см. Розріжте його по діагоналі на два рівнобедрених трикутника, які будуть служити боковинами нашого гномона.

Щоб на фотодетектори не потрапив світло, що проникає через прозорі пластмасові боковини, їх необхідно пофарбувати, найкраще зсередини. Забарвлення зсередини дозволяє зберегти блиск пластмаси, причому створюється відчуття її глибини, і збільшити термін служби фарби. Для фарбування підійде непрозорий барвник будь-якого кольору. Нарешті, виріжте з пластмаси пластину довжиною 24 і-шири-ною 6 см, на якій розмістіть сонячну батарею. Батерей з дев’яти сонячних елементів розміром 2,5 х 5,3 см2 з’єднайте послідовно і розташуєте уздовж довжини пластини (довжина батареї 22,5 см). Повне вихідна напруга батареї повинно становити 4 В при струмі 100 мА. Використовуючи дану інформацію, у разі необхідності ви можете змінити конструктивні розміри батареї.

Тепер необхідно закріпити мотор (віссю вниз) для обертання рухомого столика діаметром 21 см. Вісь мотора пропускається через висвердлений в центрі столика отвір, а сам мотор зміцнюється на столику за допомогою двох гвинтів або клею.

Перш ніж продовжити роботу, в кожному трикутнику необхідно просвердлити по отвору діаметром 6 мм. Проведіть уявну лінію між підставою прямокутного трикутника і вершиною прямого кута. Ця лінія – висота трикутника, якщо за основу прийняти гіпотенузу. Отвір просверливается приблизно на відстані 5 см від вершини під кутом 45 ° до площини трикутника в бік його заснування (гіпотенузи). По закінченні збірки друкованої плати в цих отворах будуть закріплені фототранзистори.

На друкованій платі розташовується електронна частина схеми сонячних годин. Малюнок провідників друкованої плати показано на рис. 4, розміщення деталей на платі – на рис. 5. Всі елементи необхідно припаяти у відповідних точках плати, за винятком фототранзисторів.

Фототранзистори розміщуються в останню чергу. Фототранзистор Q1 припаюється з одного боку друкованої плати, а Q2 – з іншого. Залиште повну довжину висновків транзисторів, не замикайте їх. Тепер припаяйте висновки мотора і акумуляторної батареї до друкованої плати.

На даному етапі необхідно провести попередню перевірку працездатності схеми. Акуратно підігніть висновки фототранзисторів так, щоб транзистори дивилися в одну сторону. Якщо схема збалансована точно, пристрій повинен бути нерухомо. При поперемінному закриванні фототранзисторів мотор повинен обертатися в протилежні сторони.

Якщо при точному напрямку на джерело світла мотор продовжує обертатися, значить, характеристики фототранзисторів не збігаються. Якщо відмінність невелика, то його можна усунути, підібравши номінали резисторів і R2. Проконтролювати балансування моста можна, підключивши до точки з’єднання резисторів вольтметр. При великому розбалансі необхідно підібрати фототранзистори з близькими характеристиками.

Тепер настав час остаточного складання сонячних годин. Вклейте по одному фототранзистор в отвори діаметром 6 мм, висвердлені в трикутних боковинах. Необхідно акуратно зміцнити трикутні боковини на поворотному столику, тоді фототранзистори будуть направлені під кутом 45 ° до горизонту.

Приклейте пофарбовані трикутні боковини до поворотного столика акриловим клеєм. Їх необхідно розташувати паралельно один одному на рівній відстані від країв столика, це відстань залежить від розмірів використовуваного мотора.

Акуратно, щоб не розплавити пластмасу, припаяйте провідники, що йдуть від сонячної батареї до друкованої плати. Потім приклейте пластину з розміщеною на ній сонячною батареєю до довгих сторонам трикутних боковин. Ви побачите, що краю пластини виступають за сторони трикутних пластин приблизно на 6 мм. Це зроблено спеціально.

Виступаючий край відкидає тінь на боковину гномона і злегка затінює фототранзистор. Щоб уникнути просвічування пластини в цих місцях слід зафарбувати краю непрозорою фарбою.

Рис. 4

Рис. 5

Необхідно уникати попадання фарби на склеювані ділянки деталей. Краще зафарбовувати ці ділянки після склеювання.

Якщо монтаж виконаний правильно, мотор буде обертати поворотний столик у відповідності з затіненням фотодатчиків. При обертанні платформи в протилежну сторону поміняйте місцями виводи мотора.

І нарешті, для захисту гномона від дощу та вологи заклейте залишилася відкритою сторону смужкою пластмаси розміром 17×5 см2. Цю деталь також необхідно зафарбувати щоб уникнути небажаної засвічення.

Щоб годинник почали працювати, необхідно прикріпити вал мотора до підтримуючого основи. Ним може служити шматок дерева, металу, каменю або іншого матеріалу, в який вставляється і приклеюється металева втулка з отвором під вал мотора.

Велике пластмасове кільце, вирізане з пластику при виготовленні поворотного столика, розташовується навколо сонячного годинника і служить для індикації часу. Воно також кріпиться на зовнішньому підставі.

непогано виглядають, якщо спочатку пофарбувати коло золотистою або мідної фарбою, а потім прикріпити до нього 13 римських цифр. Почніть з цифри VI (6) і розташовуйте цифри на півколі, рухаючись за годинниковою стрілкою, поки знову не досягнете цифри VI (6).

Обидві цифри VI (6) розташовуються один проти одного (під кутом 180 °), а римська цифра XII (12), відповідна півдня, – під прямим кутом (90 °) до обох цифр VI. Фактично циферблат годинника стиснутий до півкола, інша половина залишається чистою (нічні години).

Щоб виставити сонячний годинник, просто поверніть круг, поки вказівник не покаже правильний час, після цього зафіксуйте його. При русі сонця по небосхилу гномон буде слідувати за ним.

Відповідно сезонному зміни положення сонця на небосхилі спостерігається невелике розходження між істинним і показуваним часом. Помилку можна скорегувати за допомогою обчислень, використовуючи дані таблиці.

Тепер у вас є сучасні сонячні годинники з традиційним зовнішнім виглядом.

   Список деталей

   Резистори

RI-R7-1 кОм

R8-10 Ом

   Конденсатори

С1, СЗ, С4-0, 1 мкФ, дискові

С2-25 мкФ, 6 В

   Напівпровідники

   D1 — 1N34A

   IC1, IC2—LM339

Iсз-CD4050

Q1, Q2-TIL414, фототранзистор

   Інші елементи

9 сонячних елементів розміром 2,5 x3 см2

3 вікель-кадмієвих елемента

Тримач батареї

Електромотор (Edmund Scientific № 41-327)

Акриловий пластик (див. текст)

Література: Байєрс Т. 20 конструкцій з сонячними елементами: Пер. з англ. – М.: Мир, 1988 рік.