Л. ЛОМАКІН (СРСР)

Інтегральні мікросхеми серії К176 мають надзвичайно малим споживанням потужності. До складу серії входять мікросхеми, спеціально призначені для використання в годинах, що дозволяє зібрати достатньо прості електронний годинник з безтрансформаторним харчуванням і резервної акумуляторною батареєю, що забезпечує відсутність збоїв в ході годин при перервах у подачі мережевої напруги. Схема одного з можливих варіантів електронних годинників на таких мікросхемах наведена на рис. 1.

Задає генератор виконаний на мікросхемі Про і кварцовому резонаторі Ζ1 частотою 32 768 Гц. В результаті розподілу частоти генератори на 2 ‘5 в мікросхемі Про на її виході 15 (висновок 5) утворюються імпульси з частотою 1 Гц. Частота імпульсів ділиться в мікросхемах 07 і D8 до одного імпульсу в хвилину. Через диференціюються ланцюжок C10R7R8 і нормально замкнуті контакти кнопки S1 імпульси надходять на лічильники одиниць хвилин (07), десятків хвилин (02, одиниць годин (OJ), десятків годин (D4). У лічильнику годин коефіцієнт перерахунку 24 забезпечений за рахунок підключення виходів 2 D4 і 4 D3 через елемент І (D9.3 і D9.4) до входів R цих же мікросхем.

У годиннику для спрощення схеми застосовано безпосередньо підключення вакуумних люмінесцентних семисегментних індикаторів до виходів мікросхем серії К176. Для отримання достатньої яскравості світіння напруга живлення мікросхем збільшено до 12 … 13 В, напруга, що подається на сітки індикаторів, становить 30 В, дещо збільшено напруга напруження. Етно заходи дозволили виключити ключові транзистори. Однак в такій схемі включення світяться лише найменші індикатори – ІВ-6 і ІВ-8, непогані результати отримані з ІВ-22. Для зменшення змінної напруги на резонаторі Ζ1 включений резистор R13.

У годиннику передбачена як установка годин, так і хвилин. Установка годин проводиться таким чином. Натискання на кнопку S2 перемикає тригер на елементах D9.1 н 7) 9.2, службовець для придушення брязкоту контактів кнопки, в стан, в якому на вході 7 D5.4 виникає напруга низького рівня (логічний 0), на виході – високого (логічна 1). Крім того, при натисканні на кнопку S2

Рис. 1

відбувається установка в нульовий стан подільника D6, D7, D8 і лічильника хвилин D1 і D2. В момент відпускання кнопки S2 зміна рівня на вході З D3 з високого на низький збільшує показання лічильника годин на одиницю. Натиснувши кнопку S2 кілька разів, можна встановити необхідне показання лічильника годин. Останній раз необхідно відпустити кнопку по шостому сигналом повірки часу або в момент проходження секундної стрілки еталонних годин числа 12.

Якщо пуск годин здійснювався не в момент часу, відповідний цілій годині, установку хвилин виробляють натисненням на кнопку S1. В результаті на вхід D1 з виходу 14 D6 подаються імпульси з частотою 2 Гц. Диференціюючі ланцюжка C9R6R8 і C10R7R8 необхідні для придушення брязкоту контактів кнопки S1.

У годиннику застосовано живлення від мережі без понижувального трансформатора. Напруга мережі гаситься на конденсаторах С1 і С2, випрямляється мостом VI і стабілізується ланцюжком стабілітронів V2-V4. Зі стабилитрона V4 через діод V5 напруга 12 В надходить на висновки 14 мікросхем D1-D9. Напруга +30 В подається на сітки індикаторів і на перетворювач напруги, виконаний на транзисторах V7 і V8 і трансформаторі 77, службовець для отримання напруги 0,9 … 1 В для живлення ниток напруження індикаторів. Для запуску перетворювача при включенні годин використана ланцюжок C8R5, через яку Продифференцировав імпульси з частотою 2 Гц подаються на базу V8.

Харчування годин резервоване акумуляторною батареєю GB1. При наявності напруги мережі відбувається підзаряд батареї через резистор R14 струмом, компенсуючим саморазряд. При перервах у подачі напруги мережі харчування на мікросхеми подається від батареї GB1 через діод V6, з індикаторів напруга живлення знімається. При цьому в показаннях збою не відбувається. Більш того, якщо тривалість відключення від мережі не перевищує доби, помилка в ході годин не перевищує 1 … 2 с. Вона виникає за рахунок зміни теплового режиму всередині корпусу годин.

Годинники дозволяють навіть без батареї GB1 відключення від мережі на 1 … 2 с без збою свідчень. Харчування мікросхем при цьому здійснюється за рахунок заряду на конденсаторі С4.

У годиннику застосовані конденсатори типу К73-17 (С7, С2), К52-2 (64СЗ, С4), КМ-6 (С5, G5), КМ-5 а (С1-С10, С13), К-10-17 { СП, С12), резистори МЛТ, кварцовий резонатор Ζ1 від наручних годин. В якості кнопок S1 і S2 використані микропереключатели МП7, навпаки штоків яких в корпусі годин просвердлені отвори. Трансформатор 77 намотаний на кільцевому ферритовом муздрамтеатрі М600 К10х6х5 проводом ПЕЛШО-0,27. Обмотка I містить 60 витків, II і III по 10 витків, обмотка IV – 5 витків.

Всі деталі годин, крім R1 і GB1, розміщені на друкованій платі розмірами 70Х Х90 мм. На рис. 2, а наведено розташування провідників на стороні, протилежній стороні установки деталей, на рис. 2, b – розташування деталей і провідників на стороні деталей. Дротяний резистор R1 встановлений в мережевий вилці, батарея GB1 – поруч з друкованою платою в корпусі годин. Конструкція годин показана на рнс. 3. Корпус виконаний з прозорого органічного скла товщиною 3 мм і обклеєний світлої декоративною плівкою під дерево. Торцева і внутрішня поверхні верхньої, нижньої і бокових стінок корпусу пофарбовані темною коричневою нітроемалью. У плівці на передній стінці корпусу (після її наклейки) вирізане вікно проти індикаторів. Друкована плата і задня стінка кріпляться гвинтами М2 до чотирьох бобишках з органічного скла, приклеєним до бічних стінок корпусу.

При налагодженні годин слід підібрати ємність конденсатора С8 н опір резистора R5 для забезпечення надійного запуску перетворювача і відсутності зривів генерації, які можуть відбуватися при подачі імпульсів

на базу V8 в протифазі з власними коливаннями перетворювача при великій ємності конденсатора С8. Для забезпечення точності ходу конденсатори СІ н С12 підбирають після встановлення теплового режиму в корпусі годин.

Значно полегшити н прискорити підстроювання ходу годинника можна установкою замість кожного з конденсаторів СІ і С12 паралельно з’єднаних постійного і підлаштування конденсаторів. Замість СІ слід встановити постійний конденсатор ємністю 12 пФ · і підлаштування з максимальною ємністю 20 пФ, вмес-

то Cl2 – відповідно 56 і 10 пФ. Конденсатори підлаштування можна встановити в зазорі між друкованою платою і задньою стінкою, підпаявши їх висновки до друкованих провідникам. Ротори підстроювальних конденсаторів повинні бути підключені до загального проводу. Конденсатор, підключений паралельно СП, служить для грубої підстроювання частоти, підключений паралельно С12 – для точної.

Регулювання ходу годинника з Конденсатори підлаштування здійснюють наступним чином, Встановивши ротори конденсаторів в середнє положення, .час в корпусі запускають і визначають їх догляд за один-два тижні. Потім годинник відключають від мережі, до виходу 15 D6 (висновок 5) і до общёму проводу підключають цифровий частотомір в режимі вимірювання періоду і залишають їх в положенні вільного доступу до підлаштування конденсаторів для встановлення теплового режиму як у годиннику, що працюють від акумуляторної батареї, так і у включеному частотоміри (приблизно на 1 год).

Далі розраховують поправку, на яку необхідно змінити частоту задає генератора. Припустимо, що годинник пішли вперед иа 5 з за один тиждень. Відносне відхилення частоти від необхідної складе 5 / (7’86400) = 8,3’10 ^. Тому для зниження частоти до необхідної необхідно збільшити вимірюваний по частотоміри період (1 с) на 8,3 мкс. Період підлаштовують спочатку конденсатором грубої підстроювання, потім точною. Добре відрегульовані годинник забезпечують точність не гірше 2 з в місяць.

Наведена схема годин може служити основою для багатьох конструкцій. Можна використовувати люмінесцентні індикатори з великим розміром цифр і забезпечити велику яскравість їх світіння, якщо між виходами мікросхем D1-D4 і анодами індикаторів включити 24 транзисторних ключа, схема одного з яких наведена на рис. 4. Для індикаторів одиниць хвилин і одиниць годин потрібно по сім ключів, для індикатора десятків хвилин – Шість, так як аноди and при індикації цифр 0-5 перемикаються однаково і ними можна керувати від одного ключа з колекторним резистором 15 кОм. Вхід ключа можна управляти від виходу а чи d D3.

Для індикатора десятків годин необхідно чотири ключа – аноди a, d, е можуть управлятися від одного ключа з колекторним резистором 10 кОм, анод b може бути постійно підключений через резистор 27 кОм до джерела +30 В.

Для забезпечення правильної полярності вихідних сигналів D1-D4 низький рівень напруги для запалювання сегмента подається на керуючі входи 5 зазначених мікросхем (висновки б) \ необхідно відключити від загального дроти і підключити до джерела +9 В. Така ж зміна в схемі необхідно виконати і для всіх описуваних далі варіантів годин.

У блоці живлення необхідно замінити стабілітрон V4 на Д814Б або Д814У з напругою стабілізації 9,6. . . 10,2 В, а резистор R14 зменшити до значення, що забезпечує струм підзаряду GB1 близько 30 мкА. Напруга харчування індикаторів при цьому знизиться приблизно до 27 В.

У перетворювачі напруги при застосуванні індикаторів з великим струмом або великою напругою напруження необхідно паралельно R3 і R4 підключити конденсатори ємністю 270 пФ, транзистори V7 і V8 встановити типу КТ3102А, а ємність конденсатора С8 збільшити приблизно до 270 пФ. Число витків обмотки IV необхідно перерахувати з розрахунку п’яти витків на вольт.

Необхідно також збільшити сумарну ємність конденсаторів Cl, С2 приблизно до 1,5 мкФ, а опір резистора R1 зменшити до 51 … 75 Ом.

У разі використання світлодіодних індикаторів з образам анодом, можна виготовити годинник для установки в автомобілі. При цьому зі схеми рис. 1 виключається блок живлення (елементи, розташовані на схемі вище D1-D4, крім С4), а сегменти індикаторів підключають до виходів D1-D4 через емітерний повторювачі на 24 будь-яких малопотужних р-п-р транзисторах (рис. 5). Для нормування робочого струму в ланцюг кожного сегмента включається свій обмежувальний резистор. Для сегментів and індикатора десятків хвилин використовується два резистора і одні загальний транзистор, для сегментів a, d і е індикатора десятків годин – три резистора і один транзистор. Сегменті індикатора десятків годин необхідно з’єднати з загальним проводом через резистор 360 Ом.

Харчування інтегральних мікросхем годин здійснюється від найпростішого стабілізатора на стабілітроні V40 н резисторі R43. При вимкненому індикації споживаний струм складає близько 3 мА.

Для включення індикації необхідно включити запалювання або натиснути кнопку S3, при цьому споживаний годинами струм зростає приблизно до 400 мА. Стабілітрон V9, що забезпечує стабілізовану напругу для харчування індикаторів, необхідно встановити на радіатор.

З такими індикаторами можна зробити і настільний годинник, але через велику споживаного струму необхідний трансформаторний блок живлення. Цікаво, що харчування індика + Орів може здійснюватися від мостового випрямляча без згладжування і стабілізації (обмотка розраховується на напругу 5 … 6 В), а стабілізатор для живлення мікросхем може бути найпростішим – резистор і стабілітрон на 9,6. . . … 10,2 В (З підключенням резервного акумулятора).

Можливе застосування і накальних індикаторів (ІВ-9, ІВ-13 і т. Д.). Їх слід включати так само, як і світлодіодні, але без обмежувальних резисторів. Робоча напруга стабілітрона V9 в автомобільному варіанті годин .слід вибрати приблизно на 1 В більше робочої напруги індикаторів для компенсації втрат на емітерний повторювачах, а напруга обмотки трансформатора в стаціонарному варіанті без стабілізації – Приблизно на 3 В більше, так як близько 2 В падає ще й на випрямляч.

У годиннику можна застосувати спеціально розроблений для годин плоский люмінесцентний індикатор ШВЛ-1-7 / 5. Цей індикатор мають товщину 10 мм при розмірі цифр 11×22 мм.

В одному індикаторі розташовані чотири знакомісця, згруповані за два і розділені двома крапками. Однойменні аноди знакомест об’єднані, що дозволяє використовувати індикатор тільки в динамічному режимі.

На рис. 6 наведено можливий варіант схеми підключення індикатора ІВЛ- 1-7 / 5 до годинника за схемою рис. 1. З виведення 11 мікросхеми D & сигнал з частотою 32768 Гц надходить на мікросхему D10, включену в якості дільника частоти на 64. З її виходу сигнал з частотою 512 Гц подається на двухразрядний лічильник на ХЗ-трнггерах DILI і D11.2. Елементи D12.1, D12.2, D13.1, D13.2, входи яких підключені до виходів D-тригерів, утворюють дешифратор, на виходах якого послідовно формуються імпульси негативної полярності з частотою 128 Гц, що надходить

Рис. 6

щие на бази транзисторів D9-D12 і на входи інверторів D12.3, D12.4, D13.3, D13.4. З колекторів транзисторів імпульси надходять на сітки індикаторів, по черзі включаючи кожне з знакомест. З виходів інверторів імпульси в позитивної полярності подаються на керуючі входи А мікросхем D14-D20 типу К176КТ1, що виконують роль мультіплексеров, по черзі підключають виходи мікросхем D1-D4 до баз транзисторів D13-D19.

Мікросхема К176КТ1 – це чотири ключа, в яких сигнал з входу D проходить на вихід при наявності напруги високого рівня на вході А і цей ланцюг розривається при подачі напруги низького рівня на вхід А. По черзі подаючи напругу високого рівня на чотири входи А мікросхеми, можна передати на об’єднані виходи сигнали з відповідних входів D. В результаті, в момент подачі позитивного імпульсу на першу сітку (крайню праву), на транзистори V13-V19 приходять сигнали з мікросхеми D1 і на крайньому правому знакомест индицируется цифра одиниць хвилин, в наступний момент позитивний імпульс подається на другому сітку, на транзистори подаються сигнали з виходом D2 і т. д. Завдяки досить високій частоті комутації мелькання цифр непомітно.

У схемі динамічної індикації в якості інтегральної мікросхеми D10 можна використовувати двійковий лічильник К176ІЕ1, мікросхему К176ІЕ2 в режимі поділу на 32. Можна також зібрати генератор на одній мікросхемі К176ЛА7 або К176ЛЕ5 (рис. 7). В якості мікросхеми Dll можна використовувати також К176ІЕ1 або К176ІЕ2, замінивши елементи D12 і D13 на дешифратор К176ІД1, входи 4 і 8 (висновки 72 і 77) якого з’єднані з загальним проводом. Виходи К176ІД1 слід з’єднати зі входами A D14-D20 і через інвертори – до R14- R17.

Транзистори V9-V19 – будь-які малопотужні кремнієві типу р-п-р з допустимою напругою колектор – емітер не менше 30 В.

На рис. 8 наведена схема блоку живлення електронних годинників з індикатором ШВЛ-1-7 / 5. Напруга живлення мікросхем близько 9,5 … 10,0 В визначається стабілітроном V2.

Напруга живлення індикатора становить близько 29 В (стабілітрони V2-V4). Для виключення підсвічування неіндіціруемих сегментів на сітки замикаються знакомест через резистори R18-R21 подається негативна щодо нитки напруження напруга величиною близько 5 В, одержуване за рахунок падіння напруги на стабілітроні V21.

Напруга напруження індикатора ШВЛ-1-7 / 5 становить 5 В, тому обмотка IV трансформатора 77 має 20 витків з відведенням від середини, інші дані трансформатора ті ж, що і для основного варіанту годин. У зв’язку з тим що схема управління індикаторами за допомогою р-п-р транзисторів значно більше економічна, ніж з п-р-п транзисторами, достатньо сумарної ємності С1 і С2 близько 1 мкФ.

Для того щоб запалити точки між цифрами, необхідно підключити сітку, керуючу точками, до будь-якої іншої сітці, а аноди точок – до ланцюга +9 В (катод 2). Якщо бажано зробити точки миготливими з частотою 1 Гц, аноди слід підключити через ключ, що складається з резіяора і р-п-р транзистора (наприклад, подібно R28 і VI9}, до виходу 15 (висновок 5) мікросхеми D6. Якщо ж аноди точок підключити до цього виходу D6 безпосередньо, замість повного гасіння точок буде відбуватися зменшення яскравості з частотою 1 Гц, це в меншій мірі дратує Очі.

Досвід експлуатації багатьох екземплярів годин показав, що установка хвилин в них абсолютно необов’язкова. Тому з годинника можна виключити SI, С9, СЮ, R6, R7, R8, конденсатор С8 слід підключити безпосередньо до виходу D5.1 або висновку 14 D6, вхід CD1 – квИходуЕТ? #.

У години можна вбудувати будильник. Один з варіантів схеми будильника наведено на рис. 9. До нерухомим контактам перемикачів S3-S6 підводяться позиційні коди відповідних цифр годин (до S3 – десятки годин, S4 – одиниці годин, S5 – десятки хвилин, S6 – одиниці хвилин). Рухливі контакти перемикачів підключені до елементу І (D27.1 та D21.2). При вимкненому будильнику перемикач S7 (кнопка П2К з саме фіксацією) подає напругу +9 В на вивід 6 D21.4, і з виходу цього елемента сигнал низького рівня забороняє проходження будь-яких сигналів через елемент D27.2. При натисканні кнопки S7 стан тригера D21.3, D21.4 не змінюється. Одіако при збігу показання годин з набраними перемикачами S3- S6 на всіх входах елемента D27.1 з’являються сигнали високого рівня, елемент І включається, напруга високого рівня з виходу D21 2 перемикає тригер D21.3, D21.4 в інший стан. Сигнал високого рівня з виходу D21.4, вступаючи на вихід 9 елемента D27.2, дозволяє проходження через нього сигналу з частотою 1024 Гц з виведення 4 D10 (рис. 6) або з виведення 11 D10 (рис. 7). В останньому випадку конденсатор С17 (рис. 7) слід зменшити до 1500 пФ. Сигнал 1024 Гц переривається а часто гой 1 Гц сигналом, що надходять з виведення 5 D6. Переривчастий сигнал через підсилювач на транзисторах V20 і V21 надходить на головку В1. Резистором R34 можна регулювати гучність сигналу, його максимальний рівень можна встановити підбором ємності конденсатора С18. В якості В1 можна використовувати електромагнітний телефон слухового апарату або будь-яку динамічну головку, включену через вихідний трансформатор будь-якого транзисторного радіоприймача.

Сигнал буде лунати до тих пір, поки кнопка S3 не відпустите.

Для отримання позиційного коду десятків годин використаний елемент D21.1, коду десятків хвилин – дешифратор D24. Коди одиниць годин і одиниць хвилин виходять на виходах дешифраторів D23 і D26, входи яких підключені до виходів десяткових лічильників D22 і D25. Лічильники D22 і D25 працюють синхронно зі

Рис. 9

лічильниками D3 і D1, для чого їх входи R і С попарно об’єднані. Замість кожної з пар D22- D23 і D25-D26 можна встановити по одній мікросхемі К176ІЕ8, що представляє собою десятковий лічильник з позиційним дешифратором (рис. 10).

Слід зауважити, що підключати мікросхеми D21.1 і D24 можна до виходів D4 і D2 безпосередньо лише для випадку з’єднання входів S (висновок б) мікросхем D4 і D2 з джерелом +9 В. Для початкового варіанту годин (рис. 1) підключення ланцюгів будильника до D2 до D4 має здійснюватися через інвертори.

Описуваними варіантами не вичерпується різноманіття схем електронного годинника на мікросхемах серії К176. Радіоаматори цілком можуть самі продовжити їх розробку.

Джерело: Конструкції радянських і чехословацьких радіоаматорів: Зб. статей. – Кн. 3. – М .: Радио и связь, 1987. – 144 с .: іл. – (Масова радиобиблиотека; Вип. 1113)