ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ СЕРИИ К176

July 25, 2014 by admin Комментировать »

Л. ЛОМАКИН (СССР)

Интегральные микросхемы серии К176 обладают чрезвычайно малым потреблением мощности. В состав серии входят микросхемы, специально предназначенные для использования в часах, что позволяет собрать достаточно простые электронные часы с бестрансформаторным питанием и резервной аккумуляторной батареей, обеспечивающей отсутствие сбоев в ходе часов при перерывах в подаче сетевого напряжения. Схема одного из возможных вариантов электронных часов на таких микросхемах приведена на рис. 1.

Задающий генератор выполнен на микросхеме Об и кварцевом резонаторе Ζ1 частотой 32 768 Гц. В результате деления частоты генераторы на 2′5 в микросхеме Об на ее выходе 15 (вывод 5) образуются импульсы с частотой 1 Гц. Частота импульсов делится в микросхемах 07 и D8 до одного импульса в минуту. Через дифференцирующую цепочку C10R7R8 и нормально замкнутые контакты кнопки S1 импульсы поступают на счетчики единиц минут (07), десятков минут (02, единиц часов (OJ), десятков часов (D4). В счетчике часов коэффициент пересчета 24 обеспечен за счет подключения выходов 2 D4 и 4 D3 через элемент И (D9.3 и D9.4) к входам R этих же микросхем.

В часах для упрощения схемы применено непосредственно подключение вакуумных люминесцентных семисегментных индикаторов к выходам микросхем серии К176. Для получения достаточной яркости свечения напряжение питания микросхем увеличено до 12 … 13 В, напряжение, подаваемое на сетки индикаторов, составляет 30 В, несколько увеличено напряжение накала. Этн меры позволили исключить ключевые транзисторы. Однако в такой схеме включения светятся лишь самые маленькие индикаторы – ИВ-6 и ИВ-8, неплохие результаты получены с ИВ-22. Для уменьшения переменного напряжения на резонаторе Ζ1 включен резистор R13.

В часах предусмотрена как установка часов, так и минут. Установка часов производится следующим образом. Нажатие на кнопку S2 переключает триггер на элементах D9.1 н 7)9.2, служащий для подавления дребезга контактов кнопки, в состояние, в котором на входе 7 D5.4 возникает напряжение низкого уровня (логический 0), на выходе – высокого (логическая 1). Кроме того, при нажатии на кнопку S2

Рис. 1

происходит установка в нулевое состояние делителя D6, D7, D8 и счетчика минут D1 и D2. В момент отпускания кнопки S2 изменение уровня на входе С D3 с высокого на низкий увеличивает показание счетчика часов на единицу. Нажав кнопку S2 несколько раз, можно установить необходимое показание счетчика часов. Последний раз необходимо отпустить кнопку по шестому сигналу поверки времени или в момент прохождения секундной стрелки эталонных часов числа 12.

Если пуск часов осуществлялся не в момент времени, соответствующий целому часу, установку минут производят нажатием на кнопку S1. В результате на вход D1 с выхода 14 D6 подаются импульсы с частотой 2 Гц. Дифференцирующие цепочки C9R6R8 и C10R7R8 необходимы для подавления дребезга контактов кнопки S1.

В часах применено питание от сети без понижающего трансформатора. Напряжение сети гасится на конденсаторах С1 и С2, выпрямляется мостом VI и стабилизируется цепочкой стабилитронов V2—V4. Со стабилитрона V4 через диод V5 напряжение 12 В поступает на выводы 14 микросхем D1-D9. Напряжение +30 В подается на сетки индикаторов и на преобразователь напряжения, выполненный на транзисторах V7 и V8 и трансформаторе 77, служащий для получения напряжения 0,9 … 1 В для питания нитей накала индикаторов. Для запуска преобразователя при включении часов использована цепочка C8R5, через которую продифференцированные импульсы с частотой 2 Гц подаются на базу V8.

Питание часов резервировано аккумуляторной батареей GB1. При наличии напряжения сети происходит подзаряд батареи через резистор R14 током, компенсирующим саморазряд. При перерывах в подаче напряжения сети питание на микросхемы подается от батареи GB1 через диод V6, с индикаторов напряжение питания снимается. При этом в показаниях сбоя не происходит. Более того, если длительность отключения от сети не превышает суток, ошибка в ходе часов не превышает 1… 2 с. Она возникает за счет изменения теплового режима внутри корпуса часов.

Часы позволяют даже без батареи GB1 отключение от сети на 1 … 2 с без сбоя показаний. Питание микросхем при этом осуществляется за счет заряда на конденсаторе С4.

В часах применены конденсаторы типа К73-17 (С7, С2), К52-2 (64СЗ, С4), КМ-6 (С5, G5), КМ-5 а (С1-С10, С13), К-10-17 {СП, С12), резисторы МЛТ, кварцевый резонатор Ζ1 от наручных часов. В качестве кнопок S1 и S2 использованы микропереключатели МП7, напротив штоков которых в корпусе часов просверлены отверстия. Трансформатор 77 намотан на кольцевом ферритовом магнитопроводе М600 К10Х6Х5 проводом ПЭЛШО-0,27. Обмотка I содержит 60 витков, II и III по 10 витков, обмотка IV – 5 витков.

Все детали часов, кроме R1 и GB1, размещены на печатной плате размерами 70Х Х90 мм. На рис. 2, а приведено расположение проводников на стороне, противоположной стороне установки деталей, на рис. 2, b — расположение деталей и проводников на стороне деталей. Проволочный резистор R1 установлен в сетевой вилке, батарея GB1 – рядом с печатной платой в корпусе часов. Конструкция часов показана на рнс. 3. Корпус выполнен из прозрачного органического стекла толщиной 3 мм и оклеен светлой декоративной пленкой под дерево. Торцевая и внутренняя поверхности верхней, нижней и боковых стенок корпуса окрашены темной коричневой нитроэмалью. В пленке на передней стенке корпуса (после ее наклейки) вырезано окно против индикаторов. Печатная плата и задняя стенка крепятся винтами М2 к четырем бобышкам из органического стекла, приклеенным к боковым стенкам корпуса.

При налаживании часов следует подобрать емкость конденсатора С8 н сопротивление резистора R5 для обеспечения надежного запуска преобразователя и отсутствия срывов генерации, которые могут происходить при подаче импульсов

на базу V8 в противофазе с собственными колебаниями преобразователя при большой емкости конденсатора С8. Для обеспечения точности хода конденсаторы СИ н С12 подбирают после установления тепловою режима в корпусе часов.

Значительно облегчить н ускорить подстройку хода часов можно установкой вместо каждого из конденсаторов СИ и С12 параллельно соединенных постоянного и подстроечного конденсаторов. Вместо СИ следует установить постоянный конденсатор емкостью 12 пФ· и подстроечный с максимальной емкостью 20 пФ, вмес-

то Cl2 – соответственно 56 и 10 пФ. Подстроечные конденсаторы можно установить в зазоре между печатной платой и задней стенкой, подпаяв их выводы к печатным проводникам. Роторы подстроечных конденсаторов должны быть подключены к общему проводу. Конденсатор, подключенный параллельно СП, служит для грубой подстройки частоты, подключенный параллельно С12 – для точной.

Регулировку хода часов с подстроечными конденсаторами осуществляют следующим образом, Установив роторы конденсаторов в среднее положение, .часы в корпусе запускают и определяют их уход за одну-две недели. Затем часы отключают от сети, к выходу 15 D6 (вывод 5) и к общёму проводу подключают цифровой частотомер в режиме измерения периода и оставляют их в положении свободного доступа к подстроечным конденсаторам для установления теплового режима как в часах, работающих от аккумуляторной батареи, так и во включенном частотомере (примерно на 1 ч).

Далее рассчитывают поправку, на которую необходимо изменить частоту задающего генератора. Предположим, что часы ушли вперед иа 5 с за одну неделю. Относительное отклонение частоты от необходимой составит 5/(7’86400) = 8,3’10^. Поэтому для понижения частоты до необходимой необходимо увеличить измеряемый по частотомеру период (1 с) на 8,3 мкс. Период подстраивают сначала конденсатором грубой подстройки, затем точной. Хорошо отрегулированные часы обеспечивают точность не хуже 2 с в месяц.

Приведенная схема часов может служить основой для многих конструкций. Можно использовать люминесцентные индикаторы с большим размером цифр и обеспечить большую яркость их свечения, если между выходами микросхем D1—D4 и анодами индикаторов включить 24 транзисторных ключа, схема одного из которых приведена на рис. 4. Для индикаторов единиц минут и единиц часов нужно по семь ключей, для индикатора десятков минут – шесть, так как аноды and при индикации цифр 0-5 переключаются одинаково и ими можно управлять от одного ключа с коллекторным резистором 15 кОм. Вход ключа можно управлять от выхода а или d D3.

Для индикатора десятков часов необходимо четыре ключа — аноды a, d, е могут управляться от одного ключа с коллекторным резистором 10 кОм, анод b может быть постоянно подключен через резистор 27 кОм к источнику +30 В.

Для обеспечения правильной полярности выходных сигналов D1—D4 низкий уровень напряжения для зажигания сегмента подается на управляющие входы 5 указанных микросхем (выводы б)\ необходимо отключить от общего провода и подключить к источнику +9 В. Такое же изменение в схеме необходимо выполнить и для всех описываемых далее вариантов часов.

В блоке питания необходимо заменить стабилитрон V4 на Д814Б или Д814В с напряжением стабилизации 9,6 . . . 10,2 В, а резистор R14 уменьшить до значения, обеспечивающего ток подзаряда GB1 около 30 мкА. Напряжение питания индикаторов при этом снизится примерно до 27 В.

В преобразователе напряжения при применении индикаторов с большим током или большим напряжением накала необходимо параллельно R3 и R4 подключить конденсаторы емкостью 270 пФ, транзисторы V7 и V8 установить типа КТ3102А, а емкость конденсатора С8 увеличить примерно до 270 пФ. Число витков обмотки IV необходимо пересчитать из расчета пяти витков на вольт.

Необходимо также увеличить суммарную емкость конденсаторов Cl, С2 примерно до 1,5 мкФ, а сопротивление резистора R1 уменьшить до 51 … 75 Ом.

В случае использования светодиодных индикаторов с обидам анодом, можно изготовить часы для установки в автомобиле. При этом из схемы рис. 1 исключается блок питания (элементы, расположенные на схеме выше D1-D4, кроме С4), а сегменты индикаторов подключают к выходам D1-D4 через эмиттерные повторители на 24 любых маломощных р-п-р транзисторах (рис. 5). Для нормирования рабочего тока в цепь каждого сегмента включается свой ограничительный резистор. Для сегментов and индикатора десятков минут используется два резистора и одни общий транзистор, для сегментов a, d и е индикатора десятков часов — три резистора и один транзистор. Сегменте индикатора десятков часов необходимо соединить с общим проводом через резистор 360 Ом.

Питание интегральных микросхем часов осуществляется от простейшего стабилизатора на стабилитроне V40 н резисторе R43. При выключенной индикации потребляемый ток составляет около 3 мА.

Для включения индикации необходимо включить зажигание или нажать кнопку S3, при этом потребляемый часами ток возрастает примерно до 400 мА. Стабилитрон V9, обеспечивающий стабилизированное напряжение для питания индикаторов, необходимо установить на радиатор.

С такими индикаторами можно сделать и настольные часы, но из-за большого потребляемого тока необходим трансформаторный блок питания. Интересно, что питание индика+оров может осуществляться от мостового выпрямителя без сглаживания и стабилизации (обмотка рассчитывается на напряжение 5 … 6 В), а стабилизатор для питания микросхем может быть простейшим — резистор и стабилитрон на 9,6 . . . … 10,2 В (с подключением резервного аккумулятора).

Возможно применение и накальных индикаторов (ИВ-9, ИВ-13 и т. д.). Их следует включать так же, как и светодиодные, но без ограничительных резисторов. Рабочее напряжение стабилитрона V9 в автомобильном варианте часов .следует выбрать примерно на 1 В больше рабочего напряжения индикаторов для компенсации потерь на эмиттерных повторителях, а напряжение обмотки трансформатора в стационарном варианте без стабилизации – примерно на 3 В больше, так как около 2 В падает еще и на выпрямитель.

В часах можно применить специально разработанный для часов плоский люминесцентный индикатор ИВЛ-1-7/5. Этот индикатор имеют толщину 10 мм при размере цифр 11×22 мм.

В одном индикаторе расположены четыре знакоместа, сгруппированные по два и разделенные двумя точками. Одноименные аноды знакомест объединены, что позволяет использовать индикатор только в динамическом режиме.

На рис. 6 приведен возможный вариант схемы подключения индикатора ИВЛ- 1-7/5 к часам по схеме рис. 1. С вывода 11 микросхемы D& сигнал с частотой 32768 Гц поступает на микросхему D10, включенную в качестве делителя частоты на 64. С ее выхода сигнал с частотой 512 Гц подается на двухразрядный счетчик на ХЗ-трнггерах DILI и D11.2. Элементы D12.1, D12.2, D13.1, D13.2, входы которых подключены к выходам D-триггеров, образуют дешифратор, на выходах которого последовательно формируются импульсы отрицательной полярности с частотой 128 Гц, поступаю-

Рис. 6

щие на базы транзисторов D9-D12 и на входы инверторов D12.3, D12.4, D13.3, D13.4. С коллекторов транзисторов импульсы поступают на сетки индикаторов, поочередно включая каждое из знакомест. С выходов инверторов импульсы в положительной полярности подаются на управляющие входы А микросхем D14-D20 типа К176КТ1, выполняющих роль мультиплексеров, поочередно подключающих выходы микросхем D1-D4 к базам транзисторов D13-D19.

Микросхема К176КТ1 – это четыре ключа, в которых сигнал со входа D проходит на выход при наличии напряжения высокого уровня на входе А и эта цепь разрывается при подаче напряжения низкого уровня на вход А. Поочередно подавая напряжение высокого уровня на четыре входа А микросхемы, можно передать на объединенные выходы сигналы с соответствующих входов D. В результате, в момент подачи положительного импульса на первую сетку (крайнюю правую), на транзисторы V13-V19 приходят сигналы с микросхемы D1 и на крайнем правом знакоместе индицируется цифра единиц минут, в следующий момент положительный импульс подается на вторую сетку, на транзисторы подаются сигналы с выходом D2 и т. д. Благодаря достаточно высокой частоте коммутации мелькание цифр незаметно.

В схеме динамической индикации в качестве интегральной микросхемы D10 можно использовать двоичный счетчик К176ИЕ1, микросхему К176ИЕ2 в режиме деления на 32. Можно также собрать генератор на одной микросхеме К176ЛА7 или К176ЛЕ5 (рис. 7). В качестве микросхемы Dll можно использовать также К176ИЕ1 или К176ИЕ2, заменив элементы D12 и D13 на дешифратор К176ИД1, входы 4 и 8 (выводы 72 и 77) которого соединены с общим проводом. Выходы К176ИД1 следует соединить со входами A D14-D20 и через инверторы – к R14- R17.

Транзисторы V9-V19 – любые маломощные кремниевые типа р-п-р с допустимым напряжением коллектор – эмиттер не менее 30 В.

На рис. 8 приведена схема блока питания электронных часов с индикатором ИВЛ-1-7/5. Напряжение питания микросхем около 9,5 .. . 10,0 В определяется стабилитроном V2.

Напряжение питания индикатора составляет около 29 В (стабилитроны V2-V4). Для исключения подсветки неиндицируемых сегментов на сетки запираемых знакомест через резисторы R18—R21 подается отрицательное относительно нити накала напряжение величиной около 5 В, получаемое за счет падения напряжения на стабилитроне V21.

Напряжение накала индикатора ИВЛ-1-7/5 составляет 5 В, поэтому обмотка IV трансформатора 77 имеет 20 витков с отводом от середины, остальные данные трансформатора те же, что и для основного варианта часов. В связи с тем что схема управления индикаторами с помощью р-п-р транзисторов значительно более экономична, чем с п-р-п транзисторами, достаточно суммарной емкости С1 и С2 около 1 мкФ.

Для того чтобы зажечь точки между цифрами, необходимо подключить сетку, управляющую точками, к любой другой сетке, а аноды точек — к цепи +9 В (катод 2). Если желательно сделать точки мигающими с частотой 1 Гц, аноды следует подключить через ключ, состоящий из резияора и р-п-р транзистора (например, подобно R28 и VI9}, к выходу 15 (вывод 5) микросхемы D6. Если же аноды точек подключить к этому выходу D6 непосредственно, вместо полного гашения точек будет происходить уменьшение яркости с частотой 1 Гц, это в меньшей степени раздражает Глаза.

Опыт эксплуатации многих экземпляров часов показал, что установка минут в них совершенно необязательна. Поэтому из часов можно исключить SI, С9, СЮ, R6, R7, R8, конденсатор С8 следует подключить непосредственно к выходу D5.1 или выводу 14 D6, вход CD1 – квЫходуЕТ?#.

В часы можно встроить будильник. Один из вариантов схемы будильника приведен на рис. 9. К неподвижным контактам переключателей S3-S6 подводятся позиционные коды соответствующих цифр часов (к S3 – десятки часов, S4 – единицы часов, S5 – десятки минут, S6 – единицы минут). Подвижные контакты переключателей подключены к элементу И (D27.1 и D21.2). При выключенном будильнике переключатель S7 (кнопка П2К с само фиксацией) подает напряжение +9 В на вывод 6 D21.4, и с выхода этого элемента сигнал низкого уровня запрещает прохождение каких-либо сигналов через элемент D27.2. При нажатии кнопки S7 состояние триггера D21.3, D21.4 не меняется. Одиако при совпадении показания часов с набранными переключателями S3- S6 на всех входах элемента D27.1 появляются сигналы высокого уровня, элемент И включается, напряжение высокого уровня с выхода D21 2 переключает триггер D21.3, D21.4 в другое состояние. Сигнал высокого уровня с выхода D21.4, поступая на выход 9 элемента D27.2, разрешает прохождение через него сигнала с частотой 1024 Гц с вывода 4 D10 (рис. 6) или с вывода 11 D10 (рис. 7). В последнем случае конденсатор С17 (рис. 7) следует уменьшить до 1500 пФ. Сигнал 1024 Гц прерывается а часто гой 1 Гц сигналом, поступающим с вывода 5 D6. Прерывистый сигнал через усилитель на транзисторах V20 и V21 поступает на головку В1. Резистором R34 можно регулировать громкость сигнала, его максимальный уровень можно установить подбором емкости конденсатора С18. В качестве В1 можно использовать электромагнитный телефон слухового аппарата или любую динамическую головку, включенную через выходной трансформатор любого транзисторного радиоприемника.

Сигнал будет звучать до тех пор, пока кнопка S3 не будет отпущена.

Для получения позиционного кода десятков часов использован элемент D21.1, кода десятков минут – дешифратор D24. Коды единиц часов и единиц минут получаются на выходах дешифраторов D23 и D26, входы которых подключены к выходам десятичных счетчиков D22 и D25. Счетчики D22 и D25 работают синхронно со

Рис. 9

счетчиками D3 и D1, для чего их входы R и С попарно объединены. Вместо каждой из пар D22— D23 и D25—D26 можно установить по одной микросхеме К176ИЕ8, представляющей собой десятичный счетчик с позиционным дешифратором (рис. 10).

Следует заметить, что подключать микросхемы D21.1 и D24 можно к выходам D4 и D2 непосредственно лишь для случая соединения входов S (вывод б) микросхем D4 и D2 с источником +9 В. Для исходного варианта часов (рис. 1) подключение цепей будильника к D2 к D4 должно осуществляться через инверторы.

Описываемыми вариантами не исчерпывается многообразие схем электронных часов на микросхемах серии К176. Радиолюбители вполне могут сами продолжить их разработку.

Источник: Конструкции советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей. – Кн. 3. – М.: Радио и связь, 1987. — 144 с.: ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1113)

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты