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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Relógio retrô. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Relógios, temporizadores, relés, interruptores de carga O autor do artigo, tendo decidido “relembrar a sua juventude”, fez um original relógio de mesa eletrônico a partir de indicadores de descarga de gás e outras peças produzidas no último quartel do século passado. Provavelmente, qualquer radioamador (especialmente a geração mais velha) concordará que para ele um relógio eletrônico não é apenas um produto caseiro, mas um produto útil para toda a família. No início de suas atividades como radioamador, cada radioamador (e eu, claro, também) colecionava vários relógios. Mas isso foi há muito tempo, quando os relógios eletrônicos, mesmo no caso mais simples e primitivo, ou mesmo sem ele, eram algo incrível... Quando a indústria lançou o kit “Start” em meados dos anos 90, que continha tudo o que é necessário para um relógio, incluindo uma placa de circuito impresso, o boom na fabricação de relógios quebrou todos os recordes. Em nosso dormitório do Instituto de Rádio Eletrônica, relógios sem caixa, montados a partir dele, estavam pendurados em todas as paredes. Mas esses dias acabaram irrevogavelmente. Hoje, o comércio oferece uma seleção tão ampla de relógios variados que parece que você não consegue encontrar nada original. Não direi nada sobre a construção caseira, que é comparável a uma construção industrial. Nem todos conseguem. É por isso que não planejei usar mais relógios. Porém, há cerca de um ano vi na Internet a fotografia de um relógio com indicadores de descarga de gás IN-16 (Fig. 1). Apesar de tais indicadores estarem obsoletos há muito tempo, o relógio parecia interessante, incomum e muito nostálgico. Três circunstâncias me levaram a assumir a produção desses relógios. Em primeiro lugar, tem uma aparência interessante. Em segundo lugar, o corpo é muito fácil de fazer. E em terceiro lugar, há muito tempo que tenho indicadores de descarga de gás e foram concebidos especificamente para relógios. Mas então não comecei a observá-los, porque o conjunto “Start” apareceu com seu grande e incrível indicador IVL1-7/5, em comparação com o qual os indicadores de descarga de gás pareciam feios.
Mas então a roda da história deu outra volta, relógios com indicadores de descarga de gás começaram a ser considerados “retrô” e viraram moda. Agora, a mágica cor laranja e o formato simples dos números dos indicadores de descarga de gás parecem originais e até fascinantes no escuro. Naturalmente, surgiu a questão - montar um relógio em um microcontrolador ou em microcircuitos de relógio normais? É claro que um relógio em um microcontrolador tem mais recursos. Podem mostrar o ano, mês e dia da semana, podem ter diversos alarmes, controlar aparelhos elétricos e muito mais. Mas como estava planejando um “relógio retrô”, decidi que seria certo que ele também fosse “retrô” por dentro. Apesar da aparente complexidade, os relógios desenvolvidos são fáceis de fabricar e configurar, pois são montados em microcircuitos especializados de “relógio”. Muitas pessoas têm esses microcircuitos na prateleira - é uma pena jogá-los fora, mas não há onde usá-los. Se não estiverem em estoque antigo, ainda estão disponíveis para venda e são baratos. Transistores e diodos de alta tensão podem ser removidos de lâmpadas economizadoras de energia com defeito. Portanto, o custo de um conjunto de peças para esses relógios é mínimo. Quase qualquer um pode repeti-los. Os circuitos de relógio em microcircuitos de "relógio" são bem conhecidos dos rádios amadores. Mas os designs conhecidos não fornecem indicação de segundos, e horas e minutos são exibidos em LED ou indicadores luminescentes a vácuo. Portanto, foi necessário coordenar os microcircuitos “relógio” com indicadores de descarga de gás e adicionar uma unidade de indicação de segundos. O resultado foi um dispositivo composto por quatro placas: contador de tempo (diagrama da Fig. 2), indicação de horas e minutos (diagrama da Fig. 3), interruptores de alta tensão e fonte de alimentação (diagrama da Fig. 4), contagem e indicação de segundos (diagrama da Fig. 5). Os circuitos de entrada e saída dessas placas de mesmo nome devem ser conectados entre si.
Os microcircuitos K176IE12 (DD2) e K176IE13 (DD3) são projetados especificamente para trabalhar juntos em relógios. Não descreverei em detalhes a finalidade de todos os pinos desses microcircuitos - essas informações podem ser encontradas em dezenas, senão em centenas de fontes. Vou me concentrar apenas em alguns que são necessários para que os rádios amadores iniciantes entendam o circuito do relógio e configurem-no. O chip DD2 produz pulsos de segundos e minutos. Eles são enviados para o chip DD3, que contém contadores de minutos, horas e um registrador de memória de despertador com dispositivo para ligar o alarme sonoro em um determinado horário. Um ressonador de quartzo ZQ12 na frequência de 13 Hz com os elementos necessários para o funcionamento do oscilador interno do microcircuito é conectado aos pinos 2 e 1 do microcircuito DD32768. Esse ressonador é chamado de “sentido horário”. O capacitor C1 é necessário para o ajuste preciso da frequência do oscilador, da qual depende a precisão do relógio. No pino 14 do chip DD2, esta frequência pode ser monitorada com um frequencímetro. As entradas de configuração inicial para os contadores do chip DD2 (pinos 5 e 9) são conectadas à saída correspondente (pino 4) do chip DD3. Quando você pressiona o botão de correção de tempo SB1, o sinal do chip DD3 irá zerar esses contadores. Através de um conversor de nível no transistor VT20, é fornecido às entradas da configuração inicial dos contadores de unidades de segundos DD6 e dezenas de segundos DD8 (Fig. 5). A indicação de horas e minutos no aparelho em questão é dinâmica. Isso significa que cada indicador é ligado apenas no intervalo de tempo em que o código de dígito que deve ser exibido neste indicador específico é definido nos pinos 13, 14, 15, 1 do microcircuito DD3. Os sinais dos pinos 3, 1, 15, 2 do microcircuito DD2, que controlam o acionamento alternado dos indicadores HG1-HG4, são fornecidos às chaves de alta tensão montadas nos transistores VT9-VT12, VT14, VT15, VT17, VT18 ( veja a Figura 4). Essas chaves aplicam alta tensão de polaridade positiva aos ânodos dos indicadores. Mas como invertem os sinais de controle, devem ser invertidos novamente antes de serem enviados às chaves. Os inversores DD1.1 - DD1.4 são projetados para isso (ver Fig. 2). No pino 4, o microcircuito DD2 gera segundos pulsos que vão para sua própria entrada C (pino 7). Os mesmos pulsos, através de um conversor de nível no transistor VT19 (Fig. 5), são fornecidos à entrada do contador da unidade de segundos no chip DD6. O sinal da saída 8 (pino 11) deste contador vai para a entrada do contador de dezenas de segundos do chip DD8. Os sinais das saídas dos bits de ambos os contadores são alimentados aos decodificadores de alta tensão DD7, DD9 e depois aos indicadores HG5, HG6. Assim, a indicação de unidades e dezenas de segundos não é dinâmica, mas sim estática. Pulsos secundários também são aplicados à entrada da chave de alta tensão no transistor VT8, que controla a lâmpada neon HL1. Na versão final do relógio, abandonei o ponto piscando a cada segundo, mas não removi o nó correspondente do diagrama. É possível que alguém queira tal ponto sob sua supervisão. A opção que usei para adicionar um contador e um indicador de segundos ao relógio tem um recurso. Como os contadores K155IE2 e K155IE4 mudam de estado de acordo com as quedas dos pulsos de entrada, a comutação dos segundos ocorre meio segundo depois da comutação dos minutos pelo contador do chip DD3. No entanto, isso só é perceptível quando o 59º segundo muda para zero. Não considerei isso uma desvantagem. Deixe-os pensar que é assim que deveria ser, porque o relógio não é comum, mas “retrô”. O pino 6 do chip DD3 é a entrada do sinal de correção do clock. A saída do sinal sonoro do despertador é o pino 7. Dele, o sinal vai para o amplificador de potência nos transistores VT6 e VT7 e depois para o emissor de som HA1. Como já mencionado, dos pinos 13, 14, 15, 1 do microcircuito DD3, o código de dígitos é fornecido através de conversores de nível (transistores VT1-VT4) para as entradas de informações do registro de armazenamento - o quad D-trigger DD4. A gravação neste registro ocorre com base em um sinal do pino 12 do microcircuito DD3, passado por um conversor de nível no transistor VT5. A partir das saídas do registro, os códigos dos dígitos das horas e minutos são enviados para um decodificador comum DD5 (ver Fig. 3), cujas saídas são conectadas aos cátodos combinados dos indicadores de mesmo nome HG1-HG4. Os terminais dos cátodos indicadores não utilizados não devem, em hipótese alguma, ser deixados desconectados, caso contrário, poderá ocorrer um brilho parasita dos números correspondentes. Para controlar o funcionamento do relógio, são utilizados os botões SB1-SB4 e o botão SA1 (ligam e desligam o som do despertador). Os botões SB2 e SB3 são usados para acertar os minutos e as horas, respectivamente, e o botão SB4 é usado para acertar a hora do alarme. Quando o botão SB4 é pressionado, os indicadores mostram este tempo. Para alterá-lo, deve-se pressionar os botões SB2 e SB3 sem soltar o botão SB4. O botão SB1 permite ajustar as leituras do relógio, para o qual deve ser pressionado alguns segundos antes do final real da hora atual. Neste caso, a contagem do tempo será interrompida. Os contadores internos de minutos e segundos dos chips DD2 e DD3, bem como os contadores DD6 e DD8 serão zerados. Se o número de minutos no momento da parada for inferior a 40, o valor no contador de horas do chip DD3 não será alterado, caso contrário aumentará em um. Ao sinal da hora exata, o botão SB1 deverá ser liberado, após o qual a contagem do tempo continuará. Infelizmente, quando o botão SB1 é pressionado, o número de alguns indicadores permanece aceso. Para não complicar o relógio, não fiz uma unidade para extinção de todos os indicadores, pois isso não pode ser considerado uma desvantagem do relógio retrô. No entanto, você pode adicionar tal unidade a eles montando-a de acordo com o diagrama mostrado na Fig. 24 em [1]. Como já foi referido, no relógio proposto a indicação das horas e dos minutos é dinâmica e os segundos são estáticos. Para garantir que o brilho dos indicadores HG5 e HG6 não seja diferente do brilho dos indicadores HG1-HG4, os valores dos resistores R25 e R26 nos circuitos anódicos dos indicadores HG5 e HG6 são aumentados para 150 kOhm. Por falta de espaço na caixa do relógio, fiz sua alimentação utilizando um circuito sem transformador. Portanto, todas as partes do relógio estão sob tensão de rede. Ao configurá-los, cuidados especiais devem ser tomados [2]. Se, ao repetir o projeto, houver espaço no gabinete para um transformador abaixador, recomendo o uso de uma fonte de alimentação com transformador. O enrolamento secundário do transformador deve ser projetado para uma tensão de cerca de 12 V com uma corrente de carga de 150...200 mA. Neste caso, o capacitor C8, o resistor R9 e o diodo zener VD7 são excluídos do circuito. Outra opção é usar uma fonte de alimentação de comutação estabilizada remota de 9 ou 12 V. Essas unidades geralmente têm design semelhante aos carregadores de telefone celular e são usadas em todos os lugares. Ao usar uma fonte de alimentação de 12 V, o capacitor C8, o resistor R9, a ponte de diodos VD6 e o diodo zener VD7 são excluídos do circuito. A tensão de saída da fonte de alimentação, observando a polaridade, é fornecida ao capacitor C9. Se for utilizada uma fonte de alimentação de 9 V, além dos elementos listados no parágrafo anterior, o transistor VT13, o resistor R14 e o diodo zener VD9 também são excluídos do circuito, e o ânodo do diodo VD10 é conectado ao terminal positivo do capacitor C9. A grande capacitância do capacitor C10 permite que o relógio funcione por algum tempo após uma queda de energia. O diodo VD10 corta outros circuitos do capacitor C10, permitindo que ele gaste a energia armazenada apenas para alimentar os microcircuitos DD1-DD3. Com uma capacitância de 2200 μF indicada no diagrama, o relógio continua funcionando por mais de 10 minutos. Isso é suficiente não só para evitar falhas de leitura, mas também, por exemplo, para mover o relógio de uma sala para outra. O artigo [3] contém dados experimentais sobre a dependência da duração do clock da capacitância deste capacitor. Se você ainda precisa de energia reserva, estude o artigo [3] - seu autor oferece diversas opções. E se você não gosta do som do despertador do seu relógio, você pode montar outro usando os diagramas de [3] e [4]. Em [5] existe até uma versão de despertador em um chip sintetizador de música UMS [6]. Na Fig. A Figura 6 mostra as placas de circuito impresso nas quais o relógio é montado. Não forneço seus desenhos, porque tanto o circuito do relógio quanto as placas de circuito impresso foram repetidamente alterados e modificados. Por exemplo, quando decidi adicionar um indicador de segundos ao meu relógio, não projetei uma nova placa, mas simplesmente anexei uma adicional à placa indicadora de horas e minutos existente. Houve mudanças em outras diretorias também. Como o relógio foi feito em uma única cópia, não retrabalhei as placas de circuito impresso para levar em conta as alterações.
Em vez do microcircuito K176IE12, você pode usar o K176IE18, mas seu circuito de conexão é diferente. Em vez do microcircuito K176LA7 no relógio descrito, é permitido usar o K176LE5 e nenhuma alteração no circuito será necessária. Só não se esqueça que tal substituição se tornará impossível se for decidido fazer um extintor de indicador conforme diagrama do artigo [1]. Em vez do gatilho D quádruplo K155TM7, você pode usar o K155TM5. O uso do microcircuito K155TM7 se explica apenas pelo fato de eu tê-lo em estoque. Instalei no relógio, deixando as saídas inversas dos triggers livres. Muitas peças podem ser retiradas de reatores eletrônicos de lâmpadas economizadoras de energia com defeito. Por exemplo, um capacitor de óxido C7 de pequeno porte foi retirado dele. Sua capacitância pode variar de 2,2 a 10 µF. Os transistores ME13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009 usados em reatores podem ser usados no lugar do KT605A. Dos transistores domésticos, o KT604A é adequado para substituí-los. Você também pode usar dois conjuntos de transistores K166NT1A, o que complicará um pouco o desenvolvimento de uma placa de circuito impresso, mas reduzirá suas dimensões. Finalmente, dos reatores defeituosos você pode tirar os diodos 1N4007, que substituirão todos os diodos do relógio (exceto os diodos zener). Você também pode montar uma ponte de diodos com eles em vez de KTs407A. Entre os diodos domésticos, outros diodos de silício de baixa potência com tensão reversa permitida de 102 V ou mais, por exemplo, KD300A, KD104B-KD105D, são adequados como substitutos dos diodos KD105B. No caso em consideração, os diodos KD102A podem ser substituídos por quaisquer diodos de silício de baixa potência. Se as dimensões da placa permitirem, em vez da ponte de diodos KTs407A, você pode usar KTs402 ou KTs405 com qualquer índice de letras. Os transistores KT315G e KT361G podem ser substituídos por transistores da mesma série com quaisquer índices de letras ou outros transistores de silício de baixa potência da estrutura correspondente com uma tensão coletor-emissor permitida de pelo menos 15 V. Em vez do transistor KT815G, os transistores das séries KT815, KT817, KT819 com quaisquer índices são adequados. Porém, por questões de tamanho, é melhor usar transistores da série KT819 em uma caixa de plástico (sem índice M). Como a entrada do regulador de tensão de 5 V é de 12 V, o transistor VT16 gera uma quantidade significativa de calor. Portanto, deve possuir dissipador de calor, que pode ser de qualquer projeto. Por exemplo, uma placa de alumínio com vários milímetros de espessura e uma área de pelo menos 15...20 cm2. Botões SB1-SB4 - qualquer um que caiba na caixa do relógio. Em vez do botão SA1, qualquer interruptor deslizante ou de alavanca pode ser usado nas mesmas condições. O emissor de som HA1 é uma cápsula telefônica com resistência de pelo menos 50 Ohms. Se o espaço no gabinete permitir, você pode usar um cabeçote dinâmico de pequeno porte conectando-o por meio de um transformador de saída de qualquer receptor de transistor. Ao mesmo tempo, o volume do sinal de alarme aumentará significativamente. O capacitor de extinção C8 é composto por três capacitores K73-17 com capacidade de 1 μF para uma tensão constante de 630 V, conectados em paralelo. Eles podem ser colocados em qualquer espaço livre da caixa. Tenha em mente que nem todos os capacitores são adequados como capacitores de extinção. Por exemplo, os capacitores BM, MBM, MBGP, MBGC-1, MBGC-2 não podem ser usados [7]. Se as dimensões da caixa permitirem, você pode usar capacitores MBGCH ou K42-19 para uma tensão de pelo menos 250 V ou MBGO para uma tensão de pelo menos 400 V. A fabricação de uma caixa de relógio deve ser feita com o máximo cuidado, pois disso depende a impressão que o relógio causará em amigos e conhecidos. A seguir indico as dimensões dos meus relógios. Naturalmente, eles podem ser alterados. Pegue uma tira de madeira lisa e bem polida com 50 mm de largura e 5 mm de espessura. Corte duas partes com 200 mm de comprimento e duas partes com 70 mm de comprimento. Eu recomendo usar uma serra para metal com dentes mais finos do que uma serra para madeira. Tente cortar estritamente em ângulos retos. Em seguida, usando qualquer cola de madeira (por exemplo, PVA), cole a moldura. Suas dimensões externas são 200x80 mm. Para fazer um fundo luminoso, é necessária uma placa de vidro orgânico com espessura de pelo menos 5 mm. Marque um retângulo do mesmo tamanho da moldura resultante, e use também uma serra para metal, tentando cortar estritamente em ângulo reto e sem parar, recorte. Faça o polimento das pontas da placa e cole o fundo resultante na moldura com cola Moment. Na parede traseira do gabinete, instale os botões SB1-SB4 e a chave SA1, faça furos para o porta-fusível FU1 e o cabo de alimentação. Não se esqueça dos orifícios de ventilação. A parte mais importante do trabalho é fazer a tampa superior do relógio em vidro colorido. Nem todo mundo consegue cortar essa tampa por conta própria, especialmente com furos para indicadores, por isso recomendo entrar em contato com a oficina de vidro mais próxima. Eles estão em qualquer cidade, mesmo na menor. Cortam vidros para janelas, espelhos e fazem aquários. Basta trazer as dimensões exatas da tampa e indicar com precisão os centros e diâmetros dos furos dos indicadores. Um resultado totalmente satisfatório será obtido se a tampa for de vidro orgânico, mas a aparência do relógio será um pouco diferente. Mas você mesmo pode fazer essa tampa. Vale especialmente a pena focar nos detalhes que darão ainda mais charme ao relógio fabricado. Estes são LEDs azuis que iluminam os indicadores na parte inferior e uma faixa de LED amarela que ilumina a borda posterior da parte inferior da caixa do relógio. Existem muitos tipos de LEDs e tiras e quase todos podem ser usados. Se alguém duvida que os LEDs deveriam ser exatamente azuis e a fita amarela, não discutirei. Cada homem ao seu gosto. Você pode experimentar qualquer cor ou até mesmo usar LEDs RGB e tiras RGB com controladores de controle remoto. Esses controladores podem ser adquiridos em lojas que vendem produtos elétricos. Os LEDs HL2-HL7 são instalados sob cada um dos seis indicadores. Eles criam um lindo halo azul brilhante ao redor dos números e na parte superior dos indicadores - esse efeito é claramente visível na fotografia da aparência do relógio (Fig. 7). Os LEDs são conectados em série e conectados através de um resistor de extinção R24 ao circuito de +300 V. Ao selecionar este resistor, o brilho desejado dos LEDs é alcançado. Os LEDs que usei têm brilho suficiente mesmo com uma corrente de 2...3 mA, portanto a potência dissipada pelo resistor não excede 0,5 W.
Claro, seria mais seguro alimentar os LEDs de retroiluminação não com alta tensão, mas a partir da saída de um retificador de baixa tensão - do capacitor C9, reduzindo correspondentemente a resistência do resistor R24. Explicarei por que foi decidido alimentá-los com um retificador de alta tensão, em vez de um retificador de baixa tensão. Já está disponível uma tensão de +300 V na placa indicadora de segundos, e para alimentar os LEDs HL2-HL7 com baixa tensão seria necessário adicionar mais um fio. A faixa de LED consiste em seções conectadas em paralelo de 50 mm de comprimento, cada uma contendo dois ou três LEDs e um resistor conectado em série. Para uso em relógios, é adequada uma fita com tensão de alimentação de 12 V. Separe dela um pedaço de 200 mm de comprimento (quatro seções) e cole-o com cola transparente na borda traseira da parte inferior da caixa do relógio. Defina o brilho desejado selecionando o resistor R12. Deve-se lembrar que quanto maior o brilho da fita, mais corrente ela consome e maior deve ser a capacidade do capacitor de extinção. C8. Com a capacidade deste capacitor de 3 μF, a corrente consumida pela fita não deve ultrapassar 60 mA, caso contrário a tensão no capacitor C9 cairá abaixo de 12 V, fazendo com que o transistor VT13 saia do modo de operação. Com as classificações indicadas no diagrama, a fita do meu relógio consome exatamente essa quantidade e brilha bastante, embora a tensão nela seja de apenas 9 V. Literatura
Autor: A. Karpachev
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