Главная » Автоматика в быту
Призовой фонд
на ноябрь 2017 г.
1. Термометр Relsib WT51
Рэлсиб
2. 1000 руб
PCBWay
3. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
4. 200 руб.
От пользователей

Доработка электромеханических часов-будильника Янтарь

В данной статье я хочу поделиться опытом и долговременными мучениями для достижения желаемого результата и речь пойдет о настольных электромеханических часах-будильнике Советского производства "Янтарь", которые прекрасно работали до определенной поры, пока я не вздумал разобрать их для изучения устройства и нечаянно задев катушку повредил ее, а в последствии разобрал и электронную часть сконструированную на микросхеме типа УТП. 

В итоге остался только механизм часов и они были заброшены на долгие годы до хороших времен. И вот эта пора настала и я искренне рад что не выбросил их или не разобрал по деталям весь механизм.

Будильник "Янтарь"
Фотография будильника "Янтарь"

Кто то просто захочет восстановить работоспособность и своими силами отремонтировать подобные антикварные часы. А мне они понадобились для изготовления устройства определения емкости аккумуляторов о котором я напишу отдельную статью.

С подобным принципом работы в Советское время выпускалось несколько разновидностей часов и будильников . Давайте коротко рассмотрим устройство и принцип действия таких часов. Механическая часть состоит из набора шестеренок и зубчатых передач, которые крутят стрелки, а управляет всем механизмом магнитный маятник, который в свою очередь получает энергию от электронной схемы с индуктивной катушкой, так называемого "генератора ударных колебаний". Сама схема питается от одного элемента с ЭДС 1,5 Вольт.

При движении магнитного маятника в определенном направлении в катушке наводится ЭДС индукции такой полярности, которая усиливается электронной схемой и подается обратно в катушку, наводя магнитное поле и тем самым поддерживая движение маятника до амплитудного значения и натяжения пружины. В обратном направлении маятник движется под действием натянутой пружины и силы инерции. Далее весь процесс повторяется и так продолжается до отключения питания электронной схемы или до принудительной остановки маятника. Для начала работы такого устройства нужно качнуть маятник передав ему энергию и запустив весь процесс незатухающих колебаний.

После тщательных поисков в интернете, собрал и проверил несколько схем, модифицируя их и подбирая детали для получения желаемого результата. Все схемы имели определенную нестабильность, что сказывалось на амплитуде раскачивания маятника. При изменении напряжения питания даже в небольших пределах, и во время прохождения стрелок определенных участков, амплитуда маятника сильно менялась - при понижении напряжения питания или при увеличении сопротивления механизма маятник совсем останавливался, а при повышении напряжения питания даже на доли Вольта маятник раскручивался чуть ли не на два оборота. Я пробовал вводить обратную связь по току, что немного помогало, но не было достаточным. Так же в некоторых схемах наблюдалось самовозбуждение и как следствие повышение потребляемого тока и остановка маятника.

Хорошо показала себя схема, собранная на двух транзисторах из журнала "Радио" N8, 1979, стр.55 автора Н. Заякина и работающая от напряжения 1.5 Вольт. Но изменение питающего напряжения все же влияло на амплитуду раскачки маятника. Притом мне нужно было решение для питания от литий-ионного аккумулятора. Немного переделав схему и дополнив ее простым стабилизатором напряжения удалось добиться устойчивой и стабильной работы часов при изменении питающего напряжения в пределах 2...5 Вольт. 

Принципиальная схема для будильника "Янтарь".
Принципиальная схема для будильника "Янтарь"

Окончательная схема состоит из двух независимых блоков A1 и A2. Соответственно блок A1 представляет из себя стабилизатор напряжения, питающий собственно блок генератора A2 пониженным напряжением около 1.2 Вольт. Величина данного напряжения стабилизируется эмиттерным переходом транзистора Q2 и подбирается резистором R2 замеряя его между общим проводом и верхним соединением блоков между собой в контрольной точке КТ1. Работает стабилизатор следующим образом: протекающий через резистор R1 ток открывает транзистор Q1. Появившееся напряжение на эмиттере этого транзистора подается на делитель напряжения из резисторов R2 и R3. Протекающий через них ток создает напряжение смещения на базе транзистора Q2, которое при достижении 0.5-0.7 Вольт открывает этот транзистор и он в свою очередь забирает часть тока, протекающего через резистор R1, тем самым уменьшая ток базы транзистора Q1 и увеличивая сопротивление между его коллектором и эмиттером. Так как падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора мало зависит от протекающего тока, происходит стабилизация напряжения. Напряжение стабилизации определяется падением напряжения на эмиттерном переходе транзистора Q2 и соотношением сопротивлений резисторов R2 и R3. Приблизительно его можно рассчитать по формуле: 

U=0.6*(R2+R3)/R3

где U это необходимое напряжение стабилизации, а 0.6 - это среднее падение напряжения на переходе кремниевого транзистора. Отсюда можем рассчитать необходимое сопротивление резистора R2 для установления нужного напряжения стабилизации:

R2=(U*R3/0.6)-R3

Тем, кто будет питать часы от низкого напряжения (один элемент 1.5 В.) не нужно собирать стабилизатор, а надо прямо подключить генератор к источнику питания подав на общий вывод "-" и на верхний вывод "+". Максимальный потребляемый ток устройства в целом, вместе со стабилизатором составляет 2 мА. 

На счет принципа работы данного генератора привожу оптимизированную цитату из оригинальной статьи: 

В исходном состоянии, когда маятник часов находится в покое, транзистор Q3 открыт, а Q4 закрыт. Когда часы пускают и маятник начинает колебаться, проходящие вблизи катушки магнитики маятника наводят в ней ЭДС. При вполне определенной полярности напряжения на выводах катушки (когда маятник движется в одном из направлений) закрывается транзистор Q3 и открывается Q4. Через катушку L1 протекает импульс тока. Он создает вокруг катушки магнитный поток, взаимодействующий с полем магнитиков маятника и обеспечивающий его незатухающие колебания. 

Н. Заякин

Коротко расскажу о назначении некоторых элементов. Конденсатор C1 в блоке стабилизатора сглаживает возможные пульсации и наводки шунтируя высокие частоты и предотвращая самовозбуждение. Его емкость может быть увеличена до 1 мкФ. Резистор R2 создает отрицательную обратную связь и, как уже говорилось, его подбором осуществляется установка напряжения стабилизации. При уменьшении его значения выходное стабилизированное напряжение так же уменьшается достигая минимум 0,5-0,7 Вольт при нулевом сопротивлении указанного резистора. В большую сторону не следует превышать его значение более 5,1 кОм. Конденсатор C2 в блоке генератора электролитический полярный с малым током утечки. Он создает положительную обратную связь для работы генератора. В оригинальной статье на этот генератор, рекомендовалось использовать конденсатор емкостью 3,3-10 мкФ. Я использовал танталовый емкостью 4,7 мкФ. Все транзисторы должны быть кремниевые с проводимостью NPN, с малым обратным током коллектора и коэффициентом передачи тока базы не менее 50. Можно использовать КТ315Б или КТ315Г как самые дешевые и распространенные. Аккумулятор можно подключать любой литий-ионный с напряжением 3,7 Вольт. Индуктивность электромагнитной катушки я не измерял, просто мотал медным проводом диаметра 0,06 мм. до заполнения каркаса, которым служит круглая прорезь в печатной плате. Сопротивление намотанной катушки составляет 120 Ом. 

Про способ намотки такой катушки можете почитать в предыдущей моей статье 

Электромагнитная катушка для часов.
Фотография электромагнитной плоской катушки для часов.

Так как мне пришлось много экспериментировать и подбирать оптимальный вариант, то я использовал навесной монтаж на отдельной плате, которую прикрепил к основной плате с катушкой. Расположение деталей с использованием навесного монтажа показано на рисунке: 

Расположение деталей навесного монтажа схемы для часов.
Расположение деталей навесного монтажа схемы для часов.

К контактам in+ и in- подключается аккумулятор питания, а к выходным контактам Out- и Out+ припаяны концы электромагнитной катушки. Во время настройки катушку нужно подключить так, что бы колебания маятника не затухали и поддерживались. Если это не происходит и генератор не работает, то необходимо поменять местами концы катушки. 

Позднее для данной схемы я разработал печатную плату в программе Sprint-Layout. Плата рассчитана под установку транзисторов КТ315, но в прилагаемом исходнике Вы можете переделать чертеж под другие транзисторы. 

Рисунок печатной платы со стороны деталей.
Рисунок печатной платы со стороны деталей.

Рисунок печатной платы со стороны проводников. 
Рисунок печатной платы со стороны проводников.

В круглую прорезь на плате вставляется ранее намотанная катушка. С помощью двух отверстий внизу платы прикрепляется металлическая стойка, которая впоследствии привинчивается к корпусу механизма часов с расположением катушки между магнитами маятника. 

Собранная плата на механизме часов.

Собранная плата на механизме часов.

Собранная плата на механизме часов.  Собранная плата на механизме часов.
Собранная плата на механизме часов.

Ниже приводится список используемых радиоэлементов и короткое видео по сборке и работе данных часов. Тестирование проводилось в течении нескольких дней и показало хорошие результаты. При нормальной настройке маятник не стучит и работает довольно спокойно без лишнего шума.

Вопросы и пожелания можете оставлять в комментариях и на форуме.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Конденсаторы
C1 Конденсатор10 нФ1 КерамическийПоиск в LCSCВ блокнот
C2 Электролитический конденсатор4.7 мкФ1 ТанталовыйПоиск в LCSCВ блокнот
 
Резисторы
R1 Резистор
5.6 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R2* Резистор
3.9 кОм
1 ПодборПоиск в LCSCВ блокнот
R3 Резистор
4.7 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R4 Резистор
100 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R5 Резистор
33 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
 
Транзисторы
Q1-Q4 Биполярный транзистор
КТ315Б
4 Поиск в LCSCВ блокнот
 
Питание
Bat1 Аккумулятор3.7 В1 Li-IonПоиск в LCSCВ блокнот
 
Нагрузка
L1 Катушка индуктивности120 Ом1 До заполненияПоиск в LCSCВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 Участие в конкурсе 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (3) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
zeconir #
В статье есть ляпы в тексте, но бог с ними. Но вот отмыть корпус часов можно было, перед тем как фотографировать? Появляется такое ощущение, что их нашли на чердаке, и после написания статьи туда же и отправили.
Отредактирован 31.08.2017 09:29
Ответить
0

[Автор]
andro #
Они правда долгое время лежали на чердаке, но их планируется активно использовать и соответственно почистить. А на счет ляпов подскажите если Вы такой грамотный и исправим.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Радиореле 220В
Радиореле 220В
200 Вт усилитель класса D на IRS2092 FM-модуль RDA5807M
вверх