Как собрать электронные часы на советских микросхемах и люминесцентных индикаторах. Какие компоненты потребуются для сборки часов. Как работает схема часов на К176ИЕ18 и К176ИЕ13. Какие особенности нужно учесть при сборке часов на люминесцентных индикаторах.
Основные компоненты и принцип работы часов на К176ИЕ18 и К176ИЕ13
Электронные часы на микросхемах серии К176 представляют собой интересный проект для радиолюбителей. Основу схемы составляют следующие ключевые компоненты:
- Микросхема К176ИЕ18 — специализированный двоичный счетчик с генератором и мультиплексором
- Микросхема К176ИЕ13 — содержит счетчики часов и минут
- Микросхема К176ИД3 — дешифратор для управления семисегментными индикаторами
- Люминесцентные индикаторы ИВ-11 или аналогичные
Как работает данная схема часов? К176ИЕ18 содержит генератор на 32768 Гц, работающий с внешним кварцевым резонатором. С помощью делителей частоты формируются секундные и минутные импульсы. К176ИЕ13 выполняет функции счетчика минут и часов, а также содержит ячейку памяти будильника. К176ИД3 преобразует двоичные коды в сигналы управления сегментами индикаторов.
Особенности схемы и конструкции часов на люминесцентных индикаторах
При сборке часов на люминесцентных индикаторах ИВ-11 следует учитывать некоторые важные моменты:
- Требуется двуполярное питание для обеспечения достаточной яркости индикаторов
- Необходим преобразователь напряжения для формирования анодного напряжения индикаторов
- Важно правильно подобрать номиналы гасящих конденсаторов и резисторов
- Следует обеспечить хороший теплоотвод для транзисторов преобразователя
В качестве источника питания обычно используется трансформатор с двумя вторичными обмотками. Положительное напряжение питания микросхем составляет 9-10В, а отрицательное напряжение для индикаторов может достигать -10В. Для надежной работы часов рекомендуется использовать стабилизаторы напряжения.
Доработка схемы и устранение типичных проблем
При сборке часов по оригинальной схеме могут возникнуть некоторые проблемы, требующие доработки:- Сильный нагрев стабилитронов и транзисторов преобразователя
- Нагрев гасящих конденсаторов
- Нестабильная работа схемы накала индикаторов
Для решения этих проблем рекомендуется внести следующие изменения:
- Увеличить емкость гасящих конденсаторов до 0,95 мкФ
- Заменить резистор R18 на номинал 470 кОм
- Использовать стабилитроны Д814В
- Заменить резистор R21 в базах транзисторов преобразователя на 56 кОм
Эти модификации позволят улучшить стабильность работы схемы и снизить нагрев компонентов. Однако следует учитывать, что транзисторы преобразователя все равно будут нагреваться до 60-65°C, что является нормальным режимом их работы.
Выбор и особенности применения люминесцентных индикаторов
В данной конструкции часов используются люминесцентные индикаторы ИВ-11, однако возможно применение и других аналогичных моделей. Какие индикаторы подойдут для этих часов?
- ИВ-3
- ИВ-6
- ИВ-22
- Другие совместимые модели с учетом их цоколевки
При выборе индикаторов следует обратить внимание на следующие параметры:
- Напряжение накала
- Анодное напряжение
- Ток потребления
- Совместимость выводов с монтажной платой
Важно помнить, что разные модели индикаторов могут требовать небольшой корректировки схемы питания и управления. При замене индикаторов необходимо внимательно изучить их характеристики и при необходимости адаптировать схему.
Изготовление печатной платы и монтаж компонентов
Качественное изготовление печатной платы — важный этап в сборке часов. На что следует обратить внимание при разработке и изготовлении платы?
- Правильная разводка дорожек с учетом высоковольтной части схемы
- Оптимальное расположение компонентов для минимизации наводок
- Достаточная ширина силовых дорожек питания
- Качественная маркировка компонентов на плате
При монтаже компонентов рекомендуется придерживаться следующего порядка:
- Установка и пайка резисторов и конденсаторов
- Монтаж полупроводниковых компонентов (диоды, транзисторы)
- Установка микросхем (желательно использовать панельки)
- Монтаж индикаторов и разъемов
Особое внимание следует уделить качеству пайки и отсутствию замыканий между дорожками. После завершения монтажа необходимо тщательно проверить правильность соединений и отсутствие ошибок.
Настройка и калибровка электронных часов
После сборки часов требуется их настройка и калибровка. Какие основные этапы включает этот процесс?
- Проверка работоспособности всех узлов схемы
- Настройка частоты задающего генератора
- Регулировка яркости свечения индикаторов
- Проверка и настройка функции будильника
Для точной настройки частоты задающего генератора используется подстроечный конденсатор С2. Процесс калибровки может занять несколько дней, так как требуется оценить точность хода часов за длительный период. При необходимости можно использовать кнопку коррекции хода для периодической подстройки времени.
Возможные модификации и улучшения конструкции часов
Базовая схема часов на К176ИЕ18 и К176ИЕ13 предоставляет широкие возможности для модификаций и улучшений. Какие дополнительные функции можно добавить?
- Индикация секунд
- Календарь с отображением даты
- Термометр для измерения комнатной температуры
- Регулировка яркости индикаторов
- Дополнительные режимы будильника
Для реализации этих функций может потребоваться использование дополнительных микросхем и изменение программы работы устройства. Например, для добавления календаря можно использовать микросхему К176ИЕ12, а для измерения температуры — специализированный датчик с цифровым выходом.
При модификации схемы важно учитывать ограничения по энергопотреблению и сохранять совместимость с базовой конструкцией часов. Любые изменения должны быть тщательно продуманы и протестированы перед окончательным внедрением.
Схема и конструкция часов на люминесцентных индикаторах ИВ-11 (К176ИЕ18, К176ИЕ13)
Принципиальная схема самодельных часов на микросхемах К176ИЕ18, К176ИЕ13 и люминесцентных индикаторах ИВ-11. Простая и красивая самоделка для дома. Приведена схема часов, чертежи печатных плат, а также фото готового устройства в собранном и разобранном виде.
Предлагаю для обзора и возможно повторения данную конструкцию часов на советских люминесцентных индикаторах ИВ-11. Схема (приведена на рисунке 1) довольна проста и при правильной сборке начинает работать сразу же после включения.
Принципиальная схема
В основе электронных часов лежит микросхема К176ИЕ18, которая представляет собой специализированный двоичный счётчик с генератором и мультиплексором. Также в состав микросхемы К176ИЕ18 входит генератор (выводы 12 и 13), который рассчитан на работу с внешним кварцевым резонатором частотой 32 768 Гц, еще микросхема содержит два делителя частоты с коэффициентами деления 215=32768 и 60.
Микросхема К176ИЕ18 содержит специальный формирователь звукового сигнала. При подаче на вход вывод 9 импульса положительной полярности с выхода микросхемы К176ИЕ13 на выводе 7 К176ИЕ18 появляются пачки отрицательных импульсов с частотой заполнения 2048 Гц и скважностью 2.
Рис. 1. Принципальная схема самоедльных часов на люминесцентных индикаторах ИВ-11.
Длительность пачек — 0,5 секунд, период заполнения — 1 секунда. Выход звукового сигнала (вывод 7) выполнен с «открытым» стоком и позволяет подключать излучатели сопротивлением более 50 Ом без эмиттерных повторителей.
За основу мною была взята принципиальная схема электронных часов с сайта «radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=1480». При сборке были обнаружены значительные ошибки автора данной статьи в печатной плате и нумерации некоторых выводов.
Кроме того предложеный автором вариант печатной платы был выполнен в лаеуте,что не очень удобно и плюс ко всему вид со стороны деталей одновременно с проводниками со стороны пайки.
Проще говоря вид сверху в прозрачном варианте.
При нанесении рисунка проводников требуется делать перевертыш печатки по горизонтали в зеркальном варианте — еще один минус. Исходя из всего этого исправил все ошибки в разводке печатки и перевел сразу в зеркальном отражении. На рисунке 2 представлена печатная плата автора с неправильной разводкой.
Рис. 2. Оригинальная печатная плата, содержащая ошибки.
На рисунках 3 и 4 приведена моя версия печатной платы, она исправленная и зеркальная, вид со стороны дорожек.
Рис. 3. Печатная плата для схемы часов на ИВ-11, часть 1.
Рис. 4. Печатная плата для схемы часов на ИВ-11, часть 2.
Изменения в схеме
Теперь скажу несколько слов по схеме, при сборке и экспериментировании со схемой столкнулся с теми же проблемами, что и люди которые оставили комментарии к статье на сайте автора. А именно:
- Нагрев стабилитронов;
- Сильный нагрев транзисторов в преобразователе;
- Нагрев гасящих конденсаторов;
- Проблема по накалу.
в конечном итоге гасящие конденсаторы были составлены на общую емкость 0,95 мкФ — два конденсатора 0,47х400в и один 0,01х400в. Резистор R18 заменен от указного номинала на схеме на 470ком.
Рис. 5. Внешний вид основной платы в сборе.
Стабилитроны использовал — Д814В. Резистор R21 в базах преобразователя был заменен на 56 кОм. Трансформатор намотал на ферритовом кольце, которое извлек из старого соединительного кабеля монитора с системным блоком компьютера.
Рис. 6. Внешний вид основной платы и платы с индикаторами в сборе.
Вторичной обмотки намотано 21х21 виток провода диаметром 0,4мм, а первичная обмотка содержит 120 витков проводом 0,2мм. Вот впрочем все изменения в схеме, которые позволили устранить вышеперечисленные сложности в ее работе.
Транзисторы преобразователя греются достаточно сильно, примерно градусов на 60-65 по Цельсию, но работают без проблем. Изначально вместо транзисторов КТ3102 и КТ3107 пробовал ставить пару КТ817 и КТ814 — они также работают, чуть теплые, но как-то не устойчиво.
Рис. 7. Внешний вид готовых часов на люминесцентных индикаторах ИВ-11 и ИВ-6.
При включении запускался преобразователь через раз. Поэтому я не стал ничего переделывать и оставил все как есть. В качестве излучателя использовал попавшийся на глаза динамик от какого то сотового телефона, его и установил в часы. Звук от него не слишком громкий, но достаточный чтоб разбудить утром.
И последнее, что можно отнести к недостатку или к достоинству — так это вариант бестрансформаторного питания. Несомненно при наладке или каких других манипуляциях со схемой есть риск отхватить не хилый удар током, не говоря уже про более плачевные последствия.
При экспериментах и наладке пользовался понижающим трансформатором на 24 вольта переменки по вторичке. Подключал его сразу к диодному мосту.
Кнопок как у автора я не нашел, поэтому взял какие были под рукой, воткнул их в выточенные отверстия корпуса и все. Корпус изготовлен из прессованной фанеры, склеенной клеем ПВА и обклеенной декор-пленкой.
Получилось вполне неплохо.
Итог проделанной работы: еще одни часы дома и исправленная рабочая версия для желающих повторить. Вместо индикаторов ИВ-11 можно ставить ИВ-3, ИВ-6, ИВ-22 и другие подобные. Все будут работать без проблем (с учетом цоколевки конечно).
Автор: Сэм. Вопросы можно отправлять мне на мыло dimka.kyznecov[собачка]rambler.ru
Печатная плата и схема (оригинал с сайта) — Скачать (80КБ).
Кроме того, благодаря использованию такого индикатора отпала необходимость в транзисторных ключах, переключающих питание разрядов индикатора, и импульсы опроса динамической индикации с выводов Т1-Т4 микросхемы D1 теперь непосредственно поступают на сетки вакуумного индикатора.
В результате на выводе 7 появляются импульсы частотой 2048 Гц, промодулированные импульсами частотой 128 Гц и 2 Гц, они поступают на звукоизлучатель BF1. Когда функция будильника не нужна тумблер S5 размыкают и питание на BF1 не поступает. Режим будильник индицируется светодиодом VD5.
Дешифратор D3 преобразует двоичные коды с выходов D2 в коды для управления семисегментными индикаторами.
В результате общая разность потенциалов между анодами и катодом индикатора получается около 16-18В, чего достаточно для нормальной работы индикатора.
