Dok stari sat otkucava... Tranzistorski sat

Glavni element konvencionalnog mehaničkog sata je njihalo ili vaga, koja se pokreće utegom ili oprugom. Takvi satovi zahtijevaju redovito i često navijanje, što stvara određene neugodnosti.

Mnogi dizajneri dugo su radili na problemu stvaranja sata bez utega i opruga, a kao rezultat toga pojavili su se elektromehanički satovi. Kod njih njihalo pokreće elektromagnet, koji se napaja iz izvora električna struja. Kada se njihalo približi položaju ravnoteže (slika 1), kontakti povezani s njim se zatvaraju i struja teče kroz namot elektromagneta. Na njihalo je pričvršćeno sidro od mekog željeza koje privlači nepomični elektromagnet.

Riža. 1. Uređaj električnih kontaktnih satova.

Elektromehanički satovi vrlo ekonomično troše energiju baterije i imaju dobru točnost. Ali također imaju slabost- kontakti koji zatvaraju krug elektromagneta. Uostalom, u samo jednoj godini moraju se zatvoriti milijune puta, pa nakon nekog vremena električni satovi počinju raditi netočno. A ako je sat vrlo malen, na primjer ručni sat, tada minijaturni kontakti u njima rade još nepouzdanije.Pojavom tranzistora postalo je moguće stvoriti beskontaktne električne satove.

Shema električni beskontaktni sat na tranzistoru prikazan je na sl. 2. Na njihalo je pričvršćen trajni magnet, a kada se kreće, u zavojima nepomične zavojnice inducira se emf. Jedan od namota zavojnice spojen je između baze i emitera tranzistora, drugi je spojen na krug kolektora.

Riža. 2. Električni dijagram sat na tranzistoru.

Središte njihala (magneta) siječe os zavojnice u ravnotežnom položaju. Kada njihalo oscilira, u zavojnici L1 inducira se EMF, čiji je oblik prikazan krivuljom 1 (slika 3). Na ovoj slici, krivulje nacrtane punom linijom predstavljaju dijagrame napona i struja koje nastaju kada se njihalo pomiče slijeva na desno, a isprekidanom linijom - s desna na lijevo. Krajevi namota zavojnice L1 spojeni su tako da se, kada se njihalo približi položaju ravnoteže, na bazi tranzistora pojavi negativan napon u odnosu na emiter. Nastaje kada se magnet približi zavojnici, zbog povećanja magnetskog toka koji prolazi kroz njegove zavoje. U ravnotežnom položaju magnetski tok kroz zavojnicu doseže svoj maksimum. U ovom trenutku napon postaje nula. Zatim se magnetski tok počinje smanjivati, a emf mijenja predznak u suprotan. Kad se magnet udalji od zavojnice, napon na njegovim krajevima gotovo nestaje. Tijekom drugog poluciklusa slika se ponavlja: kada se magnet približi zavojnici, u namotu L1 inducira se takva emf da je napon na bazi negativan. Pod utjecajem tog naponskog impulsa teče struja u baznom krugu (krivulja 2) i tranzistor se otključava (slika 3).

sl.3. Dijagrami napona, struje i energije njihala za krug sata prikazan na sl. 2.
A je amplituda oscilacija njihala,
O - položaj ravnoteže.

Smjer zavoja zavojnice L2, spojene na kolektorski krug, je takav da kada kolektorska struja prolazi kroz njega (krivulja 3), magnet se privlači na zavojnicu. Njegovo kretanje se ubrzava.

Frekvencija osciliranja njihala, kao i kod konvencionalnog sata, gotovo je u potpunosti određena njegovim fizičkim parametrima: duljinom i raspodjelom mase. Masu njihala uglavnom određuju magnet i njegovi dijelovi za pričvršćivanje. Mehanizam pokazivača spojen je s njihalom s brojčanikom i sat je spreman.

Dizajn sata. Svaki sat s klatnom ili "šetač" sasvim je prikladan za izradu tranzistorskih satova. U njima je potrebno samo ponoviti uređaj za okidanje i, naravno, ukloniti oprugu ili težinu; njihove će funkcije obavljati baterija.

U običnim satovima, uređaj za pomicanje koji pokreće njihalo ima oblik prikazan na sl. 4, a. Mora se ponovno napraviti kao što je prikazano na sl. 4, b. Na os 1 zalemljena je klackalica 2, na kojoj je slobodno obješen karika 3. Kada se klatno pomiče ulijevo, karika klizi duž skošene strane zuba zapornog kotača 4 i pod utjecajem gravitacije, skoči s vrha u razmak između zuba. Kad se njihalo pomakne udesno, škopač se oslanja na strmu stranu zuba i okreće zaporni kotač ulijevo za jedan zub. Kako bi se fiksirao položaj kotačića i spriječilo njegovo okretanje udesno, latica papučice 5 leži na vrhu s jednim rubom. Drugi rub latice slobodno rotira oko osi 6. Kada se zaporni kotač okreće ulijevo, latica klizi po skošenim rubovima zubaca i, skačući s njihovih vrhova, upire se u strme rubove zubaca.

Riža. 4. Mehanizam za otpuštanje običnog sata (a).
Uređaj satnog mehanizma na tranzistoru za pretvaranje oscilatornog gibanja njihala u rotacijsko gibanje kazaljki (b).

Sastavljeni mehanizam Sat napravljen od običnih "prozora" prikazan je na sl. 5. Klackalica, naušnica i pas-latica u ovom satu izrađeni su od kositra. Može se koristiti bilo koji magnet. Njegov volumen ne smije biti manji od 3-4 cm 3, jer mora držati opterećenje od 100-200 g. Opisani dizajn koristi prstenasti magnet iz zvučnika promjera 35 mm. Za podešavanje mehanizma sata, magnet mora biti montiran tako da se može pomicati gore-dolje. Ako se satu žuri, onda se visak (magnet) mora spustiti.

sl.5. Sastavljen mehanizam sata.

Generator takta (slika 2) može upravljati bilo kojim tranzistorom od legure, na primjer, tipa P13-P15. Rad generatora ne ovisi o strujnom pojačanju tranzistora. Dioda D1 može se koristiti tip D7B-D7Zh. Umjesto diode, možete upotrijebiti emiterski ili kolektorski spoj tranzistora od legure germanija, s kojeg se odvojio emiterski ili kolektorski izvod. Ako generator (slika 2) koristi tranzistor sa vodljivost n-p-n, tada treba obrnuti polaritet baterije i diode D1.

Zavojnica elektromagneta može se namotati na plastični ili papirnati okvir s unutarnji promjer 20, vanjski 48 i širina 8 mm. Morate namotati zavojnicu u dvije žice dok se ne napuni. Promjer žice - 0,09-0,15 mm. Nakon namotavanja potrebno je provjeriti postoje li kratki spojevi između dobivena dva namota. Početak jednog namota spojen je na kraj drugog i na ovu točku spojen je terminal emitera tranzistora.

Pogledajte ostale članke odjeljak.

ostalo izvorni pogledi sati. Satovi predloženi u ovom priručniku, iako također elektronički, koriste oscilatorno gibanje njihala za mjerenje vremena. To je takozvani sat slobodnog njihala.

Točnost takvog sata ovisi o dizajnu njegovog njihala, o minimiziranju utjecaja temperature, o načinu opskrbe energijom koja podržava oscilatorno gibanje njihala i primanja energije od njihala. U klasičnom mehaničkom satu to se postiže pomoću zahvatnog mehanizma i skupa zupčanika.

Da bi točnost sata bila što bolja, njihalo mora oscilirati apsolutno slobodno, neopterećeno mehanizmima. A energija se prenosi u vrlo malim obrocima u trenutku kada je njihalo u donjem položaju i to samo u slučaju kada amplituda oscilacija njihala padne ispod dopuštene vrijednosti. Prijenos energije u prevelikim dozama uzrokuje povećanje amplitude vibracija, što dovodi do smanjenja točnosti. Amplituda oscilacija njihala ne smije biti veća od nekoliko stupnjeva.

Shematski dijagram sata

Osnova sata s njihalom je konstrukcija s ležajem na čijem je kraju pričvršćen neodimijski magnet. Na dnu se nalazi indukcijski svitak. Kao rezultat gibanja njihala neposredno iznad zavojnice, u zavojnici se inducira napon koji se prenosi na mikroprocesor PIC12F683 koji analizira inducirani napon i u pravom trenutku opskrbljuje zavojnicu naponskim impulsom koji održava kretanje njihala.

Kada se magnet na kraju njihala približi zavojnici, inducirani napon u zavojnici je negativan,
kada prijeđe preko sredine zavojnice, napon ima nultu vrijednost,
kada se odmakne - pozitivna vrijednost.

Amplituda impulsa induciranih u zavojnici ovisi o brzini kretanja magneta iznad zavojnice, a time i o amplitudi oscilacija njihala. Mjerenjem napona nakon točno određenog vremena prolaska ravnotežne točke kroz visak, moguće je procijeniti kolika je amplituda oscilacija, a samim tim treba li dati impuls stimulatoru oscilacija ili ne. Što je veći faktor kvalitete sustava, to će rjeđe biti potrebno stvarati ovaj impuls.

Za prikaz vremena koristi se kvarcni satni mehanizam koji se napaja baterijom od 1,5 V. U njemu uklanjamo ploču s kvarcnim rezonatorom i strujnim krugom, koristeći samo sam mehanizam. Spojimo vodove zavojnice motora na priključke mikrokontrolera. MK generira impuls svake sekunde na jednom ili drugom izlazu zavojnice.

Ukupno je napravljeno nekoliko različitih satova s različitim duljinama njihala. Najveće je bilo njihalo duljine 1000 mm, kojemu je poluperioda titranja bila točno 1 sekundu. Postojale su i poluperiode titranja od 1/3 sekunde (110 mm) i 1/4 sekunde (60 mm). Dakle, poticaj za koračni motor formiran je, redom, za prvi, treći ili četvrti prijelaz njihala preko točke ravnoteže.

Sat napaja 18650 litij-ionska baterija i trajat će nekoliko mjeseci. Procesor koristi stabilizator LM385-1.2, koji proizvodi napon od 1,2 volta. Kada procesor otkrije da je napon baterije pao ispod 3,28 V, alarmira se svake dvije sekunde. Tajmer može raditi i s baterijom napona do 2 V, ali takvo duboko pražnjenje treba izbjegavati zbog mogućnosti oštećenja baterije.

Indukcijski svitak mora imati nekoliko tisuća zavoja. U ovom satu namotano je 2000-3000 zavoja žice od 0,12. Zavojnice nemaju jezgru i namotane su na okvir promjera 6 mm. Stap klatna mora biti izrađen od materijala s najmanjim mogućim koeficijentom toplinskog rastezanja; štap od karbonskih vlakana je dobar izbor. Duljinu njihala treba odabrati tako da se dobije potreban period titranja. Potrebno je uzeti u obzir mogućnost finog podešavanja perioda titranja, čemu služi dodatni uteg postavljen na njihalo - mjedena matica, čijom se rotacijom mijenja raspodjela mase na njihalu.

Pažnja: feromagnetski materijali poput čeličnih čavala i vijaka ne smiju se nalaziti u blizini magneta na kraju njihala. Također budite oprezni s elementima od mesinga i bakra. Magnet koji se kreće u njihovoj neposrednoj blizini pobuđuje u njima vrtložne struje koje usporavaju kretanje magneta. Stoga bi baza sata trebala biti od drva, plastike, laminata, mramora itd.

Elektronički sklop sadrži samo procesor u postolju, zener diodu kroz otpornik od 100 kohma i konektore za bateriju, zavojnicu i koračni motor. Krug je sastavljen na malom isprintana matična ploča, izrezana iz univerzalne ploče. Hex datoteke koje sadrže firmware procesora - .

Na svojstvima elektromagneta temelji se rad ogromnog broja uređaja i strojeva. Većina njihala u modernim električnim satovima također pokreće elektromagnet. Pokušajmo shvatiti razloge zbog kojih se električno njihalo neumorno ljulja, a mi ćemo sami izraditi njegov mali model.

Za to će nam trebati: elektromagnet domaće izrade, isti kao što smo napravili kod izrade električnog zvona, limenka, jedna ili dvije baterije ili transformator za spuštanje.

Visak mora biti obješen na iglu tako da se Donji dio, smotan u cijev, nalazio se točno iznad krajeva izbočenih polova magneta, gotovo ih dodirujući, ali
pri njihanju ne bi dodirivao stršeće krajeve jezgre.

Da biste izbjegli trenje njihala o drveni stalak, na os stavite mali komad bakrene cijevi s dobro uglačanim rubovima. Dva bakrena čavla moraju biti ugrađena sa strane gornjeg izbočenja njihala. Oni će spriječiti da se visak previše zanjiha.

Električna struja se napaja iz baterije ili transformatora (4 - 6 volti), prema dijagramu prikazanom na slici 2. Svi spojevi žica moraju biti dobro očišćeni i zalemljeni.

Na slici 2 vidite tanki, elastični prekid žice P. Razbijač osigurava kontinuirano njihanje njihala. Prvi zamah klatna treba napraviti laganim pokretom prsta, donoseći ga bočni dio do razbijača. U tom slučaju, električni krug će biti zatvoren kroz jedan od gornjih klinova, struja će teći kroz namot elektromagneta, a njegova jezgra će odmah privući donji utegnuti kraj armature. Čim se donji dio njihala povuče prema dolje, lanac se otvara i njihalo se pomiče na suprotnu stranu. Ovdje će druga strana njihala opet naići na prekid, što će uzrokovati da magnet povuče njihalo prema dolje.

Visak će se tako njihati sve dok cijeli model ne odvojite od izvora struje - transformatora ili baterije.

Vrlo zanimljiv model električnog njihala možete napraviti u obliku ljuljačke, a na sjedalo možete pričvrstiti figuricu Pinocchia izrezanu od papira ili pluta. Čovječuljak - dječji omiljeni junak - poletjet će i pasti na najtajanstveniji način.

Za to će nam trebati: elektromagnet domaće izrade, isti kao što smo napravili kod izrade električnog zvona, limenka, jedna ili dvije baterije ili transformator za spuštanje.

Njihalo je izrezano od kositra prema obrascu prikazanom na slici 1. Unutarnja rupa izbijena je dlijetom po crtama crteža, udarajući čekićem po dršci. Da biste to učinili, limenku s otisnutim crtežom postavite na ravnu drvenu ploču. Zatim, očistivši oštre neravnine rupe turpijom, izrežite cijelu figuru njihala običnim škarama duž vanjske konture. Nakon toga ponovno izbrusite sve rubove finom turpijom, a donju traku - jezik - zarolajte u cjevčicu. Kada se sklopi, služit će kao uobičajeni utegnuti kraj njihala. U gornjem dijelu figurice izbušite ili čeličnim šilom izbušite malu rupicu čije rubove morate pažljivo izbrusiti finim brusnim papirom. Ova mala rupa služi za postavljanje viska na debelu čeličnu iglu ili komad igle za pletenje zabijen u gornji dio okomitog stupa C (slika 2).
Klatno mora biti obješeno na iglu tako da se njegov donji dio, smotan u cijev, nalazi točno iznad krajeva izbočenih polova magneta, gotovo ih dodirujući, ali
pri njihanju ne bi dodirivao stršeće krajeve jezgre.
Da biste izbjegli trenje njihala o drveni stalak, na os stavite mali komad bakrene cijevi s dobro uglačanim rubovima. Dva bakrena čavla moraju biti ugrađena sa strane gornjeg izbočenja njihala. Oni će spriječiti da se visak previše zanjiha.
Električna struja se napaja iz baterije ili transformatora (4 - 6 volti), prema dijagramu prikazanom na slici 2. Svi spojevi žica moraju biti dobro očišćeni i zalemljeni.
Na slici 2 vidite tanki, elastični prekid žice P. Razbijač osigurava kontinuirano njihanje njihala. Prvi zamah klatna treba napraviti laganim pokretom prsta, prinoseći njegov bočni dio klatnu. pri čemu strujni krug zatvorit će se kroz jedan od gornjih klinova, struja će teći kroz namot elektromagneta, a njegova će jezgra trenutno privući donji utegnuti kraj armature. Čim se donji dio njihala povuče prema dolje, lanac se otvara i njihalo se pomiče na suprotnu stranu. Ovdje će druga strana njihala opet naići na prekid, što će uzrokovati da magnet povuče njihalo prema dolje.
Visak će se tako njihati sve dok cijeli model ne odvojite od izvora struje - transformatora ili baterije.
Vrlo zanimljiv model električnog njihala možete napraviti u obliku ljuljačke, a na sjedalo možete pričvrstiti figuricu Pinocchia izrezanu od papira ili pluta. Čovječuljak - dječji omiljeni junak - poletjet će i pasti na najtajanstveniji način.

Čudno, čak iu tako velikom spremištu informacija kao što je Runet, nećete uskoro pronaći ozbiljne informacije o tome kako to učiniti sami. Bez sumnje, jednostavan dizajn ovog uređaja će vam odmah zapeti za oko. Ali morat ćete potražiti ozbiljne informacije, objašnjenje principa njegovog rada. Ako ste u tražilicu upisali frazu "kako napraviti magnetski motor vlastitim rukama" i naišli na ovaj članak, možda ste bili donekle sretni. Dalje - o značajkama rada ovog uređaja i primjer za to najjednostavniji model.

Snaga takvog motora izravno ovisi o magnetskoj masi - što je jači magnet, to će motor biti snažniji. Međutim, ovo pravilo je relativno. Može se navesti jedan primjer - divovski magnet volumena kubnog metra. Njegova težina je od 8 do 12 tona. On sam stvara ogroman polje sile, pa je i približavanje opasno. Usput, u stvaran život takva je pojava praktički nemoguća. Takav magnet sposoban je vezati tračnice vlaka koji će ga transportirati u čvor, zgužvati automobil i čvrsto se zalijepiti za njega. Dakle, što ovaj primjer pokazuje? S jedne strane, što je veća magnetska masa, to bolje. Međutim, do određene granice. Prevelika masa magneta znači smanjenje učinkovitosti motora i dodatne probleme.

Prilikom izrade dijagrama uređaja potrebno je uzeti u obzir nekoliko točaka. Prvo, element koji se koristi kao pokretni dio ne može proklizati kroz magnetsko polje. Pogonska sila nastaje zbog neravnina polja – u stalnom polju nema pogonskih sila. Uređaji koji rade pod utjecajem gore navedenog fenomena su neučinkoviti. Ovo se mora uzeti u obzir ako želite motor stalni magneti vlastitim rukama. Snaga takvog uređaja ovisi o nizu razloga. Prije svega - od zatvaranja magnetsko polje na radnom razmaku, bez magnetske jezgre učinkovitost dizajna bit će vrlo niska. Zbog činjenice da "slobodni izumitelji" motora često ne uzimaju u obzir ova pravila, oni, u pravilu, ili ne uspijevaju ili njihova kreacija radi nezadovoljavajuće. Najvažnija stvar u izradi takvog uređaja je ispravno odrediti moment vožnje.

Sada razgovarajmo izravno o tome kako napraviti magnetski motor vlastitim rukama. Čitatelju će biti predstavljen njegov najjednostavniji model. Trebat će vam mali magnet izrađen od legure rijetke zemlje, koji će biti glavni dio dizajna. Što je manji, to bolje. Trebala bi postojati mala rupa u ovom magnetu.

Usput, nakon ovog eksperimenta magnet će potpuno izgubiti svoja svojstva, stoga upotrijebite onaj koji vam neće smetati da ga izgubite. Trebat će vam i žica - debeli čelik i tanki bakar. Također ćete morati odabrati pravu veličinu svijeće. Od žice napravite podlogu za njihalicu u obliku obrnutog slova P (podloga ne smije biti drvena). Objesite magnet na njega. Da biste to učinili, morate tanki konac bakrene žice.

Sa strane unutar konstrukcije objesite obični magnet, slabiji, tako da mali bude vučen prema sebi, ali da kut otklona njihala bude mali, nedovoljan da mali magnet dotakne veliki sa strane. , ali dovoljno da plamen svijeće koju stavite ispod njega nije dotaknut kad zauzme okomiti položaj. Budite oprezni pri rukovanju potonjim. Dakle, svijeću morate postaviti tako da bude ispod malog magneta u trenutku kada je počinje privlačiti veliki.

Vatra ga demagnetizira, a istovremeno gubi svoja svojstva i zbog toga visak zauzima strogo okomit položaj. Kad se mali magnet ohladi, ponovno se počinje privlačiti prema velikom. Ovaj ciklus oscilacija klatna neće prestati dok svijeća ne izgori ili dok se ne ukloni.

Da biste vlastitim rukama napravili "ozbiljniji" magnetski motor, vrijedi proučiti dijagrame i odabrati dijelove potrebne za to. No, jednako je važno znati što omogućuje funkcioniranje takvog uređaja. Napraviti motor vlastitim rukama nije tako teško, gotovo svatko to može.