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.

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 Вы можете почитать в другой статье.

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»

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 

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.

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 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.

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.

 

Ссылки на другие статьи:

• Способ намотки плоской катушки
• Измеритель ёмкости аккумуляторов (С линейным стабилизатором)

 

Видео:

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Конденсаторы
C1	Конденсатор	10 нФ	1	Керамический
C2	Электролитический конденсатор	4.7 мкФ	1	Танталовый
	Резисторы
R1	Резистор	5.6 кОм	1
R2*	Резистор	3.9 кОм	1	Подбор
R3	Резистор	4.7 кОм	1
R4	Резистор	100 кОм	1
R5	Резистор	33 кОм	1
	Транзисторы
Q1-Q4	Биполярный транзистор	КТ315Б	4
	Питание
Bat1	Аккумулятор	3.7 В	1	Li-Ion
	Нагрузка
L1	Катушка индуктивности	120 Ом	1	До заполнения