Удк 681.118.1 (088.8)

 

Q Il И C A Н И Е I» 380187

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛееСТВУ

Союз Советснил

Социалистических

Республин (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 09.12.71 (21) 1721461/18-10 с присоединением заявки М (32) Приоритет

Опубликовано 15.04,74. Бюллетень М 14

Дата опубликования описания 13.09.74 (51) М. Кл. G 04с 3/00

Гасударственный комите t

Совета Миннстрое СССР

llo делам изобретений н открытий (54) УДК 681 118 1 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ш. А. Шаряпов, Б. Н. Коншин, В. А. Ильин, В. И. Калашников, В. А. Шполянский и К. П. Чиркин

Научно-исследовательский институт часовой промышленности (71) Заявитель (54) КВАРЦЕВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ

Изобретение относится к,кварцевым электронным часам, в частности к малогабаритным кварцевым часам со стрелочной индикациейИзвестны кварцевые часы, содержащие кварцевый генератор, многокаскадный делитель частоты и цифровой индикатор. Большое число каскадов триггерного делителя делает электронную схему громоздкой, непригодной для микроминиатюризации и использования в малогабаритных приборах времени У схемы увеличенное потребление тока и низкая надежность работы.

Известные кварцевые часы имеют специальные каскады формирования импульсов кварцевого генератора, после них осуществляется деление. Это также недостаток схемы, поскольку увеличивается количество элементов и возрастает расход энергии. Причем расход тем больше, чем выше требования к крутизне фронтов (из-за уменьшения номиналов резисторов).

Цель изобретения — повышение надежности работы делителей частоты при низких напряжениях питания, упрощение схемы, уменьшение габаритов, повышение стабильности временных интервалов на выходе.

Это достигается тем, что на входе каждого каскада делителя включен по схеме с общим эмиттером ключевой транзистор, коллектор которого соединен с базой одинакового по типу проводимости транзистора в первом плече мультивибратора и через токоограничительный резистор с коллектором транзистора противоположного типа проводимости во втором плече мультивибратора, в базовой цепи которого включена времязадающая RCцепь. База транзистора каждой схемы «И» через резистор соединена с коллектором транзистора в первом плече мультпвибратора дан10 ного каскада, коллектор — с базой дополнительного транзистора каскада старшего разряда через резистор и с коллектором транзистора схемы «И» каскада младшего разряда делителя, а у транзистора схемы «П» каскада

1 самого младшего разряда — с выходом формирователя импульсов кварцевого генератора через резистор.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемых часов; на

20 фиг. 2 — временные диаграммы работы; на фиг. 3 — функциональная блок-схема кварцевых часов с низкочастотным исполнительным устройством.

Кварцевые часы содержат кварцевый гене25 ратор 1, формирователь 2 импульсов, делитель 3 частоты с каскадами 4, 5, 6, па выходе каждого из которых включена схема «И», формирователь 7 имп льсов привода, исполнительное устройство и стрелочный механизм

30 (не показаны).

380187

Кварцевый генератор 1 выполнен на транзисторах Ti, ? „ðàçïoãî типа проводимости по осциллятариой схеме мультивибратора с включением кварцевого резонатора (KH) между коллектором транзистора Т> и базой транзистора Ть

Для улучшения условий самовозбуждения генератора транзисторы, включенные в эмиттерные цепи транзисторов Ть 1, шунтированы конденсаторами.

Формирователь 2 импульсов, являющийся одновременно предварительным делителем частоты, выполнен по аналогичной схеме мультивибратора в ждущем режиме il2 транзисторах Tg, Т, Транзистор Т, служит ключом для начального запираиия транзисторов

T>, T., Время нахождения транзистороз Tg, Т„в запертом состоянии за висит от постоянной времени цепи, определяемой в основном параметрами конденсатора С и резистора Ri, от которых, в конечном счете, зависит коэффициент деления. В формирователе-делчтеле конденсатор Ci включен между базой транзистора Т, и коллектором транзистора 1 ç, а резистор Ri — между базой транзистора Т„и положительной клеммой источника иитщшя.

Каскады 4, 5, 6 делителя частоты одинаковы (отличаются только номиналами соответствующих конденсаторов С, С, C„) и выполнены также по схеме ждущего мультивибратора на транзисторах Т6 — Т„ разного типа проводимости. В каскаде 4 делителя к базе транзистора Т, подключены времязадающие резистор R2 и конденсатор С2, а на входе мультивибратора — ключевой транзистор 1 а по схеме с общим эмиттером. Коллектор;раизистора Т соединен с ба "îé одинакового с ним по типу проводимости траизисгора мультивибратора и через токоограничительный резистор R„. — с коллектором тpdiidHcTOpa Tg противоположного типа проводимости.

Схема «И», включенная а выходе каскада

4 делителя 3, выполнена на транзисторе 1л.

База этого транзистора через резистор R; соединена с коллектором транзистора T-„êîëлектор — с базой клю евого траизисто,a i д каскада 5 через резистор R> и через резистор

Rq — с выходом формирователя импульсов (коллектор транзистора Т„.).

Каскады 5 и 6 делителя содержат транзисторы T8 — Т„и ключевые транзисторы I ьД

? 15

Схема «И» на транзисторе Т.„, вкл очеииая на выходе каскада 5, имеет организацию связей такую же, как и у схемы «И» на транзисторе Tig, за исключением одной: коллектор транзистора Т 6 соединен с коллекторам транзистора Т„, т. е. со схемой «И» на выходе каскада младшего разряда, а ие с выходом формирователя 2,,как это имеет место у схемы «И» на транзисторе Т .-. В каскаде 6 делителя времязадающая RC-цепь образована конденсатором С; и резистором R Резистор Лз в каскаде 6 как и резисторы Rg u Rg в каскадах 4 и 5 — токоограиичительпые.

1О

25 зо

50 бО

4

Работает схема кварцевых часов следующим образом

Кварцевый генератор 1 (фиг. 1) генерирует отрицательные импульсы со стабильным периода н повторения, имеющие крутые передние и пологие задние фронты. Крутые фронты (фиг. 2, a) импульсов соответствуют моменту опрокидывания мультивибратора, когда оба транзистора Т, и Т> открываются.

Принцип деления частоты импульсов кварцевого генератора поясняется временными диаграммами .на фиг, 2.

3 исходном состоянии транзисторы Та, Т, ждущего мулыивибратора формирователя 2 открыты до насыщения, ключевой транзистор

Т; заперт нулевым смещением на базе. Отрицагельиый импульс кварцевого генератора открывает ключевой транзистор Т и замыкает

iëреход база — эмиттер транзистора Т: мульi ii3èápàTîðà. Мулы ивибратор переходит в квазиустойчивое состояние, при котором транзисторы Т, Т заперты на время, задаваемое в основном номинале конденсатора С и базового резистора Ri, так как величина коллекторкого резистора Rig выбирается на порядок меньше Ri. Перезаряжающийся конденсатор запирает транзистор Т„который в свою очередь обеспечивает базу другого транзистора мультивибратора. В этом состоянии запертые рапзисторы не реагируют на последующие входные импульсы.

После того, как конденсатор разрядится до напряжения, при котором потенциалы базы и эмиттера Т, сравняются, транзистор

?! открывается и схема скачком возвращается и исход :ое состояние. Конденсатор быстро заряжается с малой постоянной времени через открытые переходы база — эмиттер и коллектор — эмиттер насыщенных транзисторов пример 10 до напряжения источника питания.

Очередной импульс снова запирает схему, протекают аналогичные процессы

Таким образом, на выходе формирователя образуются положительные импульсы (фиг. 2, o) с амплитудой, равной напряжению источника питания, частота которых в и раз меньше частоты кварцевого генератора. Коэффициент деления а определяется постоянной времени цепи 1«Сь

В исходном состоянии (до поступления импульсов от формирователя 2) транзисторы мультивибраторов в каскадах 4, 5, 6 делителя также насыщены по аналогии с рассмотренной схемой. При этом транзисторы Ti>, Tig и Т, схемы совпадения «И» закрыты, так как их базовые цепи закорочены на землю через соответствующие переходы открытых транзиCTOpGB 7 ;, Tg H Tii.

Каллекторные резисторы Rg, R«схемы «И» также соединены с землеи через резистор

Rig. База ключевого транзистора Т 2 соединена с землей через развязывающий резистор и выходное сопротивление Rig формирователя, поэтому он заперт. Остальные ключевые транзисторы (Т „Т ) также заперты по базе, 380187 поскольку коллекторные резисторы схемы совпадения «И» заземлены. Базовые токи тра?1зисторов Т6, Тв, Т,ч определтиотся соответственно резисторами %, Ртъ R7, а токи их ко".лекторов ограничены резисторами Л:, Rff, Rs 5 и достаточны для насыщения транзисторов

Т7, Тъ Тть

В результате этого конденсаторы С, Ст, С; заряжены примерно до напряжения источника питания. 10

На выходе каскадов 4 и 5 частота повторения импульсов уменьшается .по сравнению с входной частотой также в и раз (фиг. 2, г).

Работа последующих каскадов при большем их количестве в делителе и схем «И», вкл,о- 15 чаемьтх на их выходах, происходит аналогично с ранее рассмотренными схемами.

На выходе последнего каскада т,в данно ? случае каскада 6) с.(емы образутося импуль- 20 сы отрицательной полярности (фиг. 2, д) с частототт, зависятпей оТ ко IH!òåñòâp кяскядов деления и от коэф(тти1?иента . еленин кл?кдого каск2д3. В схеме каскада 4 делят частоту с

Одинаковым коэффициентом и=3. 25

Для .принципиальной схемы кватцевых ",ясов характернь следующие cBoHcTRB.

Коллектор транзистора второй схемы «И» соединен с коллектором транзистора первой схемы «И» непосредственно, коллектор тпл,".— 50 зистора третьей схемы с коллек-.ором пят»зистора второй через резистор и т. д.

Таким образом, при последователытом соединении К каскадов делителей коллектор четной схемы «И» соединен с коллектором предыдущей нечетной схемы непосредственно, а коллектор нечетной схемы «И» — с коллектором четной схемы «И» предычушего К3сК3да через резистор.

Если ключевые транзисторы идентичны, то без ухудшения эксплуатяциоттных показателей схема может быть упрощена путе f за те?ты некоторых резисторов (резисторов бязевой связи этих транзисторов) непосредстт еттттой связью. 45

Таким образом, при частоте кварцевого генератора 1, павной 9720 гц, на обмотку исполнительного устройства, вклточенну?o через формирователь 7, цоступатот импульсы с частотой 120 гц, позволя.ощие oct п1ествчять 50 привод центральной (минутной) осН стрело-?ного механизма без какого-либо редуктировяния скорости вращения.

Характерно, что количество каскячов делителя и коэффипиент деления одного каска;тя 55 может бьттт. и1тьтм„чем B рассхтатпивае том случае, в злвисттттости от частоты T.e??eftaxnf?a

1 и требований, предъттвляемых к схеме. Олпако в любом случае схемы генератора и каскадов де.тенин оклзыватотся ппактически 60 идетттичнт:,ittt, что значительно v??oo?1(aeT схеМУ, СОКПатт?ЯЕт ЧИСЛО КОНСтРУКтИВ.твтХ ЭЛЕМЕ?ттов и в сочетании с работой транзисторов в микрорежиьмах обеспечивает повышение Нр,дежности часов (потребление одного каскадл 65

6 делителя вместе со схемой «И» порядка 0,7—

1 м-.л при няпрчжении пита??ия 1 — 1,35 в).

Если в предлагаемых чясах используется ттизкочастотное 1-:сполнительное устройство (1 — 2 гц), то для привода часового механизма квяп(тевьт: часов электронная схема может быть постпоечл гo блок-схеме фиг. 3. Здесь от одного обп.его формирователя 2 импульсов

ocvTTTecтвчяется пэрлллельная работа двух делите,"e?f 3 и 8 члстоты, име оших одинаковую стртктупу. Коэф(Мциент,челения делителя 3

ВЬ?6 но я ЕтСя П аВ:т Ь! М, НаПрИМЕр, nf — 3 „ГдЕ

К; — чис,чо каскадов в делителе 3, а у делителя 8 — n. = 4к,, где Кг — число каскадов вдел.-.теле Я. В "-,òîì c.".учае импульсный сигнал на ттс О, TT?тттелытое устпойство поступает через

CKe TV CÎчTIË 1Е Ия «И», Вт(ЛЮЧЕННуЮ На ВЫХОДЕ де.-птеле", 3 и 8. т. имеет частоту повторения в и — n. плз бе ce .,: зкуто. чем частота кварцеВопо -ЕНЕПЛтопл

Тлки?T обр" зотт, этл caeITB (Фиг. 3) позвоттп,tft, Та-т, Т»нз,t.TO т?эетотч Ц .?ПУЛЬСОВ ППИ пстто,т.з(ча.тп в - чязя,этот пх RC-ттепей с тало". посто т?Hой .""Hette11 т. что повытцает нлHest(Hoc-ь рябо--.. т также х еньтпает габариты часов.

Поскольку ппеччагэсмяя схема работает в пе»киме HBKoTTления. сокращяется время отт<пт .-Огг состо<»ппч тпянзистопов, которое становится намного и ныпе. чех закрытого. Это

ITo2I?oляет суп?ественно меньтпить расход тоhэ и. следоaaòåëü?fo. I?o??T»fcffòü срок службы источника ттитания.

За счет большого запаса регенерации у мультивибратопов на транзисторах с допочнительной симметрией, котопьте тпироко использованьт в предлагаемой схеме. обеспечивается нопмальт»ля T?36îòocHîño6Hîñòü электрННес«oTf схемы .ллже при низком (менее 1 в) напряжении чтт-2!»Hs .

В ппедллгае ой CKe få BT(IKP устранено накопче тге APao o?";;Tecтябильности в каскадах делителя, ?то обеспе тттвяет повьтптение точности рэботь Hcnon?T»fòåëf»TToão уcTT?offcтвя.

Ппеч тет ттзобпетения

К ? лп топ»те -т-. е:-on»tff te ч. (»т сочеп7?(лтттие кч тъттпa,»тг Гпттп?\ тГ и (ItoniftтttoRp T(ъ чт f!Toro т(ЛГКЯ Т T".. .т Т т tt n тт t? PCTO>I»T т(а Л(тити К3ГКа 1 т;-OT Onnr n tt».t»n tt?e»» tTO C (cite i!t! Чт«тттпттбП ятоПЛ

I» двух тп "нз топях плзпогo типа пповочи-! тост, схс"..t » . «T », вьтттолнет-тчт.те кэжт(ля на

Р т IO трятт«ттгт(трг ВК Ттптт(т?ТТ»тв ТТ,;! В?ТХО 1ЯХ т(л кч тов то ттт т. тстто, т и е тт,т»ОР vcTDo?fñòЧР тт<.т rTt П»1!ne»eп(«З (т?РПптпПО ЯЛТЕ Ib ИМПУЛЬтл пттхо;е гKn-".! <1Л. прглечнего клс.лда, т» Ст- е-»," tt»!" ifevnt»нлтт, (т т Л тт Ч Л TO ттт И Е С я т и т tran (ттл тт»о»nttt»t»»tet»t»ct Н;т чптт(ттогттт

ii г ттт тттпп ст т\ .«r «n Л т (тт(.т /тб«(ттотт, 1»т»я TT Л<тО-<т-ттот-об -пгттт .т.-т и»тат(о т лттп.тжетттттт питаЦ?.Я И тт(ВЫПтЕПИЯ тО тт ОСттт KO (2, На ВХОДЕ т(яждого каска,чл;(ел?1-. ля вк.чючен по схетте с общим эмиттером кчючевой транзистор.

380187 коллектор которого соединен с базей одинакового по типу проводимости транзистора в первом плече мультивибратора и через токоограничительный резистор с коллектором транзистора противоположного типа проводимости во втором плече мультивибратора, B базовой цепи которого включена времязадающая RC-цепь, база транзистора каждой схемы «И» через резистор соединена с коллекто8 ром транзистора в первом плече мультивибратора данного каскада делителя, коллектор — с базой дополнительного транзистора каскада старшего разряда через резистор и с

5 коллектором транзистора схемы «И» каскада младшего разряда делителя, а у транзистора схемы «И» каскада самого младшего разряда — с выходом формирователя импульсов кварцевого генератора через резистор.

380187

Составитель Л. Устинова

Техред Т. Курилко Корректор М. Лейзерман

Редактор E. Герник

Заказ 2319/1 Изд. № 1478 Тираж 482 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2