УДК 681.118.1 (088.8) Советский патент 1974 года по МПК G04G3/00 

1

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 триггер.ного делителя делает электронную схе.му громоздкой, непригодной для микроминиатюризации и использования в малогабаритных приборах времени- У с.хемы 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

- 2

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 мультивибратора данного каскада, коллектор - с базой дополннтельного транзистора каскада старшего разряда через резистор и с коллектором транзистора схемы «И каскада младшего разряда делителя, а у транзистора схемы «II каскада

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

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

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

Кварцевые часы содержат кварцевый генератор 1, формирователь 2 имнульсов, делитель 3 частоты с каскадами 4, 5, 6 на выходе каждого из которых включена схема «PI, формирователь 7 импульсов привода, исполнительное устройство и стрелочный механизм

(не показаны). Кварцевый генератор 1 выполнен на транзисторах TI, TZ разного типа проводимости по осцилляторной схеме мультивибратора с включением кварцевого резонатора (KB) между коллектором транзистора /2 и базой транзистора TI. Для улучшения условий самовозбуждения генератора транзисторы, включенные в эмиттерные цепи транзисторов 2, Т2, шунтированы конденсаторами. Формирователь 2 импульсов, являюш,ийся одновременно предварительпым делителем частоты, выполнен по аналогичной схеме мультивибратора в ждугцем режиме на транзисторах 7з, T/i- Транзистор Т служит ключом для начального запирания транзисторов Гз, r.i. Время нахождения транзистороз Гз, в запертом состоянии зависит от постоянной времени цепи, определяемой в основном параметрами .конденсатора Ci и резистора Ri, от которых, в конечном счете, зависит коэффициент деления. В формирователе-делителе конденсатор Ci включен между базой транзистора TI, и коллектором транзистора з, а резистор RI - между базой транзистора Tt, и положительной клеммой источника иитанял. Каскады 4, 5, 6 делителя частоты одинаковы (отличаются только номиналами соответствуюш,их конденсаторов Cz, Cs, С) и выполнены также по схеме ждуш,его мультивибратора иа транзисторах разного типа проводимости. В каскаде 4 делителя к базе транзистора Те подключены времязадающне резистор и конденсатор Cz, а на входе мультивибратора - ключевой транзистор по схеме с обш,им эмиттером. Коллектор транзистора соединен с базой одинакового с ним по типу проводигуюсти транзистора j мультивибратора и через токоограничительный резистор Кз - с коллектором транзистора Гб противоположного типа проводимости. Схема «И, включеппая иа выходе каскада 4 делителя 3, выполнена на транзисторе /is. База этого транзистора через резистор соединена с коллектором транзистора Тт, коллектор - с базой ключевого транзистора Тц каскада 5 через резистор R и через резистор Re - с выходом формирователя импульсов (коллектор транзистора 7з). Каскады 5 и 6 делителя содержат транзисторы и ключевые транзисторы Гм, Схема «И па транзисторе Tie, включенная на выходе каскада 5, имеет организацию связей такую же, .как и у схемы «И на транзисторе 7i3, за исключением одной; коллектор транзистора Ае соединен с коллектором транзистора Ti3, т. е. со схемой «И на выходе каскада младшего разряда, а не с выходом, формирователя 2, как это имеет место у схемы «И на транзисторе 7)з. В каскаде 6 делителя времязадаюш,ая / С-цепь образована конденсатором С4 и резистором Ri- Резистор Rs в каскаде 6 как и резисторы Rs и Rg в каскадах 4 и 5 - токоограничительные. Работает схема кварцевых часов следуюш,им образом. Кварцевый генератор 1 (фиг. 1) генерирует отрицательные импульсы со стабильпым периодом повторения, имеюш,ие крутые передние и пологие задние фронты. Крутые фронты (фиг. 2, а) импульсов соответствуют моменту опрокидывания мультивибратора, когда оба транзистора TI и TZ открываются. Принцип деления частоты импульсов кварцевого геператора поясняется временными диаграммами на фиг. 2. В исходном состоянии транзисторы Т, Т, ждуш,его мультивибратора формирователя 2 открыты до насьщения, ключевой транзистор io занерт нулевым смеш,ением на базе. Отрин,ательный импульс кварцевого генератора открывает ключевой транзистор Гд и замыкает переход база - эмиттер транзистора 7з мультивибратора. Мультивибратор переходит в квазиустойчивое состояние, при котором транзисторы 7з; заперты па время, задаваемое в основном номинале конденсатора Ci и базового резистора Ri, так как величина коллекторi;oro резистора выбирается на порядок меньше Ri. Перезаряжающийся конденсатор запирает транзистор Т, который в свою очередь обеспечивает базу другого транзистора мультивибратора. В этом состоянии запертые транзисторы не реагируют на носледуюш,ие входные импульсы. После того, как копдепсатор разрядится до напряжения, при котором потенциалы базы и элШттера Тг, сравняются, транзистор Т.1 открывается и схема скачком возвраш;ается в исходное состояние. Конденсатор быстро заряжается с малой постоянной времени через открытые переходы база-эмиттер и коллектор-эмиттер насыщенных транзисторов примерно до нанряжения источника питапия. Очередной импульс снова запирает схему, протекают аналогичные процессыТаким образом, иа выходе формирователя образуютсяположительные импульсы (фиг. 2, б) с амплитудой, равной напряжению источиика питания, частота которых в п раз меньше частоты кварцевого генератора. Коэффициент деления п определяется постоянной времени цени Ri Ci. 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 Г)з, le и Тп схемы совпадения «И закрыты, так как их базовые цепи закорочены на землю через соответствующие переходы открытых транзисторов 7V, Та и Гц. Коллекторные резисторы Rs, Rn схемы «И соединены с землей через резистор Rio. База ключевого транзистора соединена с землей через развязывающий резистор и выходное сопротивлепие формирователя, поэтому он занерт. Остальные ключевые транзисторы (Тц, TIS) также заперты по базе,

5

поскольку коллекторные резисторы схемы совпадения «И заземлены. Базовые токи транзисторов Те, TS, Тю определяются соответственно резисторами Rz, Riz, RJ, а токи их коллекторов ограничены резисторами s, Rn, Rs и достаточны для насыщения транзисторов Гъ т,, Ги.

В результате этого конденсаторы Cz, Cg, С-, заряжены примерно до напряжения источника питания.

На вы.ходе каскадов 4 и 5 частота повторения импульсов уменьшается ,по сравнению с входной частотой также в п раз (фиг. 2, г). Работа последующих каскадов при большем их количестве в делителе и схем «И, включаемых на их выходах, происходит аналогично с ранее рассмотренными схемами.

На выходе последнего каскада {в данном случае каскада 6) схемы образуются импульсы отрицательной полярности (Аиг. 2, д с частотой, зависящей от количества каскадов деления и от коэффициента деления каждого каскада. В схеме каскада 4 делят частоту с одинаковым коэффициентом .

Для принципиальной схемы ква пцевых часов характерны следующие свойства.

Коллектор транзистора второй схемы «И соединен с .коллектором транзистора первой схемы «И (Непосредственно, коллектор трлттзистора третьей схемы - с коллектором тпанЗЕстора второй через резистор и т. д.

Таким образом, при последовательном 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 предыдущего каскада через резистор.

Если ключевые транзисторы идентичны, то без ухудшения эксплуатационных показателей схема может быть упрошена путем замены некоторых резисторов fpesHCTonoB базовой связи этих транзисторов) непосредстренттой связью.

Таким образом, при частоте кварцевого генератора 1, равной 9720 гц, на обмотку исполнительного устройства, включенную через формирователь 7, поступают импульсы с частотой 120 гц, позволяющие ocvщecтвлять привод центральной (минутной оси стрелочного механизма без какого-либо редуктирования скорости в:раш,ения.

Характерно, что количество каскадов делителя и коэффициент деления одного каскада может быть иным, чем в рассматриваемом случае, в зависи.мости от частоты генератора 1 и требоячний, предт явдяемых к схеме. Однако в случае схемы генератора и каскадов деления оказываются практически идептичньтчтм, что значительно упрощает схему, сокращает число конструктивных элементов и в сочетании с работой транзисторов в микрорежи.мах обеспечивает повышение надежности часов (потребление одного каскада

6

делителя вместе со схемой «И порядка 0,7- 1 мка при напряжении питания 1 -1,35 б).

Если в предлагаемых часах используется низкочастотное исполнительное устройство (1-2 гц), то для привода часового механизма кварцевых часов электронная схема может быть постпоена по блок-схеме фиг. 3. Здесь от одного общего формирователя 2 импульсов осуществляется параллельная работа двух делителей 3 и 8 частоты, имеющих одинаковую структуру. Коэффициент деления делителя 3 рыбипается равным, например, П{ , где Ki - число каскадов в делителе 3, а у делителя 8 - П.2 . где Kz - число каскадов вделителе 8. В этом случае ИМПУЛЬСНЫЙ сигнал па исполнительное устпойство поступает через схему соппаде-ия «И, включенную на выходе делителе 3 и 8. и имеет частоту повторения в П|-п раз более низкую, частота кварцевогп генератора.

oбpязo этл схема (сЬиг. 3) позволяет п ллчз ь рттзклчо частоту ИМПУЛЬСОВ при исполхзояантги вр- лгязадаютшх С-пепей с малой постоянной . что повышает надежность ррботы ч также уменьшает габариты часов.

Поскольку предлагаемая схема работает в накопления, сокращается врелтя открь- ого состо- нит транзисторов, которое становится меньше. закрытого. Это

позволяет существенно уменьшить расход

тока и. следовательно, повысить срок

источника питания.

За счет большого запаса регенерации у

мультивибраторов на транзисторах с дополнительной симметрией, которые широко использованы в предлагаемой схеме, обеспечивается нормальная работоспособность электрической схемы даже при низком (менее 1 в)

напряжении .

В предлагае юй схеме также устранено наконлепие фаговой ттестабпльностп в каскадах де.лптеля. что обрспечттвает повышение точности работы исполнительного устройства.

изобретения

Кварр не элр рпкньтс ч.сы, содержащие

.вый рт1рр тор. фо тттповатрль. тногокаскалны ле.ттт:.ть часто -ьт. чажтый каскад

которого т ьполнрн по схеме тультивнбратора

ря двлх трркзт торэх разного тттпа проводимост схемы «И, вьтнолненные каждая на

отно тоачзисторе т включенные ттп выходах

к. до.тт1Т1 лст ттсполии ельное устройстяо, чклоттное d)onмнлon.тeль ИМПУЛЬгг т пя чыхо.то поглрлнего каска.да,

T.T стпл,т .П1-.( Tpv,. О Т Л П Ч а Ю Щ И е С Я . Ч . с т ЫПеН-Я НЯЧРЖТОСТИ,

оттьтп тттст токя. n6ernf40HT q рабо птгпсобт сти нтзкп т п.яттп тженптт питания п повышения точности хода, на входе каждого каскада .делителя включен по схеме с общим эмиттером ключевой транзистор.

коллектор которого соединен с базей одинакового но типу нроводимости транзистора в первом нлече мультивибратора и через токоограничительный резистор с коллектором транзистора противоположного тина нроводнмости во втором плече мультивибратора, в базовой цепи которого включена времязадающая КС-ц&пъ, база транзистора каждой схемы «И через резистор соединена с коллектором транзистора в нервом нлече мультивибратора данного каскада делителя, коллектор - с базой дополнительного транзистора каскада старшего разряда через резистор и с 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.

г / л / llT T TmTIW TR ШпшпшпШ iijlii I гL-I I I I ш JiШJJШ

j ir iriririjnr JiJШJJJJlШJdi 7i I

иг.З