Часы на газоразрядных индикаторах

Содержание

 

1 Введение 2

2 Общий раздел 4

2.1 Анализ технического задания 4

2.2 Выбор и обоснование функциональной схемы 5

2.3 Описание схемы электрической принципиальной 8

2.4 Выбор элементной базы 16

3 Расчётный раздел 18

3.1 Расчет цепи формирования импульса сброса 18

3.2 Расчет электронного усилителя сигнала индикатора ИН-8 19

3.3 Расчёт надёжности функционального узла 21

3.4 Расчёт элементов рисунка печатной платы 24

4 Конструкторско-технологический раздел 28

4.1 Технология изготовления печатной платы 28

4.2 Описание конструкция изделия 32

4.3 Выбор и обоснование измерительной  аппаратуры 33

4.4 Порядок настройки и регулировки изделия 33

5 Охрана труда 35

5.1 Общие положения 35

5.2 Техника безопасности при работе с устройством 40

5.3 Техника безопасности на рабочем месте 42

6 Заключение 44

Литература 45

            Приложение:

            Перечень элементов

 

1 Введение

Темой данного дипломного проекта является проектирование «часов на газоразрядных индикаторах ИН-8».

Тле́ющий разря́д — один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Формируется, как правило, при низком давлении газа и малом токе. При увеличении проходящего тока превращается в дуговой разряд.

В отличие от нестационарных (импульсных) электрических разрядов в газах, основные характеристики тлеющего разряда остаются относительно стабильными во времени.

Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей, является свечение неоновой лампы.

Присоединим электроды к источнику постоянного тока с напряжением несколько тысяч вольт и будем постепенно откачивать из трубки воздух. При атмосферном давлении газ внутри трубки остаётся тёмным, так как приложенное напряжение в несколько тысяч вольт недостаточно для того, чтобы пробить длинный газовый промежуток. Однако когда давление газа достаточно понизится, в трубке вспыхивает светящийся разряд. Он имеет вид тонкого шнура (в воздухе — малинового цвета, в других газах — других цветов), соединяющего оба электрода. В этом состоянии газовый столб хорошо проводит электричество.

При дальнейшей откачке светящийся шнур размывается и расширяется, и свечение заполняет почти всю трубку. При давлении газа в несколько десятых миллиметра ртутного столба разряд заполняет почти весь объем трубки. Различают следующие две главные части разряда: 1) несветящуюся часть, прилегающую к катоду, получившую название тёмного катодного пространства; 2) светящийся столб газа, заполняющий всю остальную часть трубки, вплоть до самого анода. Эта часть разряда носит название положительного столба. При подходящем давлении положительный столб может распадаться на отдельные слои, разделённые тёмными промежутками, так называемые страты.

Описанная форма разряда называется тлеющим разрядом. Почти весь свет исходит от его положительного столба. При этом цвет свечения зависит от рода газа. При тлеющем разряде газ хорошо проводит электричество, а значит, в газе всё время поддерживается сильная ионизация. Причинами ионизации газа в тлеющем разряде являются электронная эмиссия с катода под действием высоких температур или сильного электрического поля, последующая ионизация молекул газа электронным ударом свободными электронами, вырванными с катода и летящих по направлению к аноду, а также вторичная электронная эмиссия электронов с катода, вызванная бомбардировкой катода положительно заряженными ионами газа.

Индикатор тлеющего разряда получил распространение в вычислительной технике, измерительных устройствах, а в последнее время и в быту, словом, там, где применяется так называемая цифровая индикация. Он представляет собой многоэлектродный прибор тлеющего разряда. У такого индикатора не один, а десять катодов, каждому из которых придана форма какой-либо цифры (от 0 до 9). Поскольку в режиме тлеющего разряда газ около катода светится, то при подаче напряжения к аноду и к одному из катодов в приборе возникает соответствующая светящаяся цифра. Чтобы цифры были хорошо видны, анод делают сетчатым, а верхнюю часть лампы плоской. Конструкция прибора предусматривает снижение экранирующих воздействий катодов друг на друга до необходимых пределов.

 

2 Общий раздел

2.1 Анализ технического задания

 

Техническим заданием является разработка часов. Часы должен обладать следующими параметрами:

напряжение питания, В +9, +5;

потребляемый ток, А 1;

потребляемая  мощность, Вт 15.

 

Требования к транспортированию и хранению.

В упакованном виде изделие может транспортироваться речным, воздушным, автомобильном железнодорожном видами транспорта.

Транспортирование должно производится в соответствии с требованиями, изложенными в следующих документах: «Правила перевозки грузов», утвержденными Министерством речного флота; «Руководство по грузовым перевозкам на внутренних воздушных линиях», утвержденными Министерством гражданской авиации; «Общие правила перевозки грузов автотранспортом», утвержденными Министерством автомобильного транспорта; «Правила перевозки грузов», утвержденными министерством путей сообщения (МПС).

Транспортирование железнодорожным транспортом должно производиться в крытых вагонах или контейнерах, при этом крепление грузов должно производиться в соответствии с «Техническими условиями погрузки и крепления грузов», утвержденными МПС.

Изделия должны храниться на стеллажах в закрытых вентилируемых помещениях при температуре окружающей среды от +15 °С до +40 °С и относительной влажности до 80 % и отсутствии в окружающей среде агрессивных примесей.

 

 

2.2 Выбор и обоснование функциональной схемы устройства.

 

Целью данного дипломного проекта было разработать такую функциональную схему часов, которую бы мог реализовать малоопытный радиолюбитель. Плюс к этому она должна быть не дорогой при изготовлении и доступной, благодаря использованию наиболее распространённых электрорадиоэлементов, а также радиоэлементов которые легко можно заменить на аналогичные. Ниже представлена функциональная схема часов с газоразрядными индикаторами.

GCT – Генератор тактовых импульсов;

СТ - Счетчик;

ТТ – Триггер типа Т;

DD2 – Преобразователь уровня;

DC - Дешифратор;

HG - Газоразрядный индикатор ИН-8;

DD1 – Логическое НЕ;

VT – Транзисторные ключи;

G1 – Генератор прямоугольных импульсов;

А1 – Преобразователь 9В в 200В;

Электрическая функциональная схема прибора состоит из следующих основных узлов: счетчика имаульсов, генератора счетных импульсов,  генератора прямоугольных импульсов, транзисторных ключей, индикаторов, дешифратора, преобразователя напряжения, усилителя.

 

2.3 Описание схемы электрической принципиальной.

Микросхема К176ИЕ12 предназначена для использования в электронных часах (рис. 2). В ее состав входят кварцевый генератор с внешним кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц и два делителя частоты: на 32768 и на 60. При подключении к микросхеме кварцевого резонатора по схеме рис. 2 она обеспечивает получение частот 32768, 1024, 128, 2, 1, 1/60 Гц. Импульсы с частотой 128 Гц формируются на выходах микросхемы Т1 - Т4, их скважность равна 4, сдвинуты они между собой на четверть периода. Эти импульсы предназначены для коммутации знакомест индикатора часов при динамической индикации. Импульсы с частотой 1/60 Гц подаются на счетчик минут, импульсы с частотой 1 Гц могут использоваться для подачи на счетчик секунд и для обеспечения мигания разделительной точки, для установки показаний часов могут использоваться импульсы с частотой 2 Гц. Частота 1024 Гц предназначена для звукового сигнала будильника и для опроса разрядов счетчиков при динамической индикации, выход частоты 32768 Гц - контрольный. Фазовые соотношения колебаний различных частот относительно момента снятия сигнала сброса продемонстрированы на рис. 3, временные масштабы различных диаграмм на этом рисунке различны. При использовании импульсов с выходов Т1 - Т4 для других целей следует обратить внимание на наличие коротких ложных импульсов на этих выходах.

 

   

Особенностью микросхемы является то, что первый спад на выходе минутных импульсов М появляется спустя 59 секунд после снятия сигнала установки 0 со входа R. Это заставляет при пуске часов отпускать кнопку, формирующую сигнал установки 0, спустя одну секунду после шестого сигнала поверки времени. Фронты и спады сигналов на выходе М синхронны со спадами импульсов отрицательной полярности на входе С.

  

Микросхема К176ИЕ13 предназначена для построения электронных часов с будильником. Она содержит счетчики минут и часов, регистр памяти будильника, цепи сравнения и выдачи звукового сигнала, цепи динамической выдачи кодов цифр для подачи на индикаторы. Обычно микросхема К176ИЕ13 используется совместно с К176ИЕ12. Стандартное соединение этих микросхем показано на рис. 4. Основными выходными сигналами схемы рис. 4 являются импульсы Т1 - Т4 и коды цифр на выходах 1, 2, 4, 8. В моменты времени, когда на выходе Т1 лог. 1, на выходах 1,2,4,8 присутствует код цифры единиц минут, когда лог. 1 на выходе Т2 - код цифры десятков минут и т. д. На выходе S - импульсы с частотой 1 Гц для зажигания разделительной точки. Импульсы на выходе С служат для стробирования записи кодов цифр в регистр памяти микросхемы К176ИД1, обычно используемую совместно с К176ИЕ12 и К176ИЕ13, импульс на выходе К может использоваться для гашения индикаторов во время коррекции показаний часов. Гашение индикаторов необходимо, поскольку в момент коррекции происходит остановка динамической индикации и при отсутствии гашения светится лишь один разряд с увеличенной в четыре раза яркостью.

На выходе HS - выходной сигнал будильника. Использование выходов S, К, HS не обязательно. Подача лог. 0 на вход ОЕ микросхемы переводит ее выходы 1, 2, 4, 8 и С в высокоимпедансное состояние.

При подаче питания на микросхемы в счетчик часов и минут и в регистр памяти будильника автоматически записываются нули. Для введения в счетчик минут начального показания следует нажать кнопку К3, показания счетчика

  

начнут меняться с частотой 2 Гц от 00 до 59 и далее снова 00, в момент перехода от 59 к 00 показания счетчика часов увеличатся на единицу. Показания счетчика часов будут также изменяться с частотой 2 Гц от 00 до 23 и снова 00, если нажать кнопку К4. Если нажать кнопку К5, на индикаторах появится время включения сигнала будильника. При одновременном нажатии кнопок К3 и К5 показание разрядов минут времени включения будильника будет изменяться от 00 до 59 и снова 00, однако переноса в разряды часов не происходит. Если нажать кнопки К4 и К5, будет изменяться показание разрядов часов времени включения будильника, при переходе из состояния 23 в 00 произойдет сброс показаний разрядов минут. Можно нажать сразу три кнопки, в этом случае будут изменяться показания как разрядов минут, так и часов.

Кнопка К1 служит для пуска часов и коррекции хода в процессе эксплуатации. Если нажать кнопку К1 и отпустить ее спустя одну секунду после шестого сигнала поверки времени, установится правильное показание и точная фаза работы счетчика минут. Теперь можно установить показания счетчика часов, нажав кнопку К4, при этом ход счетчика минут не будет нарушен. Если показания счетчика минут находятся в пределах 00...39, показания счетчика часов при нажатии и отпускании кнопки К1 не изменятся. Если же показания счетчика минут находятся в пределах 40...59, после отпускания кнопки К1 показания счетчика часов увеличиваются на единицу. Таким образом, для коррекции хода часов независимо от того, опаздывали часы или спешили, достаточно нажать кнопку К1 и отпустить ее спустя секунду после шестого сигнала поверки времени.

Если показания часов и время включения сигнала будильника не совпадают, на выходе HS микросхемы К176ИЕ13 лог. 0. При совпадении показаний на выходе HS появляются импульсы положительной полярности с частотой 128 Гц и длительностью 488 мкс (скважность 16). При подаче их через эмиттерный повторитель на любой излучатель сигнал напоминает звук обычного механического будильника. Сигнал прекращается, когда показания часов и будильника перестают совпадать.

Схема согласования выходов микросхем К176ИЕ12 и К176ИЕ13 с индикаторами зависит приведена на рис. 5 подключение индикаторов с общим анодом. Анодные (VT1, VT2, VT3, VT4, VT5, VT6,VT7, VT10) ключи выполнены по схемам эмиттерных повторителей. Импульсные токи транзисторов анодных ключей могут достигать 252 мА, поэтому в качестве анодных ключей можно использовать транзисторы, допускающие указанный ток, с коэффициентом передачи тока базы h21э не менее 120 (серий КТ605АМ).

  

Если транзисторы с таким коэффициентом подобрать нельзя, можно использовать составные транзисторы (КТ315 + КТ503 или КТ315 + КТ502).

В качестве индикаторов могут использоваться любые одноместные вакуумные люминесцентные индикаторы, а также плоские четырехместные индикаторы с разделительными точками ИН-8-1 и ИН-8, специально предназначенные для часов. В качестве DD5 схемы рис. 6 можно использовать любые инвертирующие логические элементы с объединенными входами.

На рис. 6 приведена схема согласования с газоразрядными индикаторами. Анодные ключи выполнены на транзисторах серий КТ605.

Одноименные катоды индикаторов следует объединить и подключить к выходам дешифратора DD7. Для упрощения схемы можно исключить инвертор DD5, обеспечивающий гашение индикаторов на время нажатия кнопки коррекции.

 

Преобразователь напряжения собран на микросхемах К561ЛП2 (исключающее ИЛИ), К561ТМ2 (триггер типа D) и К561ЛН2 (инвертор).