Часы на транзисторе. Схема, описание. Опыты, эксперименты, теория, практика, решения задач Маятник своими руками - главные правила

Основный элементом обычных механических часов является маятник или баланс, которые приводятся в движение гирей или пружиной. Такие часы требуют регулярного и частого подзавода, что создает определенные неудобства.

Многие конструкторы долгое время работали над проблемой создания часов без гири и пружины, в результате появились электромеханические часы. В них маятник приводится в движение электромагнитом, который питается от источника электрического тока. Когда маятник приближается к положению равновесия (рис. 1), контакты, связанные с ним, замыкаются, и по обмотке электромагнита протекает ток. На маятнике укреплен якорь из мягкого железа, который притягивается неподвижным электромагнитом.

Рис. 1. Устройство электрических контактных часов.

Электромеханические часы очень экономно расходуют энергию батареи и обладают хорошей точностью хода. Но и у них есть слабое место - контакты, замыкающие цепь электромагнита. Ведь только за один год им приходится замыкаться миллионы раз, поэтому через некоторое время электрические часы начинают работать неточно. А если часы совсем маленькие, например наручные, то миниатюрные контакты в них работают еще более ненадежно.. С появлением транзисторов оказалось возможным создать бесконтактные электрические часы.

Схема электрических бесконтактных часов на транзисторе показана на рис. 2. На маятнике укреплен постоянный магнит, при движении которого в витках неподвижной катушки наводится эдс. Одна из обмоток катушки включена между базой и эмиттером транзистора, вторая -- в цепь коллектора.

Рис. 2. Электрическая схема часов на транзисторе.

Центр маятника (магнита) пересекает ось катушки в положении равновесия. При колебаниях маятника в катушке L1 наводится эдс, форма которой иллюстрируется кривой 1 (рис. 3). На этом рисунке кривые, проведенные сплошной чертой, представляют эпюры напряжений и токов, возникающих при движении маятника слева направо, а пунктиром - справа налево. Концы обмотки катушки L1 включены так, что, когда маятник подходит к положению равновесия, на базе транзистора появляется отрицательное относительно эмиттера напряжение. Оно возникает при приближении магнита к катушке, вследствие увеличения магнитного потока, пересекающего ее витки. В положении равновесия магнитный поток через катушку достигает максимума. В этот момент напряжение становится равным нулю. Далее магнитный поток начинает уменьшаться и эдс меняет знак на обратный. Когда магнит отходит далеко от катушки, напряжение на ее концах почти исчезает. Во время второго полупериода картина повторяется: при приближении магнита к катушке в обмотке L1 наводится такая эдс, что на базе напряжение отрицательно. Под действием этого импульса напряжения в цепи базы проходит ток (кривая 2) и транзистор отпирается (рис. 3).

Рис.3. Эпюры напряжения, тока а анергии маятника для схемы часов, приведенной на рис. 2.
А - амплитуда колебаний маятника,
О - положение равновесия.

Направление витков катушки L2, включенной в цепь коллектора, таково, что, когда по ней проходит ток коллектора (кривая 3) магнит притягивается к катушке. Его движение ускоряется.

Частота колебаний маятника как и в обычных часах почти полностью определяется его физическими параметрами: длиной и распределением массы. Масса маятника в основном определяется магнитом и деталями его крепления. С маятником связывают стрелочный механизм с циферблатом, и часы готовы.

Конструкция часов. Для изготовления часов на транзисторе вполне пригодны любые маятниковые часы или "ходики". В них необходимо лишь переделать спусковое устройство и, конечно, удалить пружину или гирю; их функции будет выполнять батарея.

В обычных часах спусковое устройство, приводящее в движение маятник, имеет вид, показанный на рис. 4,а. Его надо переделать так, как показано на рис. 4,б. На ось 1 напаивают коромысло 2, на котором свободно подвешена серьга 3. При движении маятника влево серьга скользит по скошенной стороне зубца храпового колеса 4 и под действием своей тяжести соскакивает с его вершины в промежуток между зубцами. При движении маятника вправо серьга упирается в крутую сторону зубца и поворачивает храповое колесо влево на один зуб. Чтобы зафиксировать положение колеса и не дать ему поворачиваться вправо, на нем сверху лежит одним краем лепесток-собачка 5. Второй край лепестка свободно поворачивается вокруг оси 6. При вращении храпового колеса влево лепесток скользит по скошенным краям зубцов и, соскакивая с их вершин, упирается в крутые края зубцов.

Рис. 4. Устройство спускового механизма обычных часов (а).
Устройство механизма часов на транзисторе для преобразования колебательного движения маятника во вращательное движение стрелок (б).

Собранный механизм часов, изготовленных из обычных "ходиков", показан на рис. 5. Коромысло, серьга и лепесток-собачка в этих часах изготовлены из жести. Магнит может быть использован любой. Его объем не должен быть менее 3-4 см 3 , так как он должен удерживать груз 100-200 г. В описываемой конструкции использован кольцевой магнит от громкоговорителя диаметром 35 мм. Для регулировки хода часов крепление магнита должно предусматривать его перемещение вверх и вниз. Если часы спешат, то маятник (магнит) необходимо опустить.

Рис.5. Собранный механизм часов.

В часовом генераторе (рис.2) могут работать любые сплавные транзисторы, например, типа П13-П15. Работа генератора не зависит от величины коэффициента усиления транзистора по току. Диод Д1 можно применить типа Д7Б-Д7Ж. Вместо диода можно использовать эмиттерный или коллекторный переход германиевого сплавного транзистора, у которого оторвался вывод эмиттера или коллектора. Если в генераторе (рис.2) применен транзистор с проводимостью n-p-n, то полярность включения батареи и диода Д1 следует изменить на обратную.

Катушку электромагнита можно намотать на пластмассовом или бумажном каркасе с внутренним диаметром 20, наружным 48 и шириной 8 мм. Наматывать катушку нужно в два провода внавал до заполнения. Диаметр провода - 0,09-0,15 мм. После намотки необходимо проверить нет ли замыканий между полученными двумя обмотками. Начало одной обмотки соединяют с концом другой и к этой точке подключают вывод эмиттера транзистора.

Смотрите другие статьи раздела .

На свойствах электромагнита основана работа огромного количества приборов и машин. Большинство маятников в современных электрических часах также работает под действием электромагнита. Попробуем разобраться в причинах, которые заставляют неутомимо раскачиваться электрический маятник, и сделаем сами его небольшую модель.

Для этого нам понадобятся: самодельный электромагнит, такой же, какой мы изготовили при устройстве электрического звонка, жесть, одна-две батарейки или понижающий трансформатор.

Маятник вырезывается из жести по выкройке, изображенной на рисунке 1. Внутреннее отверстие выбивают стамеской по линиям чертежа, ударяя молотком по ее ручке. Для этого жесть с нанесенным на ней чертежом кладется на ровную доску твердой породы дерева. Затем, зачистив напильником острые заусеницы отверстия, вырезаете всю фигурку маятника обычными ножницами по внешнему контуру. После этого снова прошлифуйте мелким напильником все края, а нижнюю полоску - язычок - сверните в небольшую трубочку. В свернутом виде она будет служить обычным утяжеленным концом маятника. В верхней части фигурки просверлите или пробейте стальным шилом маленькое отверстие, края которого надо тщательно зашлифовать мелкой наждачной шкуркой. Это небольшое отверстие служит для того, чтобы надеть маятник на стальную толстую иголку или отрезок вязальной спицы, забитый в верхнюю часть вертикальной стойки С (рис. 2).
Маятник надо повесить на иглу так, чтобы его нижняя часть, свернутая трубочкой, приходилась как раз над концами выступающих полюсов магнита, почти касаясь их, но
при раскачивании не задевала бы выступающие концы сердечника.
Чтобы избежать трения маятника о деревянную стоечку, наденьте на ось небольшой отрезок медной трубочки с хорошо отшлифованными краями. По бокам верхнего выступа маятника надо установить два медных гвоздика. Они будут удерживать маятник от слишком больших размахов.
Электрический ток подводится от батарейки или трансформатора (4 - 6 вольт), по схеме, указанной на рисунке 2. Все места соединений проволочек должны быть хорошо зачищены и припаяны.
На рисунке 2 вы видите тоненькую, упругую проволочку-прерыватель П. Прерыватель обеспечивает беспрерывное раскачивание маятника. Первый размах маятника надо сделать легким движением пальца, доведя его боковую часть до прерывателя. При этом электрическая цепь замкнется через один из верхних шпеньков, ток побежит по обмотке электромагнита, и его сердечник мгновенно притянет нижний утяжеленный конец якоря. Как только нижняя часть маятника потянется вниз, цепь разомкнется и маятник перейдет на противоположную сторону. Здесь другую боковую сторону маятника снова встретит прерыватель, который заставит магнит притянуть маятник вниз.
Так будет раскачиваться маятник до тех пор, пока вы не отсоедините всю модельку от источника тока - трансформатора или батарейки.
Очень занятную модель электромаятника можно сделать в виде качелей, а на сиденье их укрепить фигурку Буратино, вырезанную из бумаги или пробки. Маленький человечек - любимый герой ребят - будет взлетать и опускаться вниз самым загадочным образом.

(рис.1) может быть построен с применением разных физических магнитных эффектов в сочетании с эффектом гравитации. Для компенсации потерь на трение и создания незатухающих колебаний в обычном гравитационном маятнике предлагается дополнительно использовать попеременно силовое взаимодействие двух постоянных магнитов. Изменение характера силового 1, 2 осуществляется преобразователем 6.Он должен обеспечить притягивание постоянных магнитов 1, 2 маятника на спусковом полупериоде качания маятника, в момент их силового отталкивание после прохождения нижней точки траектории маятника. Этот (маятник) может быть построен на различных принципах и физических эффектах:

а) С использованием механического разворота неподвижного магнита 1 на 180 градусов при переходе маятника через нижнюю точку - например: пружинного типа с кулачком ;

б) Путем скачкообразного перемагничивания неподвижного магнита 1 в нижней точке магнита 2 (магнитный эффект Баркгаузена), причем электроэнергию и магнитное поле достаточное для перемагничивания магнита 1 получаем от индуктивной обмотки, размещенной на магните 1 и соединенной с накопителем электроэнергии;

в) С использованием комбинации эффекта Баркгаузена и термомагнитного эффекта Кюри. В этом случае в нижней точке траектории магнита маятника 1размагничиванием импульсным нагревом магнит 1 выше точки Кюри с импульсным перемагничиванием его (эффект магнитного триггера Баркгаузена) -при достижении магнитом 2 верхней точки траектории;

г) Механическое одного из магнитов на определенных участках траектории качания магнита маятника;

Parazit kotoryj mozhet ubity - Srochno

д) Электромагнтное управление магнитным полем магнита 1 -(усиление-ослабление) - магнитоэлектрический механический маятник -дополнение устройства индуктивной обмоткой, обвитой вокруг неподвижного магнита 1 с конденсатором и частотой колебаний контура равной частоте механических колебаний и регулируемой фазой колебаний этим колебательным электрическим контуром посредством индуктивности встречного магнитного поля компенсирующего магнитное поле магнита 1 на тормозных участках траектории с усилением его магнитного поля на разгонный траектории маятника магнита 2.

Колыбель Ньютона.

Здравствуйте. На днях решил я смастерить, что ни будь интересное и познавательное для сына, остановилось мое внимание на маятнике Ньютона или как его еще некоторые называют колыбель Ньютона (а иногда даже шары Ньютона).

Он представляет собой механическую систему, которую изобрел английский актёр в 1967 году, звали его Саймон Преббл.

Этот маятник Вы, конечно же, видели в кабинете физики, учитель на его примере объясняет детям, как преобразуется энергия различная по виду, друг в друга, например потенциальная энергию в кинетическую и обратно.

Инструменты, которыми я пользовался:
1) Плоскогубцы.
2) Молоток.
3) Бородок.
4) Напильник.
5) Паяльник.
6) Кусачки.
7) Пинцет.
Из материалов для изготовления маятника мне понадобились лишь:
1) Подшипник.
2) Канифоль.
3) Припой.
4) Медная проволока (тонкая).
5) Толстая медная проволока (четыре квадратных миллиметра).
6) Нитки.
7) Клей.

Для начала хотелось бы немного рассказать о том, как я изымал шарики из подшипника. Просто мне один дружище рассказывал, как они с товарищем их вытаскивал не совсем безопасным, можно сказать даже совсем не безопасным методом и чуть не лишились своих глаз. Он говорил, что ставил подшипник на твердую поверхность, ударил молотком по обойме и шарики разлетелись (два шарика потеряли). Я не стал так рисковать и начал разбирать его.
Сначала я снял сальники.

Затем уперев бородок на сепаратор (там, где заклепки) легким движением молотка расклепал и выгнул на другую сторону сепаратор в нескольких местах и демонтировал его плоскогубцами.

Далее сгруппировав все шарики, плоскогубцами сместил внутреннее кольцо к внешнему кольцу.

Такими нехитрыми манипуляциями у меня легко получилось вытащить шарики, не повредив ничего себе и окружающим. Причем не один шарик не уходил из поля моего зрения.

Дальше я напильником почистил место, куда буду запаивать колечко.

Хорошенько полудил это место канифолью.

Нашел в закромах кусок многожильного провода маленького сечения. Вытянул плоскогубцами одну жилку.

И сделал из него колечки.
Запаял колечки на шарик. Старался держать как можно ровнее.

Как говориться первый шарик комом. Передержал жало паяльника на шарике, и он потемнел (получил термический ожог:wink:).

Колечки, чтобы были хоть чуть-чуть похожи друг на друга, сверял с уже готовым. Потом проделал те же манипуляции с остальными шариками.

В итоге у меня получились семь не совсем красивых (заляпанных канифолью) чебурашек, причем один из них стал негроидной расы.

После обработки войлоком с пастой гой. (Даже афроамериканец стал блестеть). Как я понял на испытаниях, мне не следовало помещать шарики на магните, они намагнитились, и пришлось их размагничивать. Делал я это при помощи бескаркасной магнитной катушки снятого с нерабочего старого телевизора. Информация для тех, кто захочет, что-то размагнитить эти катушки есть только на телевизорах старого образца с электронно-лучевой трубкой, в прочем подходит почти любая бескаркасная катушка. И еще одна деталь, напряжение, подаваемое на катушку должно быть переменным.

Дальше долгое и мучительное продевание нитки сквозь кольца.

Очистив от изоляции провод сечением четыре квадратных миллиметра начал делать каркас будущего маятника.

Сначала я сделал каркас как на нижнем фото, но он был малоэффективным, получился слишком низким (не хватало разгона) и он принимал часть энергии шариков (усики державшие шарики раскачивались).

И было решено сделать более крепкую и чуть повыше конструкцию.
Нитки привязывал, делая несколько оборотов. Это сделано, чтобы при регулировке расположение шариков проворачиванием нитки, она не прокручивалась обратно под весом привязанных к нему шариков. С начала просто привязал нитки на одну сторону получившегося каркаса.

Затем (регулируя при этом) привязывал на другую балку.
И под конец я отрегулировал шарики (закручиванием нитки на балку) так, что они выстроились в один ряд как можно точнее, ведь от этого тоже очень сильно зависит, как долго он будет щелкать. После точечной настройки я поверх ниток привязанных к балке нанес небольшое количество клея, тем самым зафиксировав их от прокручивания и перемещения по балке.

В иных домах они есть — большие старинные часы в шкафу полированного красною дерева, с маятником и двумя большими блестящими гирями на цепочках. В таких часах кроется что-то загадочное — через них словно само время говорит с нами и о прошлом, и о настоящем, и о будущем…
О часах с маятником мне мечталось очень давно, однако в наследство от троюродных бабушек они мне как-то не доставались, а в комиссионках за них просили такие деньги, за которые можно было купить вполне ещё приличный автомобиль типа ВАЗ.

Но однажды в магазине мне попались на глаза обычные настенные электронные часы — и именно с таким циферблатом, какой виделся мне в мечтах. Недолго думая, я купил их — стоили они совсем не дорого. Купил потому, что в мыслях мгновенно появились они — часы, о которых я столь долго мечтал и которые отличались от электронных лишь шкафом с застеклённой дверцей и мерно качающимся маятником. Но шкаф и маятник я уж постараюсь сделать сам!

Корпус для часов получился из старой книжной полки — я рспилил её вдоль на две неравные части, и меньшая из них шириной 120 мм стала основой шкафа. Ну а из дощечек, оставшихся после этой операции, я вырезал заготовки для дверцы, склеил их эпоксидной смолой и застеклил. Кстати, для крепления стекла вполне подошёл Ш-образный пластиковый профиль — такой обычно используют для установки «движков» в шкафах и книжных полках, однако он неплохо заменил штапики при остеклении дверцы.

Наибольшую сложность вызвало воепроизведение маятникового механизма. Конечно, можно было бы спроектировать настоящий маятник, задающий точность хода электронным часам, однако создавать столь сложный прибор не было никакого резона, и я разработал гораздо более простое электромеханическое устройство, полностью имитирующее движения маятника.

Маятник представляет собой стержень, сделанный из полированной дюралюминиевой трубки диаметром 12×1 мм, имеющий точку подвески на линии, делящей его в соотношении 1:2. Шарнир подвески — это стальная скоба с ввернутыми в неё двумя установочными винтами М5 с коническими концевыми частями. В стержне маятника высверливаются, соответственно, два цилиндрических отверстия диаметром 2 мм. В нижней части маятника закрепляются декоративный диск и груз — первый сделан из компакт-диска, а второй — из стальной полоски. При необходимости, уменьшая или увеличивая груз, можно менять частоту колебаний маятника.

1—электронные часы; 2— корпус шкафчика; 3—электромагнит; 4—якорь маятника; 5—дверца шкафчика; 6—перемычка для крепления коммутаторов; 7—петля; 8—контакный лепесток коммутатора; 9—замыкатель; 10—шарнир маятника; 11—полка для крепления электронных часов и маятника; 12—стержень маятника; 13 — имитация часовой гири; 14—имитация диска маятника; 15—задняя стенка корпуса; 16—груз маятника

1—контактный лепесток (фольги-рованный текстолит s2); 2 — соединительный провод; 3 — корпус коммутатора (Д16 лист 1,5); 4—шайба (полиэтилен); 5 — винт центровки возвратной пружины; 6—возвратная пружина; 7—стержень центровки возвратной пружины

А—маятник начинает движение, при этом замыкатель касается контактного лепестка первого коммутатора, включая тем самым цепь питания электромагнита; Б—при подходе якоря к оси электромагнита контактный лепесток соскальзывает с замыкателя—и цепь питания электромагнита разрывается; В — после остановки в мёртвой точке маятник начинает движение в противоположную сторону, замыкатель при этом касается контактного лепестка второго коммутатора и включает цепь питания электромагнита.

Цифрами на схеме обозначены:

1—электромагнит; 2—якорь маятника; 3—замыкатель; 4—стержень маятника; 5—ось качания маятника; 6—коммутаторы

В верхней части стержня мятника закреплён якорь — для него потребуется полоса из мягкой (отожжённой) стали толщиной 4 мм. Для крепления его на стержне в отверстии, просверленном в якоре, нарезается резьба М12х0,5 мм.

«Двигателем» маятника является электромагнит — сделать его можно из выходного трансформатора или дросселя от старого лампового приёмника или трансляционного громкоговорителя. Нужно только перебрать его сердечник, состоящий из основных Ш-образных и замыкающих прямоугольных пластин, при этом последние следует удалить (для электромагнита они не понадобятся), а из первых сложить новый сердечник в виде толстой буквы «Ш». Обмотку придётся перемотать в соответствии с величиной тока, который может обеспечить источник — например, зарядное устройство для мобильного телефона. Практика показала, что при использовании источника постоянного тока напряжением 5 В вполне подойдёт обмотка из провода типа ПЭ диаметром 0,3 мм при наматывании ее внавал до заполнения каркаса. Кстати, вести намотку удобнее всего с помощью ручной дрели, закреплённой в настольных тисках. Сам же каркас придётся зафиксировать на резьбовом стержне с помощью двух пар шайб и гаек, а стержень — в патроне дрели.

К сожалению, с помощью только одного электромагнита привести в движение маятник не удастся — потребуются два коммутатора, включающих электромагнит лишь в те моменты, когда якорь маятника движется в его сторону.

Каждый из коммутаторов состоит из контактного лепестка, сделанного из одностороннего фольгированного текстолита. Лепесток шарнирно закреплён в дюралюминиевом корпусе и удерживается в вертикальном положении с помощью пары пружин.

Процесс коммутирования электромагнита изображён на схеме. При движении якоря к электромагниту замыкатель, установленный на стержне маятника, прикасается к проводящей стороне контактного лепестка первого коммутатора, включая при этом питание электромагнита. Последний начинает притягивать к себе якорь, но при подходе к центру электромагнита контактный лепесток соскальзывает с замыкателя, разрывая при этом цепь питания, и маятник продолжает движение по инерции. Далее на пути замыкателя — изолированная сторона контактного лепестка второго коммутатора, поэтому замыкатель беспрепятственно отклонит его и продолжит движение до остановки в мёртвой точке, а затем качнется в сторону электромагнита, и на полпути к нему замыкатель прикоснётся проводящей стороны контактного лепестка второго коммутатора, включив тем самым электромагнит. Ну а далее процесс будет повторяться до тех пор, пока устройство подключено к источнику тока.

Вот, собственно, и всё.

Сборка маятникового механизма не представляет сложности. Главное здесь — обеспечить минимальный зазор между якорем и электромагнитом (около 0,5 мм) и отрегулировать положение контактных лепестков коммутатора относительно замыкателя. Чтобы привести маятник в движение, достаточно его просто качнуть.

Часы будут неотличимы от настоящих старинных маятниковых, если за стеклом дверцы будут подвешены на цепочках две «гири» — сделать их проще всего из обрезков дюралюминиевых труб, которые следует отполировать до зеркального блеска.

К тому же на достоверность восприятия часов в значительной степени будет влиять"тщательность отделки их корпуса.

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.