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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 해시계. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
시간은 덧없고 우리는 그것을 통제할 수 없습니다. 수천 년 동안 인간은 시간을 멈추려고 노력해 왔지만 안타깝게도 그 과정을 지켜볼 뿐입니다. 해시계는 시간을 기록하는 가장 오래된 도구입니다. 그들은 수세기 동안 사용되어 왔으며 해시계 고유의 매력은 결코 사라지지 않을 것입니다. 오늘날 우리가 사용하는 해시계는 구조적으로 고대와 동일하며 지난 몇 천년 동안 조금도 변경되지 않았습니다. 이 기사는 해시계의 원리에 기초한 완전히 새로운 디자인을 제시합니다. 다른 수제 제품과 마찬가지로 우리의 디자인은 완전히 자율적이며 작동하는 데 외부 전원이 필요하지 않습니다. 고전적인 해시계의 작동 고전적인 해시계에서 시간은 시간에 해당하는 숫자가 있는 원에 태양이 던진 노몬 또는 핀의 그림자에 의해 결정됩니다(그림 1). 핀의 그림자가 현재 시간을 나타내도록 원의 방향이 지정됩니다.
우리의 업그레이드된 해시계는 매우 유사한 방식으로 작동합니다. 베이스가 고정된 기존의 해시계와 달리 당사의 시계에는 턴테이블에 메커니즘이 있습니다. 후자는 전기 모터 샤프트를 사용하여 시계의 고정 베이스에 연결됩니다. 테이블은 저속 모터로 360° 각도로 원 주위를 회전할 수 있습니다. 모터는 복잡한 전자 회로에 의해 제어됩니다. 고전적인 해시계와 달리 이 회로의 장점은 전자 장치가 그림자의 위치를 감지하고 태양을 따라가도록 모터를 구동한다는 것입니다. 태양 추적 전자 회로에는 두 개의 광센서(광트랜지스터 Q1 및 Q2)와 두 개의 전압 비교기(IC1 및 IC2)가 포함되어 있습니다(그림 2). 포토 센서는 저항 R1 및 R2와 직렬로 연결되어 전압 분배기를 형성하며 신호는 연결 지점 및 R2에서 가져옵니다.
비교기에 대한 기준 전압은 저항 R3, R4 및 R5로 구성된 분배기에서 공급됩니다. 따라서 브리지 회로가 얻어지며 그 중 하나는 요소 Q1, R1, R2 및 Q2로 구성되고 다른 하나는 저항 R3, R4 및 R5로 구성됩니다. 브리지의 두 번째 암은 예를 들어 브리지의 첫 번째 암에서 수행되는 것처럼 출력 신호가 공통 지점에서 가져오지 않기 때문에 비정상적인 모양을 갖습니다. 대신 저항 R4의 단자에서 두 개의 서로 다른 전압을 가져옵니다. 저항 R4의 상단 단자 전위는 하단 단자 전위보다 높습니다. 비교기 IC1에는 높은 전압이 인가되고, IC2에는 낮은 전압이 인가된다. 기준 전압의 차이 때문에 비교기는 다른 입력 전압에서 작동합니다. 회로를 자세히 살펴보면 비교기의 "교차" 연결, 즉 IC1의 음수 입력이 IC2의 양수 입력에 연결되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 이는 예상치 못한 결과로 이어집니다. 회로가 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 입력에 전압을 적용해 보겠습니다. 입력 전압이 비교기 IC2의 기준 전압보다 낮다고 가정합니다. 비교기 IC1을 보면 비반전 입력의 전압이 반전 입력보다 높기 때문에 출력이 높아지는 것을 볼 수 있습니다. 반면 IC2의 출력은 반전 입력의 전압이 입력 신호 전압보다 크기 때문에 음수가 됩니다. 입력 전압이 증가함에 따라 IC2의 비반전 입력 전압이 저항 R5에서 가져온 기준 전압보다 커지는 시간이 옵니다. 비교기 IC2가 전환되고 출력이 양수가 됩니다. 그러나 비교기 IC1은 입력 전압이 비교기 IC2의 기준 전압보다 XNUMX/XNUMX 높기 때문에 이러한 전압 변화에 응답하지 않습니다. 입력 신호가 비교기 IC2의 기준 전압을 초과하면 출력이 음수가 됩니다. 두 비교기의 출력 전압은 입력 전압이 저항 R4에 의해 정의된 상한과 하한 사이에 있을 때 동일(양)합니다. 입력 전압의 변화는 광트랜지스터에 떨어지는 빛의 강도에 따라 달라집니다. Q1보다 포토트랜지스터 Q2에 더 많은 빛이 떨어지면 입력 전압이 높습니다. 반대로 Q2보다 Q1에 더 많은 빛이 떨어지면 입력 전압이 낮습니다. 두 포토트랜지스터가 동일하게 조명되면 신호는 두 한계 사이의 평균값을 취합니다. 드라이브 비교기의 출력 사이에 전기 모터를 연결하면 포토트랜지스터를 사용하여 실제로 회전을 제어할 수 있습니다. 이전에 표시된 것처럼 두 출력은 포토트랜지스터가 동일하게 조명될 때만 양수입니다. 트랜지스터 Q1을 끄면 비교기 IC1이 스위칭되어 출력이 낮아지고 IC2의 출력은 높게 유지됩니다. 모터가 회전하기 시작합니다. 디밍 트랜지스터 Q2는 반대 효과가 있습니다. IC2의 출력은 낮게 설정되고 IC1은 높게 유지됩니다. 모터도 회전하기 시작하지만 방향이 다릅니다. 즉, 광트랜지스터를 조명하여 모터를 제어합니다. 영점 부근에서 모터의 불안정한 동작을 제거하기 위해 비교기에 다양한 기준 전압을 인가하여 데드 존을 만듭니다. 실제로 비교기는 전기 모터를 직접 제어할 수 없습니다. 비교기의 출력을 높이기 위해 전기 모터를 제어하는 IC3 칩이 사용됩니다. 구조적으로 우리 모델은 태양의 위치에 따라 gnomon (장치의 중앙 이동 부분)이 하나 또는 다른 트랜지스터를 가리는 방식으로 만들어졌습니다 (그림 3). 모터가 움직이고 두 트랜지스터가 똑같이 빛날 때까지 턴테이블을 회전시킵니다. 즉, 똑같이 정확하게 태양을 향합니다. 이제 gnomon의 위치에 따라 시간을 결정할 수 있습니다.
위의 설명을 주의 깊게 읽은 후에 장치를 작동하는 데 필요한 빛의 양에 제한이 없다는 것을 눈치챘을 것입니다. 두 광센서가 같은 양의 빛을 받는 한 전체 장치는 정지 상태입니다. 하나의 포토센서가 다른 것보다 더 많은 빛을 받으면 모터가 움직이기 시작합니다. 이것은 고전적인 해시계가 할 수 없었던 안개나 구름에 숨겨져 있어도 해시계가 태양을 따라갈 것임을 의미합니다. 실제로 값과 R2를 조정하면 밤하늘에서 달의 움직임도 따라갈 수 있습니다! 해시계는 XNUMX개의 니켈-카드뮴 배터리로 작동됩니다. 모터에 전원을 공급하는 것과 함께 배터리는 전자 회로에 전기를 공급합니다. 배터리는 낮 동안 작은 태양열 배터리로 충전됩니다. 야간에 태양열 패널을 통해 배터리가 방전되는 것을 방지하기 위해 차단 다이오드가 회로에 포함되어 있습니다. 시계 디자인 해시계는 Plexiglas와 같은 아크릴 플라스틱 시트로 만들어집니다. 먼저 직경 26cm의 플라스틱 원을 잘라 중앙 부분에서 직경 21cm의 디스크를 제거합니다. 남은 링이 갈라지지 않도록 주의하세요. "움직이는 테이블" 역할을 합니다. 그런 다음 플라스틱 시트에서 한 변이 17cm 인 정사각형을 자르고 우리 노몬의 변이 될 두 개의 이등변 삼각형으로 대각선으로 자릅니다. 광검출기의 투명 플라스틱 측면을 통해 빛이 투과하는 것을 방지하려면 가능한 한 내부에서 칠해야 합니다. 내부에서 페인팅하면 플라스틱의 광택을 유지하면서 깊이감을 만들고 페인트 수명을 늘릴 수 있습니다. 모든 색상의 불투명 염료가 착색에 적합합니다. 마지막으로 길이 24cm, 너비 6cm의 플라스틱 판을 잘라내어 태양 전지판을 놓습니다. 2,5x5,3cm2 크기의 태양 전지 22,5개를 직렬로 연결하고 플레이트의 길이를 따라 정렬합니다(배터리 길이는 4cm). 총 배터리 출력 전압은 100mA에서 XNUMXV여야 합니다. 필요한 경우 이 정보를 사용하여 배터리의 구조적 치수를 변경할 수 있습니다. 이제 직경 21cm의 이동식 테이블을 회전시키기 위해 모터를 (축을 아래로) 고정해야합니다 모터의 축은 테이블 중앙에 뚫린 구멍을 통과하고 모터 자체는 두 개의 나사 또는 접착제로 테이블. 작업을 계속하기 전에 각 삼각형에 직경 6mm의 구멍을 뚫어야 합니다. 직각 삼각형의 밑면과 직각의 상단 사이에 마음의 선을 그립니다. 이 선은 빗변을 밑변으로 삼는 경우 삼각형의 높이입니다. 구멍은 밑면 (빗변)을 향한 삼각형 평면에 대해 5 ° 각도로 상단에서 약 45cm 거리에 뚫습니다. PCB 조립이 완료되면 포토트랜지스터가 이 구멍에 고정됩니다. PCB 설계 인쇄 회로 기판에는 해시계 회로의 전자 부품이 있습니다. PCB 도체의 패턴은 Fig. 4, 보드에 부품 배치 - 그림. 5. 포토트랜지스터를 제외한 모든 요소는 보드의 적절한 지점에 납땜해야 합니다.
광트랜지스터는 마지막에 배치됩니다. 포토트랜지스터 Q1은 PCB의 한 면에 납땜되고 다른 면에는 Q2가 납땜됩니다. 트랜지스터 리드의 전체 길이를 그대로 두고 줄이지 마십시오. 이제 모터와 배터리 리드를 PCB에 납땜하십시오. 이 단계에서 회로의 작동 가능성에 대한 예비 점검이 필요합니다. 트랜지스터가 한 방향으로 보이도록 광트랜지스터의 리드를 조심스럽게 구부립니다. 회로가 정확히 균형을 이루면 장치는 고정되어 있어야 합니다. 광트랜지스터를 번갈아 닫을 때 모터는 반대 방향으로 회전해야 합니다. 모터가 광원에 대한 정확한 방향으로 계속 회전하면 광트랜지스터의 특성이 일치하지 않습니다. 차이가 작 으면 저항 값과 R2를 선택하여 제거 할 수 있습니다. 전압계를 저항의 연결 지점에 연결하여 브리지의 균형을 확인할 수 있습니다. 불균형이 크면 유사한 특성을 가진 포토트랜지스터를 선택해야 합니다. 이제 해시계의 최종 조립 시간입니다. 삼각형 측벽에 뚫린 직경 6mm의 구멍에 하나의 포토트랜지스터를 붙입니다. 턴테이블에 삼각형 측벽을 조심스럽게 고정해야합니다. 그러면 포토 트랜지스터가 수평선에 대해 45 ° 각도로 향하게됩니다. 칠해진 삼각형 면을 아크릴 접착제로 턴테이블에 붙입니다. 그들은 테이블 가장자리에서 같은 거리에 서로 평행하게 배치해야 하며 이 거리는 사용되는 모터의 크기에 따라 다릅니다.
태양 전지 플라스틱이 녹지 않도록 조심스럽게 태양광 패널에서 나오는 도체를 인쇄 회로 기판에 납땜합니다. 그런 다음 삼각형 측벽의 긴면에 태양 전지판이 놓인 판을 붙입니다. 플레이트의 가장자리가 삼각형 플레이트의 측면에서 약 6mm 돌출된 것을 볼 수 있습니다. 일부러 만든 것입니다. 튀어나온 가장자리는 gnomon의 측벽에 그림자를 드리우고 포토트랜지스터를 약간 가립니다. 이 위치에서 플레이트의 반투명을 방지하려면 불투명 페인트로 가장자리를 칠하십시오. 접착할 부품에 페인트가 묻지 않도록 해야 합니다. 접착 후 이러한 부분을 칠하는 것이 좋습니다. 설치가 올바르게 완료되면 모터는 포토 센서의 음영에 따라 턴테이블을 회전시킵니다. 플랫폼을 반대 방향으로 회전할 때 모터 리드를 교체하십시오. 마지막으로 노몬을 비와 습기로부터 보호하기 위해 나머지 열린 면을 17x5 cm2 플라스틱 스트립으로 덮습니다. 이 부분도 원치 않는 빛을 피하기 위해 칠해야 합니다. 마무리 손질 시계가 작동하려면 모터 샤프트를 지지대에 부착해야 합니다. 모터 샤프트용 구멍이 있는 금속 슬리브가 삽입되고 접착되는 목재, 금속, 돌 또는 기타 재료일 수 있습니다. 턴테이블을 제조하는 동안 플라스틱에서 잘라낸 큰 플라스틱 링은 해시계 주위에 있으며 시간을 나타내는 역할을 합니다. 외부 베이스에도 부착되어 있습니다. 해시계는 먼저 금색 또는 구리색 페인트로 원을 칠한 다음 13개의 로마 숫자를 붙이면 보기 좋습니다. 숫자 VI(6)부터 시작하여 숫자 VI(6)에 다시 도달할 때까지 시계 방향으로 이동하면서 반원에 숫자를 배치합니다. 두 숫자 VI(6)는 서로 마주보고(각도 180°) 정오에 해당하는 로마 숫자 XII(12)는 두 숫자 VI에 대해 직각(90°)에 있습니다. 실제로 시계 문자판은 반원형으로 압축되고 나머지 절반은 깨끗한 상태를 유지합니다(야간 시간). 해시계를 설정하려면 포인터가 정확한 시간을 표시할 때까지 원을 회전한 다음 잠급니다. 태양이 하늘을 가로질러 이동할 때 그노몬은 그것을 따라갈 것입니다. 시간 수정 하늘의 태양 위치의 계절적 변화에 따라 실제 시간과 표시되는 시간 사이에 약간의 차이가 있습니다. 오류는 표의 데이터를 사용하여 계산하여 수정할 수 있습니다. 이제 전통적인 모양의 현대식 해시계를 갖게 되었습니다.
저자: 바이어스 T.
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