Часы из набора

Ещё со старших классов школы мне хотелось иметь настольные электронные часы со светящимся зелёным индикатором. Стоили они по тем временам достаточно дорого — целых 45 рублей. Да и своей комнаты у меня не было, чтобы их туда поставить…

Но мечты и планы иногда имеют свойство сбываться в самый неожиданный момент, и речь пойдёт об «оживлении» электронных часов, которые были куплены в виде набора через Посылторг тридцать пять лет назад, но так с тех пор и не заработали.

Микросхемы для таких часов всё ещё можно купить «с хранения». Подходящие для таких часов трансформаторы можно найти «под заказ». А ещё можно за гораздо меньшие деньги купить современные настольные часы, так что всё, о чём эта публикация, было только для радости!

Осмотр на месте

Набор мне достался с описанием и схемой. Схема по сравнению с рядом серийно выпускаемых часов кажется немного переусложнённой.

Набор был скомплектован так, что изрядную часть «мелочёвки», включая резистор 30МОм, без которого кварцевый генератор не запустить, надо было откуда-то «доставать», ибо в наборе её не было. Самым же большим минусом было отсутствие готового блока питания, который обеспечил бы всю «магию», без которой вакуумный люминесцентный индикатор (на схеме сверху) светиться не будет.

Тёплый ламповый цифровой...

«Системообразующим элементом» конструкции большинства настольных советских электронных часов был вакуумный люминесцентный индикатор типа ИВЛ1-7/5:

По принципу действия этот индикатор является многоанодным триодом с прямым накалом. Анодами индикатора служат расположенные в одной плоскости сегменты, покрытые люминофором. Цвет свечения сегментов — зелёный.

Между катодом, роль которого выполняют нити накала, и анодами расположены сетки. Свечение анода возможно только при одновременной подаче положительного относительно катода потенциала и на анод, и на сетку. Нижняя граница рабочих значений от 2,5 до 3В, верхняя граница — до 50В. Рекомендованное импульсное напряжение на аноде (сетке) 27В.

Напряжение накала ~5В «переменки». Обмотка трансформатора, от которой питается цепь накала, должна иметь отвод от середины для подключения «минуса» источника напряжения +27В. Только при такой схеме организации питания все разряды индикатора будут светиться с одинаковой яркостью.

Для уменьшения количества выводов индикатора одноимённые аноды, образующие четыре семисегментных разряда, соединены параллельно. Каждый из четырёх разрядов индикатора управляется своей сеткой. Пятая сетка предназначена для управления свечением двух независимых друг от друга анодов «Л» и «К», которые используются для индикации секундных интервалов и состояния будильника соответственно.

...с динамической индикацией

Для отображения информации на индикаторах с параллельным соединением сегментов требуется организовать «динамическую индикацию», когда данные на индикатор выводятся поразрядно. Например, когда нужно отобразить в крайнем правом разряде индикатора ИВЛ1-7/5 единицу, необходимо подать напряжение +27В на вывод 12 индикатора (сегмент «в»), на вывод 7 (сегмент «е»), а затем — на вывод 14 (управляющая сетка разряда единиц минут). В результате мы увидим отображение цифры «1» в разряде единиц минут.

Если напряжение +27В с вывода 14 индикатора снять, единица погаснет, но если после этого подать управляющее напряжение на вывод 11 (управляющая сетка разряда десятков минут), то цифра «1» будет теперь отображаться во втором справа разряде индикатора.

Если бы нам было нужно, чтобы в крайнем правом разряде индикатора отображалась двойка, то нам нужно было бы подать напряжение +27В на выводы 15, 12, 4, 5, 8 индикатора (сегменты «а», «в», «г», «д», «ж»), и тогда после подачи управляющего напряжения на вывод 14 в разряде единиц минут индикатора отобразилась бы цифра «2».

Для управления сегментами разрядов индикатора в схеме часов используется микросхема дешифратора К176ИД3. Она преобразует четырёхразрядный двоично-десятичный код (BDC) в сигналы управления семисегментным индикатором.

«Магия» многополярного электропитания

Теперь попробуем разобраться, как обеспечить подачу на сегмент индикатора напряжения +27В при подключении этого сегмента к выходу К176ИД3 без схем преобразования уровней, когда напряжение питания этой микросхемы всего +9В.

Достигается это применением двухполярного питания. Напряжение +27В стабилизированного источника формируется из двух напряжений: +9В и –18В. При этом катод индикатора через среднюю точку накальной обмотки трансформатора подключается к шине –18В «наглухо», а нужные для отображения сегменты разрядов индикатора подключаются к шине +9В через открытые ключи из состава дешифратора К176ИД3. Напомню, что ключ по схеме «открытый сток» имеет в открытом состоянии сопротивление порядка единиц-десятков ом, а в закрытом — несколько мегаом, что в цепи с напряжением питания 27В можно расценивать как обрыв.

Кстати, «магия» электропитания электронных часов с вакуумными люминесцентными индикаторами на этом ещё не заканчивается. Для того чтобы сегменты разрядов индикатора, которые в текущий момент отображаться не должны, были гарантированно погашены, управляющие сетки «прижаты» резисторами 1R5…1R8 к шине с потенциалом ниже, чем на катоде. Этот потенциал формируется из напряжения –27В цепочкой из резистора 1R13 и стабилитрона 1VD9. Управление сетками индикатора производится с выходов T1…T4 микросхемы К176ИЕ18 с открытым стоком.

Микросхема К176ИЕ13, и не только...

«Логическая» часть электронных часов-будильника реализована на трёх микросхемах: К176ИЕ13, К176ИЕ18 и К176ИД3. Работу дешифратора К176ИД3 мы уже разобрали, остановимся на связке К176ИЕ13 и К176ИЕ18. Замечу, что в справочнике В. Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы» издания 1987 года об этих конкретных трёх микросхемах нет ни малейшего упоминания. Что-то полезное о них удалось обнаружить в публикации С. Алексеева «Применение микросхем серии К176» в журнале Радио, 1984, № 4, с.25-28, № 5, с.36-40, № 6, с.32-35. На эти данные и будем опираться.

Функции часов с будильником в этой схеме выполняет микросхема К176ИЕ13. Она содержит счётчики разрядов единиц и десятков минут, единиц и десятков часов, а также регистр установки времени срабатывания будильника со схемой сравнения текущего времени с установленным значением времени срабатывания будильника.

Сигналы тактирования на К176ИЕ13 подаются с выходов «2⁵» (1024Гц), «2¹⁴» (2Гц), Q4 (1/60Гц) микросхемы К176ИЕ18, содержащей в себе генератор, рассчитанный на работу с внешним кварцевым резонатором 32768Гц, и делители частоты.

Синхронизация работы всех трёх микросхем производится следующим образом. В момент подачи питания +9 В цепочка из конденсатора 1C7 и резистора 1R11 эмулирует нажатие кнопки S6 «КОРР». На вход К (вывод 7) микросхемы К176ИД3 и вход R0 (вывод 6) микросхемы К176ИЕ13 подаётся сигнал с высоким логическим уровнем. Это приводит к установке выходов дешифратора в высокоимпедансное состояние для отключения индикации и обнулению счётчиков минут в составе К176ИЕ13. Во время сброса счётчиков минут на выходе Q2 (вывод 4) К176ИЕ13 формируется сигнал высокого логического уровня для сброса счётчиков из состава К176ИЕ18.

Корректная работа динамической индикации обеспечивается синхронизацией по сигналу с частотой 1024Гц процесса переключения входов дешифратора между выходами счётчиков минут и часов с процессом формирования на выходах T1…T4 сигналов управления сетками индикатора. Эта синхронизация должна производиться таким образом, чтобы во время наличия сигнала высокого уровня на выходе T1 на индикаторе отображалось бы значение единиц минут, T2 — десятков минут, T3 — единиц часов, а на T4 — значение десятков часов. И ещё, переключение между счётчиками внутри микросхемы К176ИЕ13 должно производиться при низком логическом уровне на входе S (вывод 1) микросхемы дешифратора. Это связано с тем, что при высоком логическом уровне на входе S микросхема К176ИД3 работает в режиме повторителя, а при подаче на вход S сигнала с низким логическим уровнем входной код записывается в регистр памяти, и на выходах дешифратора во время переключения счётчиков будет отображаться записанное в этот регистр значение.

Отметим, что для счётчиков минут и часов микросхемы К176ИЕ13 «информационным» является вход T1 (вывод 5).

Играем кнопками

Теперь разберём процесс установки времени. Установка значения счётчика минут производится при нажатии кнопки S3 «МИН». Вход счётчика минут при этом подключается к входу V1 (вывод 9), состояние счётчика изменяется с частотой 2Гц. В момент перехода от числа 59 к числу 00 значение счётчика часов увеличится на единицу. При нажатии кнопки S4 «ЧАС» показания разрядов часов будут возрастать с той же скоростью.

При нажатии кнопки S6 «КОРР» происходит сброс в ноль показаний счётчиков минут. Если в момент сброса показания находились в интервале от 40 до 59, то показания разрядов часов увеличатся на единицу.

Время срабатывания будильника также устанавливается кнопками S3 и S4 при нажатой кнопке S5 «БУД». Во время перехода во время установки счётчика минут от числа 59 к числу 00 значение счётчика часов остаётся прежним, но в момент перехода счётчика часов от числа 23 к числу 00 значение счётчика минут будет сброшено в ноль.

Ниже приведены диаграммы сигналов на входе V2 (вывод 11) микросхемы К176ИЕ13 при нажатиях кнопок S3, S4, S5 и их комбинаций:

Подаём сигнал

При совпадении текущего времени со временем срабатывания будильника на выходе HS (вывод 7) микросхемы К176ИЕ13 в течение этой минуты будет формироваться сигнал с частотой 128Гц и скважностью 16. Эти импульсы поступают на вход формирователя звукового сигнала (вывод 9) микросхемы К176ИЕ18. В результате на выходе HS (вывод 7) этой микросхемы будет раз в секунду формироваться прерывистый звуковой сигнал с частотой 2048Гц длительностью 0.5 с. К выходу формирователя можно подключить без схем согласования излучатель с сопротивлением не менее 50 Ом.

Пациент скорее жив...

Блока питания в составе набора не было. Можно было бы сделать преобразователь DC-DC, но наиболее подходящим к часам с вакуумным люминесцентным индикатором мне всегда казался блок питания с трансформатором из «меди и стали». Тем более, в закромах нашлось что-то из серии ТП-112.

Трансформатор оказался рабочим. На вторичной обмотке я намерил что-то чуть более 30В. Самым простым решением было отмотать от этой обмотки пропорциональное 6В количество витков, сложить отмотанное пополам, намотать назад и получить таким образом накальную обмотку с отводом от середины.

Схема блока питания была выбрана гораздо проще, чем на прилагаемой к набору схеме, и легко читается по фотографии. На конденсаторе фильтра двухполупериодного выпрямителя удалось получить –35В. Для формирования напряжений +9В и –18В были использованы три включённых последовательно стабилитрона 1N4739A с мощностью рассеивания 1Вт.

Часы с таким блоком питания запустились, индикатор начал что-то показывать, но, как оказалось, показывать не то: генератор работал не на частоте 32768Гц, и причиной тому был неисправный резонатор. Аутентичного советского «кварца» в корпусе «лодочкой» в наличии не оказалось, зато нашлись более современные.

В итоге: часы работают, индикатор светится, точность хода устраивает.

От автора

Как я уже написал в начале, восстанавливал работу этих электронных часов я исключительно ради собственного удовольствия.

Резисторы заказал исключительно МЛТ-0.125 рыжего цвета с хранения. Нашёл диоды Д310 и Д223, чтобы «дизайн» не портить. Конденсаторы были применены типа К10-17 из-за внешнего сходства с советскими КМ-6. Но вот искать аутентичный советский «кварц», или ждать три месяца поставку подходящего готового трансформатора типа ТП-131-14 уже не стал.

Надо бы корпус к этим часам придумать, но когда ещё до него руки дойдут... А так, и без него часы работают, светятся мягким зелёным светом, и на душе от этого тепло и спокойно.

© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»