58

Elektronika dla Wszystkich

Do czego to służy?

Niektórym Czytelnikom przyda się prosty
układ elektroniczny pełniący rolę klepsydry.
Urządzenie odmierza czas i sygnalizuje jego
upływ za pomocą 11 diod LED. Na początku
cyklu pracy słychać sygnał dźwiękowy, a po-
tem zaświecają się kolejne diody LED, przy
czym ostatnia dioda świeci stale. Upływ cza-
su oznacza więc zbliżanie się do siebie
dwóch punktów świetlnych. Po upływie 90%
czasu rozlega się krótki sygnał dźwiękowy
i dwie ostatnie lampki pulsują ze zwiększoną
jasnością. Koniec cyklu wyznacza dłuższy
sygnał dźwiękowy.

Cechą charakterystyczną prezentowanego

rozwiązania jest możliwość odmierzania
dwóch odcinków czasu: 4 minut albo 5 mi-
nut, zależnie od biegunowości napięcia zasi-
lającego.

Układ przeznaczony jest do współpracy

z zestawem nagłośnienia Nadarzyn 23A, opi-
sanym przed laty
w siostrzanej Elektro-
nice Praktycznej.
Przedstawione roz-
wiązanie może też
być punktem wyjścia
do wielu własnych
opracowań, wykorzy-
stujących liczniki.

Jak to

działa?

Schemat ideowy kle-
psydry pokazany jest
na rysunku 1. Ponie-
waż wymagania na
dokładność odmie-
rzania czasu nie są
duże, źródłem sygna-
łu wzorcowego jest
generator RC z popu-

larnego licznika 4060 (U1). Sygnał na wyj-
ściu Q13 (nóżka 2) powinien mieć okres rów-
ny 6 sekund, czyli częstotliwość oscylatora na-
leży ustawić za pomocą PR1 na wartość
1365,3(3)Hz (2

13

czyli 8192 razy większą).

Sygnał o okresie 6 sekund, czyli częstotli-

wości 0,166(6)Hz podawany jest na wejście
dwukierunkowego licznika programowanego
U2. Jest to popularna kostka ‘192 w wersji
40192. Układ ten pracuje jako licznik w dół
i dzieli częstotliwość sygnału przez 4 albo 5.
Jest to klasyczny układ pracy w roli dzielnika
programowalnego. O stopniu podziału decy-
duje liczba dwójkowa, podana na wejścia
programujące P3...P0, które odpowiednio
mają wagi 8, 4, 2, 1. Na wejścia P1, P3 poda-
ny jest stan niski – logiczne zero, a na wejście
P2 o wadze 4 – logiczna jedynka.

Licznik liczy w dół. Na wyjściu TCD

(n. 13) utrzymuje się stan wysoki. Gdy stan
licznika zmniejszy się do zera, na wyjściu

TCD pojawi się stan niski. Ten stan niski po-
dany przez rezystor R4 na wejście wpisujące
PL (n. 11) wpisze do licznika liczbę z wejść
P3...P0. Pojawienie się na wyjściach tej licz-
by spowoduje, że wyjście TCD powróci do
stanu wysokiego. Na wyjściu TCD (n. 13)
kostki U2 powinny więc występować krót-
kie impulsy o czasie około 100ns lub nawet
mniej. Obecność rezystora R4 o znacznej
wartości spowoduje opóźnienie sygnału
wpisującego, przez co impulsy na wyjściu
TCD będą dłuższe, nawet do 1

µs.

Zależnie od stanu logicznego wejścia P0,

licznik U2 dzieli albo przez 4 (dwójkowo
0100), albo przez pięć (dwójkowo 0101). Je-
śli sygnał o okresie 6 sekund zostanie podzie-
lony przez 4, okres sygnału podawanego na
licznik U3 wyniesie 24 sekundy. Tym samym
pełny cykl licznika U3 będzie trwał 240

2

2

6

6

2

2

6

6

K

K

l

l

e

e

p

p

s

s

y

y

d

d

r

r

a

a

4

4

/

/

5

5

m

m

i

i

n

n

u

u

t

t

Rys. 1

+

+

+

59

Elektronika dla Wszystkich

sekund, czyli 4 minuty. Jeśli licznik U2
podzieli 6-sekundowy sygnał przez pięć,
na licznik U3 podane będą impulsy co 30
sekund, czyli cykl pracy klepsydry wyniesie
5 minut.

Właściwą klepsydrę tworzą diody LED

D1...D11. Jak widać dioda D11 będzie świecić
stale – jest włączona niejako w szereg z zespo-
łem diod D1...D10, z których świecić będzie
tylko jedna, zależnie od stanu licznika U3.

Po włączeniu zasilania licznik jest zero-

wany i świecą lampki D1, D11, po pojawie-
niu się na wejściu licznika U3 (n. 14) impul-
su, a konkretnie rosnącego zbocza, zaświeci
się następna lampka D2, a D1 zgaśnie. Diody
D1...D9 będą świecić z jasnością wyznaczo-
ną przez rezystory R9, R10. Po dziewiątym
impulsie będą świecić diody D10, D11. Będą
one pulsować dzięki obecności tranzystora
T1, sterowanego sygnałem o częstotliwości
2,66Hz z wyjścia Q9 kostki U1. W czasie
świecenia ich jasność będzie większa, wy-
znaczona tylko przez R10 i rezystancję wyj-
ściową wyjścia Q9.

Obwody z tranzystorami T2, T3 sterują

pracą brzęczyka. Odezwie się on na początku,
gdy po podaniu napięcia zasilania i wyzero-
waniu kostki U3, na wyjściu Q0 pojawi się
stan wysoki. Czas trwania tego sygnału wy-
znaczy głównie kondensator C4. Po upływie
90% czasu cyklu stan wysoki pojawi się na
wyjściu Q9 i wtedy na krótko odezwie się
brzęczyk dzięki obecności C5, R11. W czasie

pulsowania lampek D10, D11 na wyjściu Q9
pojawi się przebieg prostokątny o częstotliwo-
ści 2,66Hz o niewielkiej amplitudzie, zależnej
od rezystancji wyjściowej wyjścia Q9. Pod-
czas pulsowania, gdy T1 będzie zatkany, na
Q9 wystąpi pełne napięcie zasilające. Gdy T1
się otworzy, popłynie prąd i napięcie na wyj-
ściu Q9 nieco się obniży. Aby ten niewielki
sygnał zakłócający nie uruchomił brzęczyka,
wartość R11 powinna być większa niż R12.

Elementy C1, R5, R13, T4 tworzą obwód

zerowania. Po włączeniu zasilania zeruje on
liczniki U1 oraz U3. Licznika U2 nie zeruje,
tylko wpisuje doń liczbę z wejść P3...P0. Ze-
rowanie licznika U2, a nie wpisywanie war-
tości spowodowałoby, że pierwszy jego cykl
zliczania byłby dłuższy od pozostałych.

Ponieważ czas cyklu ma zależeć od bie-

gunowości napięcia zasilania, z jednej strony
potrzebny jest mostek prostowniczy
(D12...D15), z drugiej informacja o bieguno-
wości. Informacja ta to po prostu stan logicz-
ny na wejściu P0 kostki U2. Jeśli na punkt
B podany zostanie plus zasilania, a na punkt
A – minus, na wejściu P0 wystąpi wysoki
stan logiczny, czyli licznik U2 będzie dzielił
przez 5. Ponieważ napięcie w punkcie B za-
wsze będzie wykraczać poza napięcie zasila-
nia układu, potrzebny jest rezystor ochronny
R3, by przez obwody ochronne wejścia P0
nie płynął znaczny prąd zasilania (teoretycz-
nie wobec obecności diod na wejściu P0,
można byłoby usunąć diody D14, D15).

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce pokazanej
na rysunku 2. Montaż jest klasyczny i nie
powinien sprawić trudności. Elementy warto
montować zaczynając od najmniejszych.

Całość można umieścić w popularnej

obudowie KM20. Ponieważ obudowa jest
płaska, warto kondensatory C4, C6 zmonto-
wać płasko. Dlatego też w modelu na wszel-

ki wypadek nie zastosowano podstawek pod
układy scalone.

Układ prawidłowo zmontowany ze

sprawnych elementów powinien od razu po-
prawnie pracować. Jeśli działanie jest zgod-
ne z wcześniejszym opisem, należy poten-
cjometrem PR1 ustawić właściwą częstotli-
wość. Nie jest do tego konieczny częstościo-
mierz – wystarczy obserwować z zegarkiem
w ręku, ile czasu świeci każda z diod (24 lub
30 sekund).

Gdyby okazało się, że rezystancja wyjść

kostki U3 jest wyjątkowo duża i podczas mi-
gania diod D10, D11 brzęczyk lekko popisku-
je, zamiast szukać lepszej kostki innego pro-
ducenta wystarczy zmniejszyć wartość R12.

Warunkiem poprawnej pracy obwodu ze-

rowania jest szybkie narastanie napięcia zasi-
lającego klepsydrę. Gdy to napięcie będzie
narastać powoli, mała pojemność C1 nie za-
gwarantuje poprawnego startu cyklu pracy.
Można wtedy zwiększyć pojemność C1 do
470nF lub nawet do 1µF, ale nie więcej. Teo-
retycznie można w roli C1 zastosować „elek-
trolita” o pojemności np. 10µF, ale wtedy, gdy
napięcia progowe liczników U1, U3 będą
zdecydowanie różne, mogą się ujawnić inne
zaskakujące zjawiska. Dlatego należy po pro-
stu zapewnić szybkie narastanie napięcia za-
silania, na przykład w układzie z rysunku 3.

Przy współpracy z zestawem nagłośnienia

Nadarzyn 23A należy w zestawie wymienić
przełącznik dwupozycyjny na trzypozycyjny.
Gdyby głośność okazała się za duża, należy
po prostu zakleić przetwornik kawałkiem ta-
śmy samoprzylepnej.

Piotr Górecki

Wykaz elementów

R1,R3-R5,R7,R13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47kΩ
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,3kΩ (2,2k...5,6k)
R8 R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩ
R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470 - 1kΩ
R10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220Ω
R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470kΩ
PR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6,8nF
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1µF
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220nF
C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16V
D1-D11 . . . . . . . . . . . . . . . . .LED czerwone 3mm
D12-D15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BAT43
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC558
T2,T3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC547
T4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4060
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40192
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4017
Y1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .piezo z gen. 12V

PPłłyyttkkaa ddrruukkoowwaannaa jjeesstt ddoossttęęppnnaa

ww ssiieeccii hhaannddlloowweejj AAVVTT

jjaakkoo kkiitt sszzkkoollnnyy AAVVTT-22662266..

Rys. 3 Sposób sterowania

Rys. 2 Schemat montażowy