CEAS

Ceasul, realizat în concepție proprie, funcționează în regim permanent de peste un an de zile fără nicio problemă. Datorită relativei simplități și numeroaselor solicitări de detalii tehnice din partea unor constructori electroniști, m-am gândit să-l fac cunoscut tuturor amatorilor.

În principiu, aparatul realizează adaptarea celulelor de afișare cu LED-uri (având anodul comun) la partea electronică (cip-ul) unui ceas electronic „de mână”, înlocuind astfel afișajul cu cristale lichide (CL) original și eliminând totodată și dezavantajele acestuia: mărimea redusă a caracterelor, imposibilitatea utilizării la întuneric etc. Obținem astfel un ceas de masă foarte util, cu consum de energie electrică mult redus față de varianta realizării acestuia cu CDB-uri și nepretențios la variațiile de tensiune sau paraziți. Alt avantaj constă în faptul că la construcția sa am folosit piese obișnuite de uz larg, realizate în tehnologie clasică, în locul bufferelor MOS care păreau necesare. Respectând principiul, adaptarea poate fi făcută absolut oricărui tip de ceas electronic „de mână” disponibil. Exemplul concret pe care îl prezint este pentru tipul cel mai simplu și mai răspândit, caracterizat de lucrul în mod AM-PM (ora 13 este afișată 1); recunoașterea se face numărând ieșirile cip-ului care prin bareta elastică de contact ajung la afișajul CL; acestea trebuie să fie în număr de 13. Pentru un alt tip de ceas, și deci un alt număr de ieșiri, cu ajutorul unei lupe de mărit se va „scoate” schema afișajului original cu CL, aplicând în continuare prezentul principiu.

Afișajul cu CL originar era comandat multiplexat cu o formă de undă în trei niveluri de tensiune și frecvența de 64 Hz având forma din figura 1a (sus) pentru cele două substraturi (viitorii anozi ai afișajelor cu LED-uri) ale fiecărui caracter și cea din figura 1b (sus) pentru liniile care deservesc câte două segmente corespunzătoare celor două substraturi. Activarea oricărui segment al afișajului cu CL se face prin aplicarea în antifază — defazaj în patru trepte — a tensiunilor de comandă (nivelurile de (+) 1,5 V și (-) 1,5 V) pe substratul și linia ce-l definesc, iar neactivarea prin aplicarea acestora în fază; de menționat că nivelul de (-) 1,5 V este obținut de cip printr-un convertor intern.

Această comandă în tensiune a afișajului CL trebuie transpusă într-o comandă în curent necesară afișajului cu LED-uri; pentru aceasta am preluat partea pozitivă a substraturilor și cea negativă a liniilor, le-am amplificat în curent (și tensiune) prin intermediul unor etaje simple cu mare impedanță de intrare (buffere), ale căror ieșiri activează afișajele cu LED-uri, având toate caracterele și segmentele dispuse analog afișajului cu CL. În acest fel pe anozii afișajelor cu LED-uri vom avea alimentare cu tensiune pozitivă doar pentru vârful pozitiv al substraturilor, iar catozii segmentelor afișajului cu LED-uri vor fi puși la masă doar pentru vârful negativ al liniilor, astfel încât aprinderea unui anumit LED va avea loc numai la existența unei tensiuni de activare pe segmentul corespunzător al afișajului cu CL.

Schema electrică este prezentată în figura 2. De remarcat că masa ceasului de mână era inițial la plusul bateriei extraplate; în noul montaj masa generală va fi la borna minus (nivelul 0 din figura 1 sus), însă comenzile „DATA”, „MOD” etc. vor rămâne spre borna (+) 1,5 V; această tensiune poate fi luată în continuare de la bateria extraplatǎ inițială, dar cea mai bună soluție constă în înlocuirea acesteia cu o baterie R6 obișnuită care, datorită curentului extrem de mic cerut de cip (cca 2 μA), va rezista până la uzura fizică normală. Pe partea de schimbare automată a alimentării (rețea-baterie) este necesară doar în cazul păstrării bateriei extraplate. Se observă că în cazul întreruperii tensiunii de rețea (voit sau nu), cip-ul va funcționa în continuare datorită comutării automate a alimentării sale pe bateria de 1,5 V (sau existenței permanente a acesteia), însă atât bufferele, cât și implicit afișajele cu LED-uri nu vor mai avea tensiune de alimentare; această stare este recomandată în cazul neutilizării mai îndelungate a aparatului, pentru protecția și reducerea uzurii afișajelor cu LED-uri.

Bufferele celor două substraturi sunt realizate cu obișnuitul montaj Darlington folosind două tranzistoare complementare. Bufferele celor 11 linii (L1 ÷ L11) au fiecare în componența lor câte un simplu comparator (1/4 din βM339) a cărui ieșire este în „1” logic în absența unui semnal la intrare sau valoarea pozitivă a acestuia (diodele blocate) și „0” logic atunci când tensiunea de intrare (L1 ÷ L11) devine mai negativă decât (-) 1,3 V (diodele deschise). Tensiunea pe intrările comparatoarelor nu va putea scădea cu mai mult de 0,2 V sub potențialul masei (datorită diodelor), integritatea acestora fiind astfel nepericlitată. Relația dintre formele de undă de la intrarea (L1′ ÷ L11′) și ieșirea bufferelor sunt prezentate în figura 1a pentru substraturi și în figura 1b pentru linii. Datorită alimentării cu tensiune variabilă a bufferelor, luminozitatea afișării poate fi reglată după dorință și mediu.

O problemă delicată o constituie efectuarea modificării afișajelor conform figurii 3. Acest lucru este necesar pentru a obține din afișajul cu anod comun un afișaj cu doi anozi comuni, corespunzător celor două substraturi. Pentru aceasta se va desface capsula afișajului cu LED-uri prin tăierea celor două nuturi de plastic, urmând ca asamblarea ulterioară modificării să se facă prin lipire cu lac.

În figura 3 sunt reprezentate cele patru afișaje privite din față în poziția normală de funcționare a ceasului, cu modificările necesare; se observă că afișajul I nu are nevoie de nicio modificare, având un singur anod comun conectat la S1. În timpul efectuării modificărilor, care constau în întreruperea circuitelor imprimate interioare și efectuarea ștrapurilor conform figurii, trebuie acordată o mare atenție evitării atingerii LED-urilor de pe circuitul imprimat, lucru ce ar duce la distrugerea acestora. Lipiturile fine pe circuit se pot face ușor dacă pe ansa pistolului de lipit se bobinează două spire din sârmă Cu ø 0,6 (terminalul unei rezistențe de 0,5 W), iar unul din capete, care constituie și capul de lucru, va fi tăiat la cca 5 mm de vârful ansei. Ștrapurile vor fi executate din sârmă CuEm ø 0,06–0,1 mm și este bine să fie izolate suplimentar de circuitul imprimat cu scotch. Tot în figura 3, fiecare pin al fiecărui afișaj are indicată linia sau substratul la care se conectează conform figurii 2. Se remarcă faptul că afișajele I și II au poziția normală de funcționare cu „punctul în jos”, iar afișajele III și IV sunt cu „punctul în sus”; de asemenea, se vede că punctul afișajului II cu cel al afișajului III constituie cele două puncte care despart orele de minute, clipind în ritmul secundelor. Din figura 5 reiese ordinea în care se află dispuse ieșirile de pe cip ale liniilor și substraturilor, conectarea acestor ieșiri cu intrările bufferelor se va face cu sârmă CuEm ø 0,1–0,3, folosind aceeași tehnică de lipire pe cip ca și la modificarea afișajelor. În figura 2a, segmentele afișajului cu LED-uri sunt hașurate diferențiat după o direcție specifică substratului propriu fiecărui segment.

Ca mențiune finală subliniez că, datorită multiplexării, consumul total este foarte redus, ceea ce permite înlocuirea alimentării de la rețea cu cea de la baterii (4 x R20), păstrând totuși variatorul de tensiune (luminozitate). Astfel, la Ua = 2 V avem Ia = 9 mA, iar luminozitatea afișării este convenabilă pentru timp de noapte; la Ua = 5 V avem Ia = 70 mA, iar strălucirea este foarte puternică, afișarea fiind vizibilă chiar contra soarelui.

Cei care doresc pot atașa un dispozitiv electronic de reglare automată a luminozității cu fototranzistor; tot pentru aceștia am prezentat în figura 6 schema afișajului (văzut de sus, în poziția normală de funcționare) al unui ceas mai complex, prevăzut cu alarmă programabilă, șapte melodii, atenționare sonoră din oră în oră, cronometru multiplu etc., plecând de la care cei ce au înțeles funcționarea pot face ușor adaptările necesare; acestea constau doar în modificarea diferită a afișajelor, a numărului acestora precum și a numărului de comparatoare. Astfel, dacă în primul caz pentru cele 11 linii avem nevoie de 3 circuite integrate βM339 (3 x 4 = 12 comparatoare, unul rămânând nefolosit), pentru noua variantă sunt necesare 7 CI-βM339 (7 x 4 = 28 comparatoare, două nefiind folosite).