Презентація. Електронний секундомір з дистанційним вмиканням і вимиканням для лабораторних робітх

Електронний секундомір з дистанційним вмиканням і вимиканням для лабораторних робіт з фізики

   Секундоміри є в багатьох електронних цифрових годинниках, однак запуск і вимикання секундоміра необхідно робити натисканням однієї, або двох кнопок. Пропонується електронний секундомір, який можливо запускати натисканням кнопки, або дистанційно вмикати і вимикати, що зручно при проведенні різних дослідів з фізики в школах, ліцеях; описаних в розділі «Саморобні прилади з фізики» (1).    Основне призначення електронного секундоміра це автоматичне визначення часу в лабораторних роботах; «Визначення прискорення тіла в ході рівноприскореного прямолінійного руху» – при скочуванні кульки по жолобу, та при вільному падінні кульки.  

Секундомір забезпечує точність відліку 0,01 сек., що цілком достатньо для проведення дослідів з фізики. Секундомір відраховує час до 99,99 сек., Що цілком достатньо для дослідів з фізики. «Попутно» отримано також генератор сітки частот і калібратор на 1 кГц і 100 Гц. Генератор сітки частот також можна використовувати для різних дослідів з фізики.  Електронний секундомір легко повторюється початківцями радіоаматорами, так як він не містить дефіцитних радіоелементів. Принципова електрична схема пристрою розділене на два вузла. У першому вузлі, наведеному на рис. 1 виконано високостабільний генератор на 100 Гц. Пристрій виконаний на мікросхемах типу КМОП структури. На мікросхемі DD1, типу К561ЛЕ5 (чотири логічних елемента 2ИЛИ-НЕ) зібраний задавальний генератор із застосуванням кварцового резонатора. Використано кварцовий резонатор на 128 кГц. З кварцовим резонатором на 128 кГц, після подільника частоти отримаємо сітку частот; яку зручно також використовувати для випробування радіоаматорами підсилювачів низької частоти прямокутним сигналом, або ж як калібратор на частотах 1 кГц, або 100 Гц. В принципі, для отримання частоти 100 Гц можливо застосувати кварцові резонатори і на інші частоти - 4 кГц, 8 кГц, 16 кГц, 32 кГц, 64 кГц, 100 кГц, 200 кГц, 500 кГц, 1 МГц, якщо змінити коефіцієнт ділення і схему задавального генератора. В якості подільника частоти використовується дві мікросхеми: на мікросхемі DD2- К561ИЕ16 (чотирнадцатирозрядний двійковий лічильник-дільник), отримано сітку частот, з якої використовується частота 1 кГц для поділу на 10 другою мікросхемою DD3 – (К176ИЕ4)  і   отримано    потрібну    частоту. 

100 Гц. Ланцюжок С3, R5 забезпечує оновлення лічильників, тобто встановлення в початковий стан, автоматично; при включенні живлення. Для використання даної схеми як генератора сітки частот, калібратора на 1 кГц, 100 Гц – вихід мікросхеми одиночним проводом подається на вхід емітерного повторювача на транзисторі VT1, до виходу якого можливо підключати низькоомне  навантаження. Наприклад, щоб отримати на виході частоту 1000 Гц необхідно з'єднати проводом з наконечниками Гн. 5 і Гн 13 і на виході емітерного повторювача Гн. 14, Гн. 15, по відношенню до загального провідника (Гн. 16) буде потрібна частота. Сітка частот Побразного сигналу: 64 кГц, 8 кГц, 4 кГц, 2 кГц, 1 кГц, 500 Гц, 125 Гц, 100 Гц, 62,5 Гц, 31,25 Гц, 15,625 Гц.

   Принципова електрична схема другого вузла наведена на рис. 2. Сигнал, частотою 100 Гц знятий з мікросхеми DD3  першого   вузла    через    схему . «2 И-НЕТ» на мікросхемі DD1 типу КК76ЛА7 надходить на лічильник імпульсів на мікросхемах DD2, DD3, DD4, DD5 типу К176ИЕ4 при надходженні на другий вхід мікросхеми DD1 високого «дозволяючого» рівня.  Щоб виключити вплив різних наведень на мікросхему DD1 в схемі застосовано фоторезисторний оптрон, типу АОР124А. У схему введена ланцюжок автоматичного обнулення (С1, R2) лічильників при подачі живлення на схему за допомогою перемикача SA2. Кома після цифри одиниць секунд світиться постійно, після подачі живлення на схему. При натисканні та утриманні кнопки SB1 йде відлік часу. 

     Ланцюг дистанційного включення секундоміра підключається до гнізд Гн.1 і Гн.4. На гнізда Гн.2 і Гн.3 виведено напруга ± 9 В від батареї пристрою, що може знадобиться для живлення додаткових пристроїв. В якості індикаторів застосовано світлодіодні семисегментні індикатори типу АЛ304А. Індикатори на лицьовій панелі встановлюються в такому порядку: HG4, HG3, HG2, HG1, тобто десятки секунд, одиниці секунд, десяті секунди, соті секунди. На індикаторі HG3 висвічується кома. Пристрій можливо живити від будь-якого джерела, напругою ± 9 В. В авторському варіанті обидва вузла отримують живлення від загальної батареї з шести елементів типу АА. Як гнізда для сітки частот застосовано гніздовий роз'єм (16 гнізд) від реле РП4 (РП5, РП7). Електронний секундомір, генератор сітки частот споживає струм 66 мА. Електронний секундомір не вимагає ніякого налагодження. Габаритні розміри пристрою 265 × 160 × 50 мм. Секундомір поміщений в дерев'яному корпусі, з багатошарової фанери; для лицьової панелі і задньої стінки застосовано пластмасу. Загальний вигляд електронного секундоміра показаний на фото 1. Початківцям радіоаматорам нагадування - при монтажі мікросхем КМОП структури необхідно користуватися низьковольтним електропаяльником, включеним в електромережу через понижуючий трансформатор і з заземленням жала електропаяльника. На руці монтажника повинен бути «браслет», який також необхідно заземлити.  

    Один з варіантів використання електронного секундоміра- вимірювач часу реакції. Вимірювач часу реакції також показаний на фото 1. Схема вимірювача часу реакції приведена на рис. 3. Для вимірювання часу реакції повинні брати участь двоє: ведучий і випробовуваний. У якийсь момент часу ведучий включає перемикач SA1 і при цьому засвітиться світлодіод HL1 на пульті випробовуємого - при цьому також запускається секундомір, а випробовуваний повинен натиснути кнопку SB1 і утримувати її в натиснутому стані; при натисканні кнопки SB1 розмикається ланцюг відліку часу і він зупиняє рахунок. Так при численних «дослідах» кращий результат 0,11 сек, серед учнів. Живлення світлодіода HL1 надходить від батареї електронного секундоміра. Як показав експеримент, час перемикання кнопки значно менше, ніж перемикача, тому і застосовано кнопковий перемикач на пульті випробовуваного. 

                                Фото 1 

Література:

1.           Дмитро Бабин, Святослав Бабин, Електронний секундомір «Саморобні       прилади з фізики», Інтернет, https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/  

2.           Якубовский С. В. и др. Цифровые и аналоговые микросхемы. Справочник-       М., изд. «Радио и связь» 1989 г.

Автор: Бабин Дмитро Святославович