פברואר
11
תגיות
שיפורים בשעון הזמן – ט'.
בפרק הקודם הראנו כי ניתן להפעיל את השעון על ידי הזנת סליל העירור ממחולל פולסים חיצוני, ללא קשר למתג הפנימי הבעייתי שלו. דיוק השעון יהיה אז תלוי בדיוק תדירות המקור החיצוני בלבד, ובגבולות רחבים ללא תלות במצבו המכני של השעון ובתנאים חיצוניים כגון מתח האספקה או הטמפרטורה. כמו כן הראינו אז כי לשעוני Jagear אלקטרו-מכניים התדר הדרוש הוא 5Hz. שעונים אלו היו נפוצים עד שנות השבעים במכוניות יוקרה בריטיות: יגואר, MG, רובר וכו'.
כידוע מחולל תדר יציב הוא מחולל מפוקד גביש, ולכן המטרה שהצבתי בפני היתה מציאת\פיתוח מחולל פולסים מפוקד גביש ל5Hz, שיהיה קטן, זול וקל לבניה.
התנאי הראשון לכך הוא שימוש בגביש קוורץ "מהמדף". התדר הנמוך ביותר בו אפשר להשיג גבישים כאלה הוא כמה עשרות אלפי הרץ. אי לכך, יש צורך להוסיף למתנד הגביש גם מחלק תדר. מחלקי התדר הנפוצים והזולים הם מחלקי תדר בינריים, כלומר אלו המחלקים בחזקה כלשהי של 2. לדוגמה, 2 בחזקת 15 הוא 32,768. לא פלא איפוא כי חיפוש קל בגוגל ילמד אתכם כי זה התדר המועדף על שעוני הקוורץ הנפוצים. http://en.wikipedia.org/wiki/Quartz_clock , ובאמת, ממש בפרוטות ניתן לרכוש גם גביש בתדר כזה וגם מחלק תדר מתאים. אבל כדי לקבל 5 הרץ תוך כדי שימוש במחלק תדר כזה נזדקק לגביש בתדר 163,840 Hz – ואלה מיוצרים רק בהזמנה מיוחדת ואינם מוצרי מדף. מחלק תדר לא בינרי – כלומר המחלק במשהו שונה מחזקה של שתיים הוא יותר יקר ומסובך.
הפתרון הראשון שעלה לכן בדעתי היה לבנות "מחמש תדר" לגביש-מדף בתדר 32,768, ואת תפוקתו לחלק במחלק הסטנדרטי של 32,768. כך אקבל את חמשת ההרץ הדרושים. מחמש תדר הוא מעגל סטנדרטי למדי המתבסס על העובדה כי מעגל תהודה יתנדנד בתדר התהודה שלו גם אם יוזן בפולסים בתדר שהוא 1/2, 1/3, 1/4 או 1/5 מתדרו העצמי – ואף במכפלות גדולות יותר. אפילו הזמנתי ב eBay את הסליל והקבל הדרושים. אבל אז עלה בדעתי כי גם השעון שלנו הוא מעגל תהודה! כל האפשרות לפקד עליו על ידי מתנד חיצוני מבוססת על כך. אם כן – מה קורה אם מורידים את תדר המעורר החיצוני בכפולות אלו?
הזדרזתי אם כן להקטין את תדר העירור והטבלה הבאה מציגה את התוצאות. רוחב הפולס בכל הבדיקות היה כ 30 מילישניות.
-
מרווח פולסים ms
תדר עירור Hz
שעון “הולך" או לא.
200
5
כן
400
5/2
כן
600
5/3
כן
800
5/4
כן
1000
5/5
כן
פירוש הדבר, כי עד כדי רוחב פולס ומתח – המעגל הסטנדרטי של שעון קוורץ (שמחירו זניח) מתאים להפעלה מדוייקת בתכלית של שעון Jagear קשיש.
פירקתי את שעון הקוורץ הראשון שנקרה לידי ומדדתי את תפוקתו: פולסים בגובה 1.5 וולט, ברוחב 16 מילישניות ובתדר 1/2 הרץ (מרווח פולסים 2000 ms). מה ניתן לעשות עם פולסים אלו? כמובן, ניתן לסנכרן בהם את מעגל ההפעלה בו השתמשתי עד כה (מולטי ויברטור free-runing) שהתדר בו נקבע על ידי נגד\קבל וסובל, עקרונית, מזליגות ואי יציבות. הסנכרון יגרום לנעילת השעון על תדר 5 Hz מדוייק בתכלית.
מעגל הסינכרון מכיל טרנסיסטור, נגד וקבל: מחיר כל החלקים, כולל הכל, קטן מ-50 ש"ח. הרי המעגל:
Locking the pulse generator to a quarz clock board
וזו צורת חיבור הסינכרון למעגל ההפעלה:
The actual connection
קבל הסינכרון בן ה 0.01 מיקרופרד נראה למטה מימין – היציאה לשעון היא במרכז משמאל.
הרי צורות גל כשהשעון מופעל בתדר 2.5 הרץ:
Synchronized
תפוקת שעון הקוורץ היא העיקבה העליונה (כניסה 2) והרווח בין פולס לפולס הוא בדיוק 2 שניות (1/2 הרץ). פולס העירור לשעון הוא העיקבה התחתונה (כניסה 1), הרווח בין הפולסים הוא 400 ms, כלומר 5/2 הרץ (וקל לראות שעל כל פולס סינכרון ישנם בדיוק 5 פולסי שעון).
עם מעגל עירור זה צפוי אי הדיוק של השעון העתיק להיות דקות אחדות לשנה, לכל היותר.
מרתק!
אך לא הבנתי משהו. אם תדר מנגנון הקוורץ מסנכרן את מעגל ה5HZ, שנשאר 5HZ, מה משמעות הבדיקה שעשית מול השעון עם הורדת תדר המעורר החיצוני?
לא בטוח שהבנתי את השאלה. מה שתואר ברשימה הוא תדר עירור של 2.5 הרץ, ותדר סינכרון של 0.5 הרץ. זה עובד נפלא.
מטרת הרשימה היתה להראות כי היות השעון עצמו שווה ערך למעגל תהודה גורם לכך שאין צורך במסנן הרמוניות אלקטרוני בכפולה כלשהי, למשל "מחמש". השעון עצמו מתפקד כך.