עוד על שעון הזמן ברובר P2.

את שיפוץ שעון הזמן ברובר והוספת מגע אלקטרוני לו כבר תיארתי בעבר.

השעון אמנם פעל, בהתמדה, אבל פיגר, פיגר קשות – כמעט שעה ביממה. וכפתור ויסות הקצב שלו לא ממש עזר.

kivnoon

An hour delay per 24 hours – the pace adjustment made little difference

לאיזה כוון שלא סובבתי אותו – התמיד השעון בשלו: פיגור אנוש.

המדידות העלובות היחידות שיכולתי לערוך היו הקלטת תקתוק השעון ונסיון ללמוד משהו ממנה:

clicks

At that time the only test equipment I had was a microphon

היו לי השערות אחדות בדבר הגורם לפיגור, ותחושה עזה אחת: לשם ניתוח המצב אני זקוק לאוסילוסקופ. בעזרתו אוכל למדוד את צורות הגל וגם לשלוט בהן ולהביא את השעון לקצב מדויק. וגם אם לא לדיוק של שעון קוורץ – אז לפחות למשהו מתקבל על הדעת.

בימים עברו היה אוסילוסקופ מכשיר יקר להחריד. אני זוכר את עצמי נושא על כתפי אוסילוסקופ חדש מן המחסן למעבדה ומהרהר בכך שהמכשיר הזה עולה יותר מן הדירה שלי בבאר-שבע. שלא לדבר על כך שהרכישה היתה כרוכה בהצהרת end-use וקבלת היתר ממשרד ההגנה האמריקאי…

והנה השתנו הזמנים, וכיום ניתן לרכוש מתאם קטן ההופך את המחשב הביתי לאוסילוקופ, ולא לסתם אוסילוסקופ – אלא לאוסילוסקופ ספרתי משוכלל, המסוגל לא רק להציג את צורות הגל, אלא גם לנתח אותן ולהפיק מהן פרמטרים חשובים. ישנם דגמים אחדים המוצעים למכירה בשוק, בעלי תכונות מתכונות שונות. אני בחרתי במתאם סיני קטן שמחירו בערך 150$ (כולל משלוח): PC-Based USB Virtual Oscilloscope 40MHz 2Channels 100MSa/s DSO-2090 . הרכישה בוצעה ב ebay.

scop

A relatively low cost USB adapter turns a computer into oscilloscope – an advanced test equipment

לצרכי ניתוח שעונים חשמליים, מערכות הצתה של מנועי בנזין, משאבות דלק חשמליות ועוד מגוון שימושים – המכשיר הזה יותר ממספיק.

האספקה היתה צפויה להתבצע ב 4 לספטמבר, אבל הקדימה, וכבר אתמול (ה-23 באוגוסט) היה המכשיר בביתי.

עם המכשיר מגיע CD קטן ובו דרייברים ותוכנת השליטה. על הקופסה היה כתוב windows 7 compatible.

בדרך כלל איני משתמש ב"חלונות" – אני איש לינוקס מושבע. אף על פי כן מצוי בידי מחשב נייד עליו מותקנת גם מערכת ההפעלה חלונות XP, שנשארה שם מימים רחוקים.

החלטתי לנסות אותו ראשונה. תכנת ההתקנה התקדמה כסדרה, אבל בשלב כלשהו נעצרה והודיעה כי אינה מוצאת את הקובץ DSO2090X861.sys . עיינתי בתיקיה המתאימה שעל CD ההתקנה ומצאתי בו את הקובץ DSO20901.sys. כמעט אותו שם, נכון? נראה היה לי שזה הקובץ הדרוש, אך עבור חלונות XP קראו לו מי שקראו בשם שונה במקצת משמו בחלונות 7 (כדי שיהיה עוד מה למכור, לא?). העתקתי אותו בזריזות לספריית הבית, שם יכולתי לשנות את שמו לשם המבוקש. עכשיו הפנתי את תוכנת ההתקנה אל מקומו החדש בשמו החדש – ו… יש! עכשיו חזר הסיפור על עצמו עם קובץ נוסף DSO20902.sys (שמו בCD ההתקנה) וגם שמו שונה ל-DSO2090X862.sys. הפניית תוכנת ההתקנה אליו גרמה לה שתסתיים בהצלחה. חיברתי את המכשיר החדש לנייד ופתחתי את תוכנת השליטה – ויש. יש לי אוסילוסקופ.

מיהרתי לרדת איתו למרתף, שם אני עובד על חלקי הרובר. הפעלתי את השעון, וחיברתי את האוסילוסקופ במקביל לסליל האלקטרומגנט שלו (בין הנקודות A ו B).

circuit

The first circuit to br analyzed had been a clock driver

והרי צורת המתח שנצפתה ב A :

cliks1

wave forms of the above circuit – not symetrical

אחרי רגעים אחדים של שמחה חשתי שצפוף לי על שולחן העבודה. גם חששתי שבצפיפות הזו עלול הנייד להיפגע מקירבת המלחם ויתר כלי העבודה האגרסיביים (וידי הרשלניות). ומכיון שעל השולחן ניצב ממילא מסך מחשב משוכלל (ורב תלאות) החלטתי להשתמש בו. במחשב אליו מחובר המסך יש מערכת הפעלה אחת ויחידה: לינוקס (אופן-סוזה 12.3 ששים וארבעה ביט), אבל מעליה יכולות לרוץ מערכות הפעלה נוספות, כמכונות וירטואליות. אחת מהן היא חלונות 7, גרסת ביטא החינמית. העלאתי איפוא את המכונה הוירטואלית, והתקנתי עליה את תוכנת הסקופ, (שהפעם שהותקנה בקלילות). חיברתי את המכשיר החדש לשקעי ה-USB של המחשב (דרושים שניים), ויש! שולחן העבודה במרתף מכיל מעכשיו אוסילסקופ ושטח עבודה נוח ואפשר להתחיל לשכלל את השעון.

lab1

My little lab. the oscilloscope runs in a virtual machine

בתמונה נראים מסך האוסילוסקופ, השעון, מעגל ההפעלה הזעיר שלו, והפרוב (גשש) של האוסילוסקופ המחובר אליו ודוגם את האותות על סליל האלקטרומגנט.

האותות שהתקבלו התחילו לפרוש את מצב השעון ומצב מעגל ההפעלה שלו:

clock1

Waveforms in the virtual machine 

דברים אחדים מתבררים כבר מראיה ראשונה (שימו לב שמתח גבוה פירושו חיבור ומתח נמוך פירושו ניתוק):

1. המרווח בין הפולסים אינו קבוע אלא משתנה לסרוגין: קצר

zemed1

Faster time base reveals bouncing of the contact breaker

בו המרחק (בזמן) הוא כ 160 מילישניות , וארוך

zemed2

The short interval is 160 ms and the long is 240 average = 200 ms

בו המרחק הוא כ 240 מילישניות.

אגב, תופעה זו ניכרה כבר בהקלטת התיקתוק שלמעלה.

2. החיבור אינו יציב ומלווה בניתוקי משנה רבים ולא הדירים. התופעה נקראת באנגלית bouncing ומקורה בכך שלשונית המגע (הפלטינה) של השעון רוטטת בתדר גבוה, יוצרת מגע ומנתקת, כמו קולן של מנצחי מקהלות.

bounce1

bouncing and voltage drop

3. מפל המתח על המגע (הטרנסיסטור במקרה זה) אינו יציב, והוא הולך וגדל עם עלית הזרם בסליל (בנושא זה תוכלו לקרוא יותר כאן), כך שהמתח על הסליל משתנה בהדרגה מ 12V בהתחלה ל10V בסיום.

מכיוון שההתנגדות הפנימית של הסליל היא 280 אוהם, הרי הזרם בסיום הוא 42 מיליאמפר. סיבה זו בלבד יכולה לגרום פיגור בשעון. הסיבה לכך יכולה להיות מובנת בקלות על ידי עיון בגרף הבא, המביא את מתח הרוויה קולקטור-אמיטר בטרנזיסטור הנ"ל:

colector

insufficient base current is responsible for the voltage drop

במקרה שלנו, יחס הזרמים קולקטור\בסיס הוא 1:50 (העקומה השמאלית ביותר) ובזרם של 50 מיליאמפר מתח הרוויה מזנק אל מחוץ לגרף.

שתי מסקנות מיידיות ניתן להסיק מהמדידות:

1. הטרנסיסטור שנבחר אינו מתאים.

2. רק חלק קטן מאד מהזמן קיים מגע (duty cycle < 20%). באמצעים (אלקטרוניים) פשוטים יחסית ניתן לשלוט על זמן זה ובכך לשנות את תדר הפעולה של השעון ולשפר מאד את דיוקו.

עד כאן היכרות עם מכשיר המדידה ומסקנות מתוצאות מדידה ראשונות. בחלקים הבאים נבדוק דרכי שיפור.

NEXT