שיפורים בשעון הזמן – ד'.

בפרק הקודם הצגנו מעגל פשוט המאפשר שליטה על רוחב פולס העירור של השעון, והראנו כי בעזרת שליטה על רוחב פולס הזה ניתן לשלוט על קצב ההתקדמות של השעון, וכך לצמצם את שגיאת הזמן שלו, שיכולה להיות בשעון כפי שהוא בת עשרות דקות ביממה.

קוראים אחדים הגיבו והצביעו על כך שרוחב פולס העירור במעגל הנ"ל משתנה אקראית מפעימה לפעימה, ומכיוון שרוחב זה משפיע על דיוק השעון, אקראיות זו עלולה להשפיע לרעה על הדיוק. הם הציעו להכליל במעורר השעון מעגל המפיק פולסים אחידים, כשהמגע המובנה בו משמש רק כ"טריגר" לשיגור הפולס האחיד. מגיב אחד אפילו הציע לייצר את הפולס האחיד הזה על ידי מעגל ספרתי מפוקד גביש קוורץ.

מכיון שזמן המחזור בין שני פולסי עירור עוקבים הוא כ-200 ms, דהיינו 5 פולסים לשניה, אנו מדברים על 432,000 פולסים ליממה. סביר שהתפלגות הרוחב שלהם היא נורמלית, ואי לכך לא משפיעה על הממוצע – שרק הוא מעניין אותנו בשעון. לעומת זאת, זליגה בערכי הרכיבים הקובעים את התזמון תשפיע על הממוצע ואי לכך יש להכליל במעגל אלמנט קיזוז – אוטומטי או ידני.

באופן מוזר, מנגנון קיזוז כזה מובנה בשעון דווקא כשמשתמשים במעגל העירור הפרימיטיבי שלו. אם קצב השעון קטן, מהירות התנועה של המגע יורדת ולכן זמן המגע עולה. כתוצאה מכך מתקבל פולס עירור ארוך יותר – ולכן גם אנרגטי יותר, מה שגורם לעליית הקצב… מעבר לפולסים באורך קבוע ובלתי תלוי במגע פוגע במנגנון הקיזוז הזה.

טעות (= פיגור או קידום) של דקה ביממה היא טעות של 1 ב-1440. דקה בשבוע היא טעות של כ 1:10000 וקשה מאד לצפות לדיוק טוב מזה, או כזה, ממכשיר אנלוגי בן 70, המתבסס על תהודה מכנית, ובעל מיסבי החלקה פשוטים, ללא "אבנים".

וכמובן שאין לצפות משום מעגל חד-יציב אנלוגי לרמת דיוק ויציבות כזו. במילים אחרות, החלפת המעגל הפשוט הנ"ל במעגל הכולל חד-יציב לא צפויה לשפר את דיוק השעון. רק כדי להמחיש על מה מדובר, שינוי ברווח בין שני פולסים עוקבים מ 200,000 מיקרושניות (= 200 מילישניות) ל 200,002 מיקרושניות יגרום לפיגור של דקה בשבוע.

פתרון רדיקלי, אם בכלל יש בו טעם, יהיה לסנכרן את השעון למקור אות יציב, או אפילו להפעילו ממקור פולסים חיצוני יציב (בדומה לכל שעון קוורץ, שבו אין כלל מתנד מכני המפעיל מגע).

אבל לשם השלמות, הרכבתי מעגל הכולל חד-יציב והפעלתי איתו השעון, והרי התוצאות.

ראשית, המעגל:

cir-mono

In this circuit, the contact breaker tigers a monostable driver, to see its effect on accuracy

מעגל החד-יציב מורכב משני הטרנזיסטורים mpsa44. פולס חיובי בבסיס השמאלי שבהם גורם ליצירת פולס ברוחב קבוע בקולקטור של הימני. משך הפולס נקבע על ידי המכפלה RC היכולה לנוע במעגל שלמעלה בין הערכים 8 ועד כ 16 מילישניות. משך הזמן ניתן לכוונון ברזולוציה גבוהה על ידי הנגד המשתנה, בן עשרה סיבובים.

ה"טריגר" הוא סגירת המגע, שצידו האחד מוארק. פולס טריגר כזה הוא פולס שלילי, ותפקיד הדרגה הראשונה, עם הmosfet 2N2700 הוא להפוך את קוטביות הפולס, ולספק כניסה בעלת אימפדנס גבוה מאד, אדישה למצב המגע. הדרגה האחרונה, עם טרנזיסטור ההספק 3055, היא עוקב אמיטר המבודד את סליל העירור של השעון מהחד-יציב.

הרי צורות גל אופייניות:

monoa3

lower waveform – contact breaker; top – monostable drive to the solenoid

כאשר הערוץ התחתון (2) מציג את אות הכניסה על שפע ריטוטיו, והערוץ העליון (1) את פולס היציאה האחיד ברוחבו וחסר הריטוטים. רוחב פולס היציאה ניתן, כאמור, לכוונון:

monoa4

expanded view

הרי מחזור של שני פולסים עוקבים, כשהמרווח ביניהם הוא כ 200 מילישניות:

monoa5

two following pulses

הפעלה יציבה התקבלה רק עבור פולסים ארוכים מ-8 מילישניות, ובכולם השעון מיהר, מיהר מאד, כפי שניתן לראות מהגרף הבא:

monostable1

Stable clock operatin had been achieved only when it was running far too fast.

בפולסים ברוחב 8 מילישניות דייק השעון, פחות או יותר, אבל פעולתו היתה גבולית.

בפולסים קצרים מ-8 מילישניות השעון "גמגם" ומפעם לפעם נעצר. ברוחב פולס זה אנרגיית העירור גבולית, ובהעדר מנגנון הקיזוז שתואר למעלה הופכת פעולתו לבלתי יציבה.

לפני שנסיים פרק זה, הבה נעיף מבט נוסף על סוגיית הריטוטים. העומס המדובר הוא סליל, רכיב שאינו מאפשר קיטוע פתאומי של זרם, אלא "מחליק" אותו, ממש כמו שעושה קבל למתח. ההתנגדות הפנימית של הסליל המדובר היא 380 אוהם. חיברתי אליו איפה נגד בן 30 אוהם בטור ומדדתי עליו את מפל המתח, היחסי לזרם. הנגד זה לא שינה את התנהגות המעגל.

current

Top voltage on the solenoid. bottom – current. The nature of an inductor is to resist current changes. /therfor bouncing has little effect on it, as long as it does not burn the breaker

אנחנו רואים כי השפעת הריטוטים על הזרם קטנה. תוך 7 מילי שניות הזרם מגיע לרוויה, עם השפעה מזערית של הריטוטים על זרם המטרה. אם נזכור כי א) השדה המגנטי יחסי לזרם, וב) ככל שה"ברזל הנע" שעל אלמנט התהודה מתקרב לסולנואיד כך נחוץ פחות זרם כדי להחזיקו שם (עוצמת השדה המגנטי יחסית הפוך לריבוע המרחק) נסיק כי השפעת הריטוטים, בפרט המאוחרים, זניחה למדי, ובעצם אין טעם להילחם בהם.

אז כיצד כדאי לשלוט בקצב השעון? על כך בפעם הבאה.

PREV

next: http://wp.me/pXLKy-1RB