Рис. 1

Наши модернизированные солнечные часы работают весьма похожим образом. В отличие от традиционных солнечных часов с фиксированной базой наши часы имеют механизм, расположенный на поворотном столике. Последний соединяется с неподвижным основанием часов с помощью вала электромотора. Столик может поворачиваться низкооборотным мотором по окружности на угол 360°.

Мотором управляет сложная электронная схема. В отличие от классических солнечных часов преимущество данной схемы заключается в том, что электроника определяет положение тени и управляет мотором, следуя за солнцем.

Слежение за солнцем

Электронная схема содержит два фотодатчика (фототранзисторы Q1 и Q2) и два компаратора напряжения (/С1 и /С2) (рис. 2). Фотодатчики соединяются последовательно с резисторами Rl и R2, образуя делитель напряжения, сигнал с которого снимается в точке соединения Rl и R2.

Опорное напряжение на компараторы подается с делителя, образованного резисторами R3, R4 и R5. Таким образом, получается мостовая схема, одно плечо которой образовано элементами Q1, RU R2 и Q2, другое - резисторами R3, R4: и R5. Второе плечо моста имеет необычный вид, так как выходной сигнал берется здесь не с общей точки, как это, например, сделано в первом плече моста. Вместо этого снимаются два различных напряжения с выводов резистора R4. . .•

Работа классических солнечных часов

В классических солнечных часах время определяется по тени от гномона или штыря, отбрасываемой солнцем на круг с цифрами, соответствующими времени суток (рис. 1). Круг ориентирован так, что тень от штыря указывает на текущее время дня.

<R3 ?1кОм

TIL 414

IkOm

R2 IkOm

R4 kOm

CP?.

IC1 1/2LM 339

C3 0.1 +

4050 „ф :„ з б В

IC2 1/2LM339

J3 .

Рис. 2

TIL414

:R7 •1к кОм

R5 *1кОм

IC3 4050 6

25 4:

D1 1N34A

R8 100м

J C1 мкФ

-J-C4 •0,1 мкФ

Потенциал на верхнем выводе резистора R4 выше потенциала на его нижнем выводе. Более высокое напряжениеподается на компаратор /С1, более низкое - на /С2. Из-за различия в опорных напряжениях компараторы будут срабатывать при различных значениях входного напряжения.

Приглядевшись внимательно к схеме, можно заметить «перекрестное» соединение компараторов, т. е. отрицательный вход ICI соединен с положительным входом fC2. Это приводит к неожиданному эффекту.

Чтобы понять принцип работы схемы, подадим напряжение на ее вход. Предположим, что входное напряжение ниже опорного напряжения компаратора IC2. Рассматривая компаратор /С1, мы видим, что на его выходе появится высокий потенциал, поскольку напряжение на его неинвертирующем входе выше, чем на инвертирующем. С другой стороны, на выходе 1С2 будет отрицательный потенциал, потому что на его инвертирующем входе напряжение больше напряжения входного сигнала.

По мере увеличения входного напряжения наступает момент. Когда напряжение на неинвертирующем входе /С2 станет больше опорного напряжения, снимаемого с резистора R5. Компаратор JC2 переключится, и на его выходе появится положительный потенциал. Однако компаратор /С1 не реагирует на это изменение напряжения, так как напряжение на его входе на одну, треть пре-Ьышает опорное напряжение компаратора IC2. . .

Когда входной сигнал превысит опорное напряжение компаратора IC2, на его выходе появится отрицательный потенциал. Заметим, что выходные напряжения обоих компараторов одинаковы (положительны), когда входное напряжение заключено между верхним и нижним пределами, определяемыми резистором R4.

Изменение входного напряжения зависит от интенсивности света, падающего на фототранзисторы. Когда на фототранзистор QI падает больще света, чем на Q2, входное напряжение велико. Когда, наоборот, на Q2 падает больще света, чем на QI, входное напряжение мало. Когда оба фототранзистора освещаются одинаково, сигнал принимает среднее значение между двумя пределами.

Привод

Подключив между выходами компараторов электромотор, мы фактически смогли бы управлять его вращением с помощью фототранзисторов. Как было показано ранее, оба выхода имеют положительный потенциал только при равном освещении фототранзисторов. Затенение транзистора Q1 приводит к переключению компаратора /С1, на его выходе устанавливается низкий потенциал, в то время как на выходе IC2 напряжение остается высоким. Мотор начнет вращаться.

Затемнение транзистора Q2 вызывает противоположный эффект.

На выходе IC2 устанавливается низкий потенциал, а ICI остается высоким. Мотор тоже начнет вращаться, но в другом направлении. Другими словами, управление мотором осуществляется путем освещения фототранзисторов. Чтобы устранить неустойчивую работу мотора* вблизи нулевой точки, создана зона не-

Г\ \\\Sl-l.-=.-.,J чувствительности путем подачи на ком-\ ! л1 / параторы различных опорных напря-

жений.

Фактически компаратор не может непосредственно управлять электродвигателем. Чтобы повысить мощность выходного сигнала компаратора, используется микросхема /СЗ, которая управляет электромотором.

Конструктивно наша модель выполнена так (рис. 3), что гномон (центральная подвижная деталь устройства) затеняет тот или другой транзистор в зависимости от положения солнца. Мотор Рас, 3 приходит в движение и вращает поворот-