Электронные часы со звуковой сигнализацией

(51) С 04 С 13/О ЕТЕНИЯ 2003310 УКОВО элект-,ния -ежиме лф и втоГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЧПРИ ПНТ СССР САНИЕ ИЗО 1(54) ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ СО ЗВСИГНАЛИЗАЦИЕЙ(5 7) Изобретение относитсяронной технике. Цель изобреснижение тока потребления в Изобретение относится к электрон" ной технике, в частности к электронным часам со звуковой сигнализацией.Целью изобретения является снижение тока потребления в режиме звуковой сигнализации за счет использования накопленной в фазах заряда внутренней электрической энергии пьеэопластины для выравнивания потенциалов на ее электродах в фазах разряда.На фиг. 1 изображена структурная схема электронных часов; на фиг. 2 - функциональная схема электронных ча" сов; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов управления пьезопластиной.Электронные часы со звуковой сигна лизацией (фиг, 1) включают кварцевый генератор 1, делитель 2 частоты, блок 3 счета времени, узел 4 управления звуковой сигнализации, Формирователь звуковой .сигнализации - достигаетсяза счет использования накопленной вфазах заряда внутренней электрическойэнергии пьеэопластины для выравнивания потенциалов на ее электродах вфазах разряда. Устройство содержиткварцевый генератор 1, делитель частоты 2, блок счета времени 3, узелуправления звуковой сигнализации 4,формирователь инверсного сигнала 5,усилители тока 6 и 7 и пьезопластину8Введение фазосдвигающего элемента9 и образование его связей со схемойуправления звуковой сигнализацией,делителем частоты и вторым усилителеьтока позволяет увеличить автономность работы часов. 3 и нверсного сигнала, первыйрой 7 усилители тока, пьезопластнну 8 и фазосдвигающий элемент 9,иЮКварцевый генератор 1, делитель 2 ф частоты и блок 3 счета времени, пред- ф назначенные для формирования сигналов еД задающей частоты, звуковой и других ф промежуточных частот, сигналов счета фвремени и управления индйкацией, атакже для программирования и хранения времени сигнализации, формирования сигнала совпадения его с текущим времеием и задания длительности звуковой .сигнализации, соединены последовательно, Первый промежуточный выходавек делителя 2 частоты соединен с информационным входом узла 4 управлениязвуковой сигнализацией, служащегодля Формирования сигналов управления пьезопластиной 3, Управляющий входузла 4 управления звуковой сигнализацией соединен с управляющим выходом блока 3 счета времени.Вход Формирователя 5 инверсного сигнала соединен с выходом узла 4 управления звуковой сигнализацией, а выход - с входом первого усилителя 6 тока.Выходы первого 6 и второго 7 усилителей тока подключены к электродам пьезопластины 8.Информационньп вход Фазосдвигающего элемента 9 соединен с выходом узла 4 управления звуковой сигнализа цией, управляющий вход фазосдвигающего элемента 9 соединен с вторым промежуточным выходом делителя 2 частоты, а выход подключен к входу второго усилителя 7 тока. 20Электронные часы работают следув- щим образом.Кварцевый генератор 1 задает стабилизированную частоту в схеме электронных часов, Делитель 2 частоты осу ществляет покаскадное деление задающей частоты на 2, Блок 3 счета времени, кроме счета текущего времени и отображения информации на индикаторе, осуществляет программирование и хранение контрольного времени сигнализации, формирует сигнал совпадения его с текущим временем и задает длительность сигналов управления звуковой сигнализацией. Узел 4 управления звуковой сигнализацией синтезирует сигна лы управления звуковой сигнализацией из сигналов различных частот делителя 2 частоты по данным блока 3 счета времени.40 В режиме звуковой сигнализации свыхода узла 4 управления звуковойсигнализацией на информационный входФазосдвигающего элемента 9 и на вход 45формирователя 5 инверсного сигналапоступает сигнал звуковой частоты(фиг. З,а), близкой к резонанснойчастоте пьезопластины 8, На управляющий вход фазосдвигающего элемента 9поступает сигнал с делителя 2 частоты На выходе фазосдвигающего элемента 9 формируется сигнал звуковой частоты (фиг. З,б), сдвинутый по Фазеотносительно сигнала на информационном входе фазосдвигающего элемента 9,55и относительно выходного сигнала формирователя 5 инверсного сигнала(Фи.г. 3, в),Цалее сигналы с выходов фррмирователя 5 инверсного сигцапа и Фазосдвигающего элемента 9 поступают на входы первого 6 и второго 7 усилителей тока соответственно (фиг. З,в,б), осуществляющих усиление по току для обеспечения возбуждения пьезопластины 8 и инвертирование сигналов. Времен-. ные диаграммы сигналов, поступающих с выходов усилителей 6 и 7 тока на пьезопластину 8, изображены на Фиг.З (г,д), из которых видно, что в результате прохождения сигнала управления звуковой сигнализацией через формирователь 5 инверсного сигнала, фазосдвигающий элемент 9 и усилители 6 и 7 тока инверсный сигнал сдвинут по Фазе относительно прямого,1Период звуковой частоты можно условно разбить на 4 фазы (Фиг. 3, г,д):первая Фаза (Т) заряда емкости пьезопластины, когда разность приложенных к электродам потенциалов равна удвоенному напряжению питания определенной полярности;первая фаза (Т) разряда, когда разность приложенных потенциалов рав" на нулю;вторая Фаза (Т. ) заряда, когда разность потенциалов равна удвоенному напряжению питания определенной полярности;вторая фаза (Т) разряда с нулевой разностью приложенных потенциалов.В результате Фазового сдвига между прямым и инверсным сигналами на входах усилителей 6 и 7 тока в первой и второй Фазах разряда емкости пьезопластины 8 в цепях усилителей 6 и 7 и пьезопластины 8 происходит самопроизвольное перетекание зарядов с одного электрода пьезопластины 8 на другой по уравновешивания потенциалов на них без расходования электрической энергии источника тока. При этом происходит расходование потенциальной механической энергии деформированной пьезопластины 8 для возвращения в состояние устойчивого равновесия, Вследствие близости частоты управляющего сигнала и резонансной частоты пьезопластины 8 режим колебаний пьезопластины 8 не нарушается. Таким образом, в режиме эвуковой сигнализации снижается ток потребления часов, 5 1557511 а фиг, 2 приведен пример конкретной реализации электронных часов со звуковой сигнализацией,Фазосдвигающий элемент 9 (фиг. 2; содержит элементы 4 И-НЕ 10 и 11, инвертор .12, элементы 2 И-НЕ 13 и 14. Усилители б и 7 тока могут бытьвыполнены в виде Ю 10 П-инверторов на Ор- и п-транзисторах 15 и 16, 17 и 18соответственно.Кварцувьп генератор 1 с задающейчастотой, например 32768 Гц, делитель2 частоты и блок 3 счета времени сое" 5динены последовательно. Информационньп вход узла 4 управления звуковойсигнализацией соединен с первой груп.пой промежуточных выходов делителя 2частоты (сигнала звуковой частоты,например, 4096 Гц, сигнала управлениядлительностью звуковых импульсов, например, 10 Гц), а управляющий входузла 4 управления звуковой сигнализацией соединен с управляющим выходомблока 3 счета времени. В качестве узла 4 управления звуковой сигнализаций используется, например, элемент Ис соответствующим количеством входов.Вход формирователя 5 инверсного сигнала соединен с выходом узла 4 управления звуковой сигнализацией,Затворы транзисторов 15 и 6 соединены между собой и подключены к выходу Формирователя 5 инверсного сигнала, затворы транзисторов 17 и 18соединены между собой и подключены квыходу элемента 2 И-НЕ 4 фазосдвигающего элемента 9, Исток транзистора15 и сток транзистора 16 соединены 40между собой и подключены к второмуэлектроду пьезопластины 8, истоктранзистора 17 и сток транзистора 18соединены между собой и подключенык первому электроду пьезопластины 8. 45Вторая промежуточная группа выходов делителя 2 частоты - выходы сигналов частот 32768, 16384 и 8192 Гц -подключена соответственно к первым,вторым и третьим входам элементов4 И-НЕ 10 и 11, выход узла 4 управления звуковой сигнализацией подключенк четвертому входу элемента 4 И-НЕ 10,к первому входу элемента 2 И-НК 13 ичерез инвертор 2 к четвертому входуэлемента 4 И-НК 11. Выходы элементов4 И-НЕ 10 и 11 подключены соответственно к второму входу элемента 2 И-НЕ 13и к первому входу элемента 2 И-НЕ 14,45 6к второму входу которого подключен выход элемента 2 И-НЕ 13.В режиме э вуковой сиги али э ации узл а 4 упр явления э вуко вой сигн аизацией на четвертьп вход элемента 4 ИЕ 1 О, на вход инвертора 12 фазосдвпгающего элемента 9 и на вход формирователя 5 инверсного с гнала поступает сигнал управления зв гковой сигнализа- цией с несущей частотой 4096 Гц. На первые, вторые и третьи входы элемен" тов 4 И-НЕ 10 и 11 поступают сигналы частотой 32768, 16384 и 8192 Гц соответственно. Управляющие входные сиг-. налы показаны на фиг. 3(е,ж,з). На Фиг. 3 показаны, также выходные сигна лы элемента 4 И-НЕ 10, элемента 2 И-НЕ 13, элемента 4 И-НЕ 11, элемента 2 И"НЕ 14 (и,к,л,в соответственно), Таким образом, на выходе фазосдвигающего элемента Формируется сигнал звуковой частоты, сдвинутый по Фазе относительно первоначального входного сигнала и относительно выходного сигнала формирователя 5 инверсного сигнала на величину 1/16 периода звуковой частоты или на 1/2 периода максимальной частоты управляющего сигнала, в данном случае на величину15 мкс.Величина Фазового сдвига определяется физическими параметрами пьезопластины 8 и усилителей б и 7 тока. Регулировка величины фазового сдвига осуществляется отключением входов элементов 4 И-НЕ 10 и 11 следующим образом.При отключении входа сигнала частотой 32768 Гц величина Фазового сдвига составляет 1/3 периода звуковой частоты, т,е.31 мкс (фиг.3,м); при отключении входов сигналов частотой 32768 и 16334 Гц величина Фазового сдвига составляет 1/4 период звуковой частоты, т.е. 62 мкс (Фиг.3,4,В случае, если задающая частота кварцевого генератора 1 составляет, например, 2 мГц, можно обеспечить, соответственно, меньшую величину фазового сдвига ("0,5 мкс).Далее сигналы с выходов Формирователя 5 инверсного сигнала и фазосдвигающего элемента 9 поступают на затворы транзисторов 15 и 16 и 17 и 13 соответственно и обеспечивают переключение этих транзисторов.Рассмотрим процессы заряда и разряда емкости пьезопластины 3, протекающие в цепях усилителей б и 7 тока1557545 7построенных на КМОП-транзисторах 15 и 1 б и 17 и 13 соответственно.Первой фазой заряда емкости пьезопластины 8 условно считается состоя 5 ние, когда на выходе фазосдвигающего элемента 9 сформирована логическая "1."; а на выходе формирователя 5 ин" версного сигнала " логический 0; второй фазой заряда - состояние, когда на выходе фазосдвигающего элемента 9 сформирован логический "0", а на выходе формирователя 5.инверсно" го сигнала - логическая ч 1 ц, т.е. сигналы противоположной полярности е Соответственно, фазами разряда емкости пьезопластины 8 будут состояния, когда на выходах фазосдвигающего элемента 9 и формирователя 5 инверсного сигнала сформированы однополярные ло О гические сигналы: первая Фаза разря: да - логическая "1", вторая фаза разряда - логический "О". При этом фаза разряда следует за фазой заряда.3 первой фазе заряда емкости пье- .25 эопластиды 3 когда транзисторы 18 и 15 открыты, а транзисторы 17 и 16 закрыты, происходит накопление электронов на первом электроде пьезоплас-, тины 3 (Фиг. 2). После окончания пер 30 вой фазы заряда вследствие фазового сдвига в первой фазе разряда состояния транзистора 13 (открыт) и транзистора 17 (закрыт) не изменяются: открывается транзистор 16 и закрывает-З 5 ся транзистор 15. Таким образом, электроды пьезопластины 3 замкнуты между собой по цепи транзистор 16 " земля - транзистор 13 и происходит самопроизвольное перетекание электро О нов на второй электрод пьезопластины 13 до уравновешивания потенциалов, т,е. до момента, когда разность потенциалов равна нулю.После этого открывается транзистор 45 17, закрывается транзистор. 18, а состояния транзистора 1.5 (закрыт) и транзистора 16 (открыт) не изменяются и электроны накапливаются на втором . электроде пьезоппастины 8. Во второй Фазе разряда, когда остается открытым транзистор 17 и закрытым транзистор в18, открывается транзистор 15 и закрывается транзистор 16, электроды пьезопластины 3 замкнуты накоротко по цепи транзистор 17 - "+" питания - транзистор 5 и происходит самопроизвольное перетекание электронов на первый электрод пьезопластины 3 до уравновешивания потенциалов.Таким образом, обеспечивается уменьшение тока потребления часов, что увеличивает автономность работы часов или.же позволяет использонать резервную энергоемкость источника тока для расширения функциональных воз"можностей часов. ф о р м у л а изобретения Электронные часы со звуковой сигнализацией, включающие последовательно соединенные кварцевый генератор, делитель частоты и блок. счета времени, узел управления звуковой сигнализацией, информационный вход которого соединен с первым промежуточным выходом делителя частоты, а управляющий вход - с Управляющим выходом блока СЧета времени, Формирователь инверсного Сигнала, вход которого .соединен с выходом узла управления звуковой сигнализацией, первый усилитель тока, вход которого соединен с выходом фор" мирователя инверсноГо сигнала,.второй усилитель тока и пьезопластину, которая своими электродами подключена к выходам дервого и второго усилителей тока, отличающиеся там,что, с целью снижения тоКа потребления в режиме звуковой сигцдлизащин за счет использования накопленной в фазах заряда внутренней электрической энергии пьезопластины для выравнивания потенциалов на ее электродах в фазах. разряда, дополнительно введен фазосдвигающий элемент, информационный вход которого. соединен с информационным выходом узла управления звуковой сигнализацией, управляющий вход соединен с вторым промежуточным выходом делителя частоты, а выход подключен к входу второго усилителя тока.1557545 Редактор Л.Веселовская Тираж 34 б Подписное Заказ 717 ВНИИПИ Государственного комитента по изобретениям и открцтиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., д. 4/5