TTL-Digitaluhr mit Anzeigeröhren
Mein erstes größeres Projekt aus der Mitte der 1970er Jahre. Trotz Verwendung von preisgünstigeren Bastlerbauelementen musste ich damals fast 600,- Mark investieren. Für einen Lehrling waren das mehrere Monatsgehälter und deshalb konnte ich es mir nicht leisten das in den Sand zu setzen. Glücklicherweise lief die Uhr auf Anhieb und war zudem noch genauer als alle Quarzarmbanduhren, die ich je hatte. Große LED-Siebensegmentanzeigen waren damals nicht zu bekommen, bzw. unerschwinglich. Deshalb benutzte ich Glimm-Ziffernanzeigeröhren. Nur die Sekundenanzeige erfolgt mit LEDs. Damals waren günstige Anzeigen aus polnischer Produktion zu haben. Leider stellte sich heraus, daß die Lebensdauer nicht sehr hoch ist. Sie müßten schon zum zweiten Mal gewechselt werden, da ein Segment schon wieder ausgefallen ist. Die Einstellung erfolgt über Tasten an der Oberseite. Hinten befinden sich 4 Stufendrehschalter mit denen die Weckzeit eingestellt wird.
Bei der ersten Wiederinbetriebnahme nach langer Zeit lief die Uhr erst gar nicht. Es stellte sich heraus, daß es nur am Netzteil lag. Deshalb bekam die Uhr jetzt ein neues, einfaches Netzteil, größtenteils mit alten Bauelementen, die dem Alter der Uhr angemessen sind. Die beiden Transistoren und auch der Brückengleichrichter sind auf Kühlblechen montiert. Die verwendeten TTL-Schaltkreise sind nicht gerade stromsparend und benötigen bei 5V Betriebsspannung zusammen über 1A.
Als Zeitbasis dient ein 100kHz-Quarz. Mit den Kondensatoren im Generator findet der Feinabgleich statt. Sie können durch einen Trimmer ersetzt werden, um den Abgleich zu erleichtern. Die 10:1-Teilerschaltkreise P192 sind die Bastlertypen des D192. Am zweiten P192 wird ein 1kHz-Signal für den Wecker abgenommen. Hinter dem 5. Schaltkreis steht dann ein Sekundentakt zur Verfügung. Damit wird der blinkende LED-Doppelpunkt bedient. Anschluß 4 geht wieder zum Wecker und unterbricht den Weckton 2 mal pro Sekunde. Im Anschluß folgen die Zähler für die Sekundeneiner und -zehner wobei der zweite Zähler bereits bei 6 zurückgesetzt wird. Die Anschlüsse 7-14 geben die Werte im BCD-Code an die Sekundenanzeige weiter. Anschluß 6 gibt den Takt weiter an die Stundenzähler. Über einen Tastschalter kann die Uhr gestoppt werden. Der Flip-Flop aus dem P120 sorgt dafür, daß dies nur zur vollen Sekunde erfolgt. Dabei wird nur der Takt unterbrochen während der Quarzgenerator weiterläuft, was besser ist für die Frequenzstabilität.
Es folgen die Zähler für die Minuten und Stunden. Was die Anzeige angeht handelt es sich ja um eine "Hybrid"-Uhr. Während die Sekundenanzeige durch LED erfolgt, werden Stunden- und Minuten mit Glimm-Ziffernanzeigeröhren angezeigt. Die Ansteuerung erfolgt pro Ziffer mit je einem Schalttransistor entsprechend hoher Spannungsfestigkeit.
Der Wecker ist mit den BCD-Ausgängen der Stunden- und Minutenzählern und dem jeweils invertierten Signal verbunden. Die Stufenschalter sind so beschaltet, das nur zur eingestellten Zeit alle Eingänge das gleiche Potential haben und so eine Minute lang der Wecker freigegeben wird. Die Tonausgabe erfolgt über eine Hörerkapsel eines alten Telefons. Das klingt jetzt vielleicht nicht nach einem sehr lauten Wecker, aber er hat für mich immer gereicht. Selbst den Test an einem festen Schläfer hat die Uhr erfolgreich bestanden. Der Ton über die Telefonkapsel ist erstaunlich laut und wird als so intensiv empfunden, daß eine Minute Weckzeit ausreichte. Sicher ließe sich durch Abänderung der Schaltung die Weckzeit verlängern oder sogar eine "Sleepfunktion" einbauen.
| passive Bauelemente | aktive Bauelemente | |||||
| Stückzahl | Typ | Wert | Stückzahl | Typ | Bezeichnung | Vergleichstypen |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Widerstand | 15 Ω | 1 | Graetzbrücke | GBU 4J | 3PM1, 4x 1N5400 |
| 1 | Widerstand | 56 Ω | 1 | Diode | SY204 | 1N4003 |
| 2 | Widerstand | 100 Ω | 2 | Diode | GA106 | SAY17, 1N4148 |
| 14 | Widerstand | 180 Ω | 26 | Diode | GAZ60 | SAY17, 1N4148 |
| 1 | Widerstand | 200 Ω | 1 | Diode | SAY10 | SAY17, 1N4148 |
| 2 | Widerstand | 1 kΩ | 16 | Diode | SAY17 | SAY17, 1N4148 |
| 1 | Widerstand | 6,8 kΩ | 3 | Doppeldiode | SAM42 | 2x SAY17, 2x 1N4148 |
| 4 | Widerstand | 10 kΩ | 1 | Dreifachdiode | SAM63 | 3x SAY17, 3x 1N4148 |
| 13 | Widerstand | 15 kΩ | 2 | Z-Diode | SZ600/5,6 | ZF 5,6 |
| 1 | Widerstand | 22 kΩ | 1 | Leuchtdiode | VQA13 | |
| 1 | Widerstand | 27 kΩ | 1 | Bipolartransistor | ГТ 322 | AF124 |
| 3 | Widerstand | 47 kΩ | 1 | Bipolartransistor | SS125 | BC141 |
| 1 | Widerstand | 56 kΩ | 28 | Bipolartransistor | SS201 | 2SC2631 |
| 28 | Widerstand | 82 kΩ | 1 | Leistungs-Bipolartransistor | GD160 | 2NU72, 2N1168 |
| 1 | Kondensator | 22 pF | 1 | Leistungs-Bipolartransistor | SD336 | BD136 |
| 1 | Kondensator | 270 pF | 4 | Glimmziffer-Anzeigeröhre | Z570M | |
| 1 | Kondensator | 1 nF | 2 | LED-Siebensegmentanzeige | CQYP-12 | SA 39-11 RT |
| 2 | Kondensator | 47 nF | 1 | IC (Vierfach NAND mit je 2 Eingängen) | D100 | SN7400, SN74LS00 |
| 1 | Trimm-Kondensator | 100 pF | 1 | IC (Zweifach D-Flip-Flop) | D274 | SN7474, SN74LS74 |
| 1 | Elko | 8 μF/250V | 3 | IC (Zweifach NAND mit je 4 Eingängen) | P120 | SN7420, SN74LS20 |
| 1 | Elko | 2200 μF | 11 | IC (Dezimalzähler) | P192 | SN7492, SN74LS92 |
| 1 | Elko | 10000 μF | 1 | IC (Vierfach NAND mit je 2 Eingängen) | P200 | SN7400, SN74LS00 |
| 1 | Telefon-Hörerkapsel | 54 Ω | 3 | IC (Sechsfach Inverter) | P204 | SN7404, SN74LS04 |
| 1 | Feinsicherung | 100 mA | 1 | IC (Zweifach NAND mit je 4 Eingängen) | P240 | SN7440, SN74LS40 |
| 1 | Feinsicherung | 3 A, flink | 2 | IC (BCD zu Siebensegmentdecoder) | UCY7447 | SN74LS47 |
| 2 | Stufenschalter | 10 Stellungen, 4 Ebenen | ||||
| 1 | Stufenschalter | 6 Stellungen, 3 Ebenen | ||||
| 1 | Stufenschalter | 3 Stellungen, 2 Ebenen | ||||
| 2 | Taster | Wechselschalter | ||||
| 2 | Tastschalter | Wechselschalter | ||||
| 1 | Netztrafo | primär 230V~ 170V~ 20mA 7V~ 2A |
||||
Eine Alarmanlage
Vorgestellt wird eine Schaltung, die bei unbefugtem Zutritt von Räumen lautstark auf sich aufmerksam macht. Sie kann nur über Eingabe einer 4-stelligen Zahl auf einer Nummerntastatur entschärft werden. Die Besonderheit ist, daß sich die Alarmanlage innerhalb der zu sichernden Wohnung befinden muß und nicht von außen zugänglich ist. Der Alarm wird deshalb erst zeitverzögert ausgelöst, denn die Entschärfung der Anlage kann erst nach dem Betreten der Wohnung geschehen. Der Steuerteil befindet sich in einem Kasten direkt neben der Tür. Die Sireneneinheit ist schwer zugänglich hinter einer stabilen Metallverkleidung an der Flurdecke angebracht. An Tür und Rahmen ist ein Magnetschalter befestigt, der beim Öffnen der Tür auslöst.
Die Stromversorgung erfolgt normalerweise über ein entsprechendes Netzteil. Damit die Alarmanlage nicht so einfach durch Stromunterbrechung außer Betrieb genommen werden kann, gibt es im Sirenenteil einen 12V-Akkumulator, der bei Netzausfall die Versorgung übernimmt. Der zweite Siebelko des Netzteils von 470μF ist im Schaltplan des Steuerteils dargestellt. Die dazu parallel liegenden Kondensatoren von je 47nF werden direkt an den Stromzuführungen jedes Schaltkreises angebracht.
Im Ruhezustand kann die Tür jederzeit geöffnet werden, angezeigt durch eine grüne LED. Wenn man die Wohnung verlassen will, betätigt man die Taste "scharf". Die Scharfschaltung erfolgt aber erst nach einigen Sekunden, damit genügend Zeit bleibt, um die Tür zu schließen. Es leuchtet jetzt die rote LED. Wird die Tür geöffnet, ertönt zunächst über den kleinen eingebauten Lautsprecher ein Intervallsignal, das an die Eingabe des Zahlenkodes erinnert. Dafür steht nur eine gewisse Zeit zur Verfügung, ansonsten wird Alarm ausgelöst. Die benutzte Sirene erzeugt einen Schallpegel von mehr als 100dB.
Die Schaltung besteht im Kern aus einer Reihe Monoflops, die beim Drücken der richtigen Zahl für eine gewisse Zeit kippen und den folgenden Monoflop freischalten. Mit den RC-Gliedern läßt sich die maximale Zeit einstellen, die zwischen der Eingabe der Zahlen liegen darf. Wurden alle vier Zahlen in der vorgegebenen Zeit und in der richtigen Reihenfolge eingegeben, schaltet der D-Flip-Flop aus dem Schaltkreis 4013 die Anlage unscharf. Beim Drücken einer falsche Zahl wird alles zurückgesetzt und der Kode muß neu von vorn eingegeben werden.
Die Sireneneinheit ist mehr oder weniger eigenständig. Der Alarm wird durch Änderung des Potentials am Eingang 3 ausgelöst. Außerdem befindet sich dort ein 12V-Akku, der die Betriebsspannung puffert. Die Diode in der Spannungszuleitung verhindert, daß sich der Akku bei Stromausfall über die Netzteilschaltung entlädt. Damit der Alarm bei Abwesenheit die Nachbarn nicht unendlich lange nervt, kann über das RC-Glied am Monoflop eingestellt werden, wie lange der Alarm in Betrieb bleibt. Die Verbindungsleitung zwischen Steuereinheit und Sirenenteil muß nicht unbedingt gesondert geschützt werden, da auch ein Durchtrennen der Verbindung sofort Alarm auslöst.
| passive Bauelemente | aktive Bauelemente | |||||
| Stückzahl | Typ | Wert | Stückzahl | Typ | Bezeichnung | Vergleichstypen |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Widerstand | 7,5 Ω | 1 | Graetzbrücke | 1PM1 | B80C2000, DB104 |
| 2 | Widerstand | 750 Ω | 1 | Diode | SY345 | 1N4001, BY113 |
| 1 | Widerstand | 2,2 kΩ | 1 | Z-Diode | SZX21/7,5 | BZX85C |
| 2 | Widerstand | 22 kΩ | 1 | Leuchtdiode | VQA17 | |
| 10 | Widerstand | 47 kΩ | 1 | Leuchtdiode | VQA27 | |
| 3 | Widerstand | 51 kΩ | 3 | Bipolartransistor | SC236 | BC236, BC239 |
| 1 | Widerstand | 100 kΩ | 1 | Bipolartransistor | SC307 | BC307, BC308 |
| 1 | Widerstand | 110 kΩ | 3 | Bipolartransistor | SS216 | BSY73 |
| 1 | Widerstand | 220 kΩ | 2 | Bipolartransistor | SD335 | BD135 |
| 1 | Widerstand | 470 kΩ | 1 | Bipolartransistor | SD336 | BD136 |
| 1 | Widerstand | 1 MΩ | 1 | IS (Vierfach NAND) | V4011 | CD4011BE, ЛА7 |
| 1 | Widerstand | 1,2 MΩ | 1 | IS (Zweifach D-Flip-Flop) | V4013 | CD4013B, ТМ2 |
| 1 | Widerstand | 2 MΩ | 2 | IS (Vierfach Schmitt-Trigger NAND) | V4093 | CD4093BE, ТЛ1 |
| 5 | Widerstand | 3,3 MΩ | 4 | IS (Zweifach Monoflop) | V4538 | CD4538BC, АГ1 |
| 1 | Einstellwiderstand | 10 kΩ | ||||
| 1 | Kondensator | 10 nF | ||||
| 1 | Kondensator | 22 nF | ||||
| 7 | Kondensator | 47 nF | ||||
| 1 | Kondensator | 68 nF | ||||
| 1 | Kondensator | 100 nF | ||||
| 1 | Kondensator | 1 μF | ||||
| 4 | Elko | 1 μF | ||||
| 3 | Elko | 4,7 μF | ||||
| 2 | Elko | 100 μF | ||||
| 1 | Elko | 470 μF | ||||
| 1 | Elko | 1000 μF | ||||
| 1 | Zahlentastatur | |||||
| 1 | Kleinlautsprecher | 8 Ω | ||||
| 1 | Piezo-Sirene | AS 300 | ||||
| 1 | Feinsicherung | 100 mA | ||||
| 1 | Feinsicherung | 1,6 A | ||||
| 1 | Feinsicherung | 6,3 A | ||||
| 1 | Akkumulator | 12V | ||||
| 1 | Netztrafo | primär 230V~ 15V~ 300mA |
||||