Vor Jahrzehnten habe ich mir eine quarzgesteuerte Digitaluhr mit dem
vom damaligen Funkwerk Erfurt entwickelten und gefertigten nMOS-IC
U125D gebaut. Viel später kam eine Nixie-Uhr aus einem Bausatz hinzu,
die u. a. mit einem ATTiny 2313 und einem RTC DS3231 von Maxim
arbeitet. Mir fiel auf, dass letztere über das halbe Jahr zwischen den
Zeitumstellungen eine sehr geringe Gangabweichung von < 5s hat.
Die gute alte Uhr hielt die Zeit nach gründlichem Abgleich während der
Heizperiode ebenfalls gut. In der warmen Mansardwohnung kam es während
der Sommermonate jedoch zu Gangfehlern von mehr als 5 Sekunden
monatlich. Daher verfolge ich seit Längerem die Idee für einen
temperaturstabilisierten Quarz.
Thermostatenschaltungen gibt es in Hülle und Fülle, aber eine für
meinen Zweck geeignete konnte ich nicht finden. Wegen der Nachrüstung
muss ich mit 5V Betriebsspannung und einem geringen zusätzlichen
Leistungsverbrauch auskommen. Zwar gibt es kompakte
temperaturkompensierte Quarzoszillatoren (TCXO) für 32768Hz und 5V (z.
B. den DS32kHz von Maxim), welche ich an den U125 hätte ankoppeln
können, aber diese sind teuer und schwer erhältlich.
B325De - Sockelbelegung und Daten
Daher musste ich selber ran. Gestört hat mich bei den Eigenbauten immer
die räumliche Trennung von Quarz, Sensor und Heizelement. Mir fiel das
Transistorarray als Möglichkeit ein, um wenigstens die letzteren beiden
in einem Gehäuse (und sogar auf demselben Substrat) zu vereinen. Daher
habe ich mir ein paar B325Ed besorgt, die relativ hohe Ströme bzw.
Leistungen vertragen und zudem Kühlflügel besitzen, welche sich gut für
eine einfache Quarzmontage eignen. Diese 4-Transistor-Arrays sind noch
erhältlich, man kann aber auch auf in aktueller Fertigung befindliche
MPQ2222 ausweichen. Nur das Layout wäre dann von DIL16 auf DIL14 zu
ändern. Die Befestigung des Quarzes ohne großen Wärmeverlust wäre dann
anderweitig zu lösen.
Die Schaltung habe mit dem bekannten Doppel-Komparator LM393 ich
zunächst auf einem Steckbrett aufgebaut und „feingetunt“, später
entstanden das Layout mit KiCAD und die fertige Platine. Der Quarz
wurde mit Wärmeleitpaste und Gewebeklebeband auf dem Array
fixiert. Seit 2 Wochen arbeitet der Aufbau nun in der Uhr
(welcher ich gleichzeitig noch eine Schaltnetzteilplatine aus einem
nicht mehr benötigten Handyladegerät und eine Helligkeitsregelung
spendiert habe) und bis jetzt habe ich noch keinen Gangfehler ausmachen
können.
Die LED zeigt an, dass die Solltemperatur, welche mit RV1 eingestellt
wird und die bei mir ca. 42°C beträgt, erreicht ist. Dies ist bei mir
(auf dem Substrat) nach etwa einer halben Minute der Fall. Die
Abweichung liegt danach deutlich unter einem Kelvin, siehe Video. Den
Lastwiderstand 4,7 Ohm habe ich nur zur Sicherheit bei Fehlfunktion
vorgesehen. Er wird im normalen Betrieb lediglich handwarm. Der
Großteil der Heizleistung wird im Array umgesetzt, wobei ich die drei
neben dem Fühlertransistor (B-E-Strecke) übrigen Transistoren einfach
parallelgeschaltet habe. Im Einschaltmoment erreicht der Stromfluss
etwa 0,25A, um bei der Solltemperatur auf ca. die Hälfte abzufallen.
Die dauerhaft im Ofen umgesetzte Leistung beträgt folglich bei 20°C
Umgebungstemperatur ca. 0,6W. Die gesamte Uhr genehmigt sich weniger
als 2W aus dem Netz, mit dem alten Trafonetzteil und ohne Ofen waren es
doppelt so viel. Nach dem Einbau ist selbstverständlich ein Neuabgleich
des Uhrenoszillators fällig. Wenn die Transistoren des Arrays eine
stark abweichende Stromverstärkung haben (bei mir durchgängig ca. 150)
muss man ggfs. R9 entsprechend anpassen.
Vielleicht ist dieser kleine „Ofen“ auch für andere Nachrüstungen in Uhren, Zählern, Messgeräten, Amateurfunk etc. interessant.
