为什么现代的数字时钟会依靠电源频率?


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我在军队中,驻扎在非洲吉布提。我们在基座上产生240V / 50Hz的功率,但是有些建筑物也有120V的插座,我认为这是在基座上其他地方(可能在柴油发电站)进行了转换的。我还假设它也是50Hz(见下文)。

我们刚收到一个带有120V插头和时钟/计时器的新咖啡壶:

Melitta Coffee Pot with timer

经过两天的时间设置,希望在上班时可以喝杯热咖啡,然后发现显示屏上的时间不正确,我意识到由于电源电压为120V /,时钟可能慢了5/6。 50Hz,而不是60Hz。一点时间证实时钟确实每小时慢十分钟。

我本以为内部时钟将是一个简单的石英时钟,它以整流的直流电为源,但是(我认为)不会影响晶体的频率。那么,我猜测时钟是一个不同的A / C电路。

是否有理由(成本?)时钟依赖于60Hz信号?


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在内部,可能有一个表面贴装电阻器/跳线器甚至一个小开关的地方,用于配置时钟芯片或处理器,以在50 Hz或60 Hz国家销售该产品。
克里斯·斯特拉顿

@ChrisStratton这样的hack会在hackaday上出现-它与arduino或RPi不相关
Christoph

Answers:


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为什么?您完全可以实现,它是按预算设计的。

长时间范围内的电源频率通常受到很好的调节;荷兰网页上的图表显示,在70天内的漂移不超过40秒;足够精确的咖啡时间闹钟/计时器。您可以看到短期变化确实会反弹,例如在这个整洁的小地方,在英国电网的实时的实时测量中。

至于在逻辑电路中(或在微型电路中)使用市电频率的可能性,这可能微不足道。只需通过一对无源(高值电阻),一个二极管(或依靠内部钳位二极管)以及bam,时钟运行它(或可能是变压器的输出)即可。如果它是按预算设计的,则可能不是孤立的,因此您可以摆脱各种有趣的节省成本的方法。


这不仅仅是“足够好”,大多数便宜的数字手表的额定错误率仅为30秒/月。在价格更高的机型中,我从未见过比20秒/月更好的速度。
Dan Neely 2013年

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数码手表使用“烤箱”晶体,温度保持在99华氏度+/- 1度。这有助于长期稳定性。咖啡壶则相反:每天至少有一次从室温到沸腾的温度。
爆胎

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@markrages-我认为我从未在手表中看到过OXCO。真是的 您知道保持烤箱运转需要多少功率吗?在地狱中,没有办法适合手表。
康纳·沃尔夫

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我每天必须给烤箱充几次电,否则它会开始断电并且运行缓慢。
markrages

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手表温度的长期稳定性通过与佩戴者手臂的热耦合来实现!!那就是引用的华氏99度来自哪里。
Michael Karas 2013年

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长期稳定性和时钟同步 -

直到1926年之后才发明了用于计时精度的电力系统频率调节,并且发明了由同步电动机驱动的电钟。今天,网络运营商调节每日平均频率,以使时钟保持在正确时间的几秒钟内。在实践中,标称频率被提高或降低特定百分比以保持同步。在一天的过程中,平均频率保持在标称值内,每百万分之几百。在欧洲大陆的同步电网中,网络相位时间与UTC(基于国际原子时间)之间的偏差是在瑞士的控制中心每天08:00计算的。然后根据需要从50 Hz调整目标频率最高±0.01 Hz(±0.02%),确保每天精确的50 Hz×60秒×60分钟×24小时的长期平均频率= 4,320,000个周期。在北美,每当东部的误差超过10秒,德克萨斯的误差超过3秒或西部的误差超过2秒时,都会应用±0.02 Hz(0.033%)的校正。时间误差校正在一个小时或一个半小时开始和结束

为什么要依靠这种方法-这是一种久经考验的方法,而且几乎不会在大量时间段内完全消失-如果发生漂移,那是因为它有问题或瑞士的机制失败了(欧洲)

缺乏维护一定是一个很好的理由,尽管服务人员似乎多次出现在我们的饮料机上!


大约在同一时间找到了此链接!但是,我的问题是,当整流石英计时器看起来如此便宜和简单时,为什么现代时钟仍会使用这种方法。
克里斯·格雷格

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@ChrisGregg-精确且免维护必须是原因。
安迪(aka

我猜想现代时钟使用石英计时器的原因是:(a)消费者不想插入石英钟;(b)晶体的成本比逻辑/显示器/等的市电变压器便宜。
尼克T

@ChrisGregg:当您购买诸如咖啡壶之类的设备时,您会希望它在多年内都能正常工作。石英晶体在室温下的起始频率精度约为百万分之5-50(ppm)范围,并且由于老化(或温度变化)而从那里变差。那在咖啡机上可能是非常低预算的部分,因此您可能会被相对低精度的水晶所困。5-50 ppm的范围对应于每年约3-30分钟的损失。
杰森R

1
@ChrisGregg:一块好手表通常会有一个像样的水晶。公差范围的上限(50 ppm)仅用于真正便宜的设备(或在较宽的温度范围内工作的设备)。通常,在与佩戴在手腕上相对应的温度下,将手表晶体切割至最精确的位置,因此只要您大多数时候将其保持在该温度附近,它们就可以正常工作。
杰森R

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就像有人曾经对我说过,关于1970年代初期的电视设计是否可以保存“电阻器,您是英雄”,对制造商而言,消费类电子产品的价格约为离岸价,而不是您作为消费者支付的价格。


+1提醒我们孟子
davidcary

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诸如咖啡机之类的开关电流很大的设备通常会在电源周期的零交叉点进行开关,以减少干扰。对于那时的阻性负载,没有任何电流流过,因此不会产生任何内在关联。您可能会注意到,有时像打开灯光一样具有简单开关且没有过零检测功能的东西在电视和音频设备等设备上切换的程度很小。

一旦已经监视了交流线路以找到该点,它实际上就变成了“免费”时钟源。在密切监视频率并进行调整以保持长期精度的国家/地区,与石英晶体时钟相比,长期而言,精度也会更高。


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为什么便宜的咖啡机会转变呢?您不需要细粒度的控制即可将水烧开。
尼克T

@NickT, I thought even the cheap ones tended to have a 'keep warm' type setting?
PeterJ

That's a different heating element which is sized appropriately. You're way over-designing these things...
Nick T
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