Inleiding
Alle elektrische horloges worden elektro-magnetisch aangedreven. Bij de fixed coil opstelling (zie het artikel over de Dynotron) worden permanente magneetjes, bevestigd aan het regelorgaan, in beweging gebracht door een magnetisch veld. Dit magneetveld wordt opgewekt in een spoel, gewikkeld van uiterst dun geïsoleerd draad, waardoorheen een elektrische stroom wordt geleid.
Om het regelorgaan in beweging te houden, dient het magnetisch veld steeds van kracht te veranderen. Dit wordt bewerkstelligd door in- en uitschakelen van de stroom door de spoel. Dit in- en uitschakelen moet in een gegeven relatie staan met de bewegingen van het regelorgaan.
Het ligt voor de hand dat het regelorgaan zelf op directe wijze de contacten in de stroomkring bestuurt, en bij de allereerste elektrische horloges was dit ook het geval; twee dunne contactdraadjes werden door contactpunten op de balans geopend en gesloten (elektro-mechanische aandrijving). Het bezwaar van deze oplossing was de delicate constructie, en overmatige slijtage van de contactpunten door vonkvorming.
Een soort elektronische tussenoplossing was het gebruik van een diode als vonkenblusser, maar daarbij bleef de kwetsbaarheid van de mechanische constructie bestaan.
De transistor
Met de uitvinding van de transistor werd het mogelijk de stroom op geheel elektronische wijze te regelen (elektrodynamische aandrijving), met als grote voordeel het kunnen weglaten van kwetsbare mechanische componenten, en het kunnen benutten van een elektronisch feedback mechanisme.
De eerste transistor werd gebouwd in 1923, en de eerste op silicium gebaseerde transistor kwam beschikbaar in 1954. De naam is een samenvoeging van transfer (overdracht) en varistor (variabele weerstand).
Een transistor kan op zich geen stromen of spanningen opwekken.
Wel kan een transistor zich gedragen als stroomversterker, of als aan-uit-schakelaar, door zich afwisselend te gedragen als geleider of als weerstand.
Het is deze tweede eigenschap, die in elektronische uurwerken wordt gebruikt.
Transistors hebben drie aansluitingen met elk een eigen functie en een eigen naam:
Met een kleine basisstroom tussen basis en emitter wordt een grotere collectorstroom tussen collector en emitter gestuurd. Populair gezegd kan met een kleine spanning de weerstand tussen de twee andere pootjes geregeld worden. Op die manier kan met een kleine stroom of spanning een andere, grotere stroom doorgelaten of geblokkeerd worden.
De stroomkring
In een transistor gestuurd uurwerk wordt de basisstroom geleverd door inductie, die opgewekt wordt in een kleine spoel, de zogenaamde stuurspoel ST, door beweging van de magneetjes op het regelorgaan.
Deze stuurstroom faciliteert een grotere stroom door de zogenaamde arbeidsspoel A, die daardoor een magnetisch veld opwekt, dat de magneten op de balans een impuls geeft.
De heen-en-weer gaande beweging van de magneetjes over de stuurspoel geeft een inductiestroom van wisselende polariteit, die door de transistor slechts in één richting kan worden doorgelaten, derhalve heeft de inductie slechts één keer per periode effect.
De elektronische zelfregulering
Net als bij een mechanisch aangedreven uurwerk dienen de schommelingen van de balans zo regelmatig mogelijk te zijn. Daartoe wordt bij het transistor gestuurde uurwerk gebruik gemaakt van 2 elektrische fenomenen.
Het effect van deze twee fenomenen wordt elektro-dynamische amplitude stabilisatie genoemd.
Toepassingen
Voorbeelden van transistor gestuurde horloges zijn oa. de Timex M87, ontworpen door Laco en nagenoeg gelijk aan de Laco 882, de Citizen X-8 series and de Seiko Electronic 31A. Junghans kwam met de Ato-Chron. Een ander veel gebruikt uurwerk is de ESA Dynotron cal. 9150.
✉ dehaas@klokjesluider.nl
☎ 06 4381 7181
© Minimal Strain Design Max M.de Haas, Klokjesluider 2014-2023