¿Por qué un reloj digital moderno dependería de la frecuencia de la red?

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Estoy en el ejército, estacionado en Djibouti, África. Generamos 240V / 50Hz de potencia en la base, pero algunos edificios también tienen salidas de 120V, lo que supongo se transforma en otro lugar de la base, probablemente en la estación de generación de diesel. También supongo que también es de 50Hz (ver más abajo).

Acabamos de recibir una nueva cafetera con un enchufe de 120V y un reloj / temporizador:

Cafetera Melitta con temporizador

Después de dos días de ajustar el reloj, esperando café caliente cuando llegamos al trabajo, y descubriendo que la hora en la pantalla era incorrecta, me di cuenta de que el reloj probablemente tiene una lentitud de 5/6 debido al hecho de que la potencia es de 120V / 50Hz en lugar de 60Hz. Un poco de tiempo confirmó que el reloj es, de hecho, diez minutos más lento cada hora.

Pensé que el reloj interno sería un simple reloj de cuarzo que funciona con CC rectificada, pero eso (supongo) no afectaría la frecuencia del cristal. Supongo, entonces, que el reloj es un circuito de A / C diferente.

¿Hay alguna razón (costo) que el reloj se basa en una señal de 60Hz?

Chris Gregg
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En el interior, probablemente haya un lugar para una resistencia / puente de montaje en superficie o incluso un pequeño interruptor, utilizado para configurar el chip de reloj o procesador para la venta del producto en países de 50 Hz o 60 Hz.
Chris Stratton
@ChrisStratton Un truco de este tipo aparecería el hackaday, y no está relacionado con Arduino o RPi
Christoph

Respuestas:

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¿Por qué? Lo golpeas exactamente, está diseñado con un presupuesto.

La frecuencia de la red a largo plazo suele estar muy bien regulada; el gráfico en esta página de los Países Bajos muestra una deriva de no más de 40 segundos durante 70 días; más que suficiente para una alarma / temporizador de reloj de café tonto. Puede ver que la variación a corto plazo rebota, por ejemplo, en este pequeño indicador en tiempo real de la red eléctrica del Reino Unido.

En cuanto a cómo es probable que use la frecuencia de red en un circuito lógico (o con un micro), probablemente sea bastante trivial. Simplemente ejecútelo (o probablemente la salida del transformador) a través de un par de pasivos (resistencias de alto valor), tal vez un diodo (o dependa de diodos de sujeción internos) y bam, reloj. Si se está diseñando con un presupuesto limitado, probablemente no esté aislado, por lo que puede escaparse con todo tipo de métodos divertidos para ahorrar costos.

Nick T
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No solo es "lo suficientemente bueno", la mayoría de los relojes digitales de bajo costo solo tienen una tasa de error de 30 segundos / mes; y en modelos algo más caros que nunca he visto mejor que 20 segundos / mes.
Dan Neely
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Los relojes digitales usan un cristal "al horno", donde la temperatura se mantiene a 99 grados F +/- 1 grado. Esto ayuda a la estabilidad a largo plazo. La cafetera es la situación opuesta: la temperatura pasa de la temperatura ambiente a la ebullición al menos una vez al día.
Markrages
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@markrages: no creo haber visto nunca un OXCO en un reloj. Eso es una locura. ¿Sabes cuánta potencia se necesitaría para mantener ese horno en funcionamiento? De ninguna manera en el infierno que cabría en un reloj de pulsera.
Connor Wolf
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Tengo que recargar el horno varias veces al día, o comienza a perder energía y se comporta lentamente.
Markrages
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¡La estabilidad a largo plazo de la temperatura del reloj se maneja mediante acoplamiento térmico al brazo del usuario! De ahí provienen los 99 grados F citados.
Michael Karas
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Estabilidad a largo plazo y sincronización de reloj - fuente

La regulación de la frecuencia del sistema de potencia para la precisión del cronometraje no fue habitual hasta después de 1926 y la invención del reloj eléctrico accionado por un motor síncrono. Actualmente, los operadores de red regulan la frecuencia promedio diaria para que los relojes permanezcan dentro de unos segundos de la hora correcta. En la práctica, la frecuencia nominal aumenta o disminuye en un porcentaje específico para mantener la sincronización. En el transcurso de un día, la frecuencia promedio se mantiene en el valor nominal dentro de unos cientos de partes por millón. En la red síncrona de Europa continental, la desviación entre el tiempo de fase de la red y el UTC (basado en el tiempo atómico internacional) se calcula a las 08:00 cada día en un centro de control en Suiza. La frecuencia objetivo se ajusta hasta ± 0.01 Hz (± 0.02%) desde 50 Hz según sea necesario, para garantizar un promedio de frecuencia a largo plazo de exactamente 50 Hz × 60 segundos × 60 min × 24 horas = 4,320,000 ciclos por día. En Norteamérica, cuando el error excede los 10 segundos para el este, 3 segundos para Texas o 2 segundos para el oeste, se aplica una corrección de ± 0.02 Hz (0.033%). Las correcciones de error de tiempo comienzan y terminan en la hora o en la media hora

¿Por qué confiar en este método? Es una forma probada, además de que apenas se desvía en absoluto durante períodos de tiempo masivos. Si lo hace es porque está defectuoso o los mecanismos en Suiza han fallado (Europa)

La falta de mantenimiento debe ser una muy buena razón, aunque la cantidad de veces que los encargados del servicio parecen aparecer para nuestra máquina de bebidas, ¡eso descarta!

Andy alias
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¡Encontré este enlace casi al mismo tiempo que tú! Sin embargo, mi pregunta es por qué un reloj moderno seguirá utilizando este método, cuando un temporizador de cuarzo rectificado parece tan barato y simple.
Chris Gregg
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@ChrisGregg -preciso y sin mantenimiento tiene que ser la razón.
Andy alias
Supongo que la razón por la que los relojes modernos usan un temporizador de cuarzo es porque (a) los consumidores no quieren enchufarlos, y (b) el costo del cristal es más barato que el transformador de red para la lógica / pantalla / etc.
Nick T
@ChrisGregg: Cuando compra un electrodoméstico como una cafetera, esperaría que funcione bien durante varios años. Los cristales de cuarzo comienzan con una precisión de frecuencia en el rango de ~ 5-50 partes por millón (ppm) a temperatura ambiente y solo empeoran a partir de ahí debido al envejecimiento (o cambios de temperatura). Eso probablemente sería una parte de muy bajo presupuesto en una cafetera, por lo que probablemente se quedaría con un cristal de relativamente baja precisión. El rango de 5-50 ppm corresponde a una pérdida de aproximadamente 3-30 minutos por año.
Jason R
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@ChrisGregg: Un buen reloj generalmente tendrá un cristal decente; el extremo superior del rango de tolerancia (50 ppm) está reservado para dispositivos realmente baratos (u operados en un amplio rango de temperatura). Los cristales de reloj generalmente se cortan para ser más precisos a una temperatura acorde con el uso en la muñeca, por lo que siempre que los mantenga cerca de esa temperatura la mayor parte del tiempo, deberían funcionar bastante bien.
Jason R
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Como alguien me dijo una vez sobre el diseño de televisores a principios de la década de 1970, si puede guardar una "resistencia que es un héroe", la electrónica de consumo para el fabricante se trata del precio FOB, no del precio que paga como consumidor.

ReaddyEddy
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+1 por recordarnos a Muntzing .
davidcary
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Un dispositivo como una cafetera que cambia la corriente significativa a menudo cambiará en el punto de cruce cero del ciclo de la red para reducir la interferencia. Para una carga resistiva en ese punto, no fluye corriente, por lo que no se generará ninguna referencia. Puede notar que a veces encender cosas como luces que tienen un interruptor simple sin detección de cruce por cero interferirá en un pequeño grado con televisores y equipos de audio, etc.

Una vez que la línea de CA ya está siendo monitoreada para encontrar ese punto, esencialmente se convierte en una fuente de reloj 'libre'. En los países que monitorean la frecuencia de cerca y realizan ajustes para mantener la precisión a largo plazo, también será mucho más precisa durante un largo período que un reloj de cristal de cuarzo.

PeterJ
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¿Por qué cambiaría una cafetera barata? No necesita un control de grano fino para hervir agua.
Nick T
@NickT, ¿pensé que incluso los más baratos tendían a tener una configuración de tipo 'mantener caliente'?
PeterJ
Ese es un elemento calefactor diferente que tiene el tamaño adecuado. Estás diseñando demasiado estas cosas ...
Nick T