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

Question

Estoy en el ejército, destinado en Djibouti, África. En la base generamos energía de 240V/50Hz, pero algunos edificios también tienen enchufes de 120V, que supongo que se transforman en algún otro lugar de la base, probablemente en la estación generadora de diesel. También supongo que es de 50 Hz (véase más abajo).

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

Después de dos días de ajustar el reloj, esperando un café caliente al llegar al trabajo, y de encontrar que la hora en la pantalla era incorrecta, me di cuenta de que el reloj es probablemente 5/6 lento debido a que la alimentación es de 120V/50Hz en lugar de 60Hz. Un poco de tiempo confirmó que el reloj es, efectivamente, diez minutos lento cada hora.

Habría pensado que el reloj interno sería un simple reloj de cuarzo que funciona con corriente continua rectificada, pero eso no afectaría (supongo) a la frecuencia del cristal. Supongo, entonces, que el reloj es un circuito de corriente alterna diferente.

¿Hay alguna razón (coste?) para que el reloj dependa de una señal de 60 Hz?

Answer 1

Estabilidad a largo plazo y sincronización del reloj - fuente

La regulación de la frecuencia de la red eléctrica para la precisión de la hora no fue habitual hasta después de 1926 y la invención del reloj eléctrico accionado por un motor síncrono. Hoy en día, los operadores de la red regulan la frecuencia media diaria para que los relojes se mantengan a unos pocos segundos de la hora correcta. En la práctica, la frecuencia nominal se sube o baja en un porcentaje específico para mantener la sincronización. A lo largo de un día, la frecuencia media se mantiene en el valor nominal dentro de unos cientos de partes por millón. En la red sincrónica de Europa continental, la desviación entre la hora de la fase de la red y la UTC (basada en la hora atómica internacional) se calcula cada día a las 08:00 en un centro de control de Suiza. A continuación, la frecuencia objetivo se ajusta hasta ±0,01 Hz (±0,02%) a partir de 50 Hz, según sea necesario, para garantizar una media de frecuencia a largo plazo de exactamente 50 Hz × 60 s × 60 min × 24 horas = 4.320.000 ciclos al día. En Norteamérica, siempre que el error supere los 10 segundos para el este, los 3 segundos para Texas o los 2 segundos para el oeste, se aplica una corrección de ±0,02 Hz (0,033%). Las correcciones del error horario comienzan y terminan en la hora o en la media hora

Por qué confiar en este método - es una forma probada y comprobada, además de que apenas se desvía en períodos de tiempo masivos - si se desvía es porque está defectuoso o los mecanismos en Suiza han fallado (Europa)

La falta de mantenimiento debe ser una buena razón, aunque el número de veces que los chicos de servicio parecen aparecer para nuestra máquina de bebidas descarta eso.

Answer 2

¿Por qué? Has dado en el clavo, está diseñado con un presupuesto.

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

En cuanto a cómo es probable que utilice la frecuencia de la red en un circuito lógico (o con un micro), es probablemente bastante trivial. Solo hay que hacerla pasar (o probablemente la salida del transformador) por un par de pasivos (resistencias de alto valor), tal vez un diodo (o confiar en los diodos de pinza internos), y bam, reloj. Si se está diseñando con un presupuesto, probablemente no esté aislado, por lo que se pueden utilizar todo tipo de métodos divertidos para ahorrar costes.

Answer 3

Como alguien me dijo una vez sobre el diseño de televisores a principios de los años 70, si puedes salvar una "resistencia eres un héroe", la electrónica de consumo para el fabricante es el precio FOB, no el precio que pagas como consumidor.

Answer 4

Un dispositivo como una cafetera que conmuta una corriente significativa suele conmutar en el punto de cruce cero del ciclo de la red para reducir las interferencias. Para una carga resistiva, en ese punto no fluye ninguna corriente, por lo que no se genera ninguna interferencia. Puede notar que a veces el encendido de cosas como las luces que tienen un interruptor simple sin detección de cruce cero interferirá en un pequeño grado con los televisores y equipos de audio, etc.

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