Site Loader

Содержание

Часы на газоразрядных индикаторах — Практическая электроника

В последнее время очень популярны часы на газоразрядных индикаторах. Эти часы множеству людей дарят теплый свет своих ламп, создают уют в доме и непередаваемое ощущение дыхания прошлого. Давайте же в этой статье разберемся, из чего же сделаны такие часы и как они работают. Сразу скажу, что это статья обзорная, поэтому многие непонятные места будут рассмотрены в следующих статьях более подробно.

Часы можно разделить на следующие функциональные блоки:

1)Блок высокого напряжения

2)Блок индикации

3)Счетчик времени

4)Блок подсветки

Давайте разберем каждый из них более подробно.

 

Блок высокого напряжения

Для того, чтобы внутри лампы засветилась цифра, нам нужно подать на нее напряжение. Особенность газоразрядных ламп в том, что напряжение нужно довольно высокое, порядка около 200 Вольт постоянного напряжения.

Ток же для лампы, наоборот,  должен быть очень маленький.

Где же взять подобное напряжение? Первое что приходит на ум – сетевая розетка. Да, можно воспользоваться выпрямленным сетевым напряжением. Схема будет выглядеть следующим образом:

Недостатки данной схемы очевидны. Это отсутствие гальванической развязки, нет какой-либо безопасности и защиты схемы вообще. Таким образом лучше проверять лампы на работоспособность, соблюдая при этом максимальную осторожность.

В часах конструкторы пошли другим путем, повысив безопасное напряжение до нужного уровня с помощью DC-DC преобразователя. Если говорить совсем кратко, подобный преобразователь работает по принципу качелей. Мы ведь можем прикладывая легкое усилие руки к качелям придать им достаточно большое ускорение, так ведь? Так же и DC-DC преобразователь: малое напряжение раскачиваем до высокого.

Приведу одну из наиболее распространенных схем преобразователей (кликните для увеличения, схема откроется в новом окне)

 

Схема с так называемым полудрайвером полевого транзистора. Обеспечивает достаточно большую мощность, чтобы питать шесть ламп, при этом не нагреваясь как утюг.

 

Блок индикации

Следующий функциональный блок – индикация. Представляет из себя лампы, у которых катоды соединены попарно, а аноды выведены на оптопары или транзисторные ключи. Обычно в часах применяется динамическая индикация в целях экономия места на печатной плате, миниатюризации схемы и упрощения разводки платы

 

 

Счетчик времени

Следующий блок – счетчик времени. Проще всего это сделать на специализированной микросхеме DS1307

Она обеспечивает отличную точность времени. Благодаря этой микросхеме, часы сохраняют правильное время и дату, не смотря на длительное отключение питания. Производитель обещает до 10 лет (!)  автономной работы от круглой батарейки CR2032.

Вот типичная схема подключения микросхемы DS1307:

Есть также подобные микросхемы, которые выпускают множество фирм по изготовлению радиокомпонентов.

Эти микросхемы могут обеспечивать особую точность хода времени, но они будут дороже. Их применение, как мне кажется, в бытовых часах не целесообразно.

[quads id=1]

Блок подсветки

Блок подсветки самая простая часть часов. Она ставится по желанию. Это всего лишь светодиоды под каждой лампой, которые обеспечивают фоновую подсветку. Это могут быть одноцветные светодиоды, или RGB светодиоды. В последнем случае цвет подсветки можно выбрать какой угодно или вообще сделать его плавно меняющимся. В случае RGB необходим соответствующий контроллер. Чаще всего этим занимается тот же микроконтроллер, который считает время, но для упрощения программирования можно поставить дополнительный.

Ну а теперь несколько фотографий достаточно сложного проекта часов. В нем использованы два микроконтроллера PIC16F628 для управления временем и лампами и один контроллер PIC12F692 для управления RGB подсветкой.

Бирюзовый цвет подсветки:

А теперь зеленый:

Розовый цвет:

Все эти цвета настраиваются одной кнопкой. Выбрать можно какой угодно. RGB диоды способны выдать любой цвет.

А это кусочек высоковольтного преобразователя. Ниже на фото полевой транзистор, сверхбыстрый диод и накопительный конденсатор DC-DC преобразователя

Этот же преобразователь, вид снизу. Применен SMD дроссель и SMD версия микросхемы MC34063. На фото еще не смыты остатки флюса.

А это упрощенный четырехламповый вариант часиков. Так же с RGB подсветкой

Ну а это уже классика строения часов на газоразрядных лампах Sunny Clock, статическая подсветка и немного не обычный способ управления лампами с помощью пары дешифраторов К155ИД1

В следующей статье поговорим более подробно о DC-DC преобразователях и получения высокого напряжения. Так же подробно разберем процесс сборки такого преобразователя и запустим от него лампу.

Всем спасибо, с вами был El Kotto. Вступайте в группу в контакте Газоразрядные лампы (Nixie Tube), а также задавайте вопросы лично мне ElKotto, если нужны какие-то детальные подробности или помощь 😉

Продолжение

Часы на газоразрядных индикаторах.

Схема часов на газоразрядных индикаторах

Используя газоразрядные индикаторы, можно сделать очень интересные часы Nixie Clock. В этом плане у человека открывается много возможностей. Схемы для часов есть возможность использовать самые разнообразные. Дополнительно творческие люди могут подумать над интересным дизайном часов.

Некоторые считают, что газоразрядные лампы имеют множество недостатков, а потому лучше использовать люминесцентные аналоги, однако это заблуждение. В первом случае человек получает материал, который стабильно работает и не сильно перегревается. В то время как люминесцентные лампы довольно быстро выгорают, что является серьезной проблемой.

Важные элементы часов на индикаторах

Если не брать во внимание корпус устройства и непосредственно индикаторы, то основной деталью является микросхема. Именно она позволяет отображать в устройствах реальное время. Дополнительно в модель включаются транзисторы и конденсаторы. Для блоков питания в основном используются батареи. Трансформаторами, а также катушками индуктивности оснащаются далеко не все часы на газоразрядных индикаторах.

Как собрать ручные часы с транзисторами СВ303?

Часы на газоразрядных индикаторах набор транзисторов СВ303 включает биполярного типа. В первую очередь следует отметить то, что они практически не перегреваются во время работы. Если говорить о газоразрядных лампах, то их важно использовать новые, из магазина. В противном случае они в часах прослужат крайне мало. Для обозначения цифр чаще всего используют именно контакты.

Микросхема для управления обычно применяется серии К15554, а относится она к классу трехканальных, выводов на блок питания имеет два. Конденсаторы наручные часы на газоразрядных индикаторах в основном эксплуатируют именно с малой емкостью. В некоторых случаях можно встретить в устройствах стабилизаторы. В данной ситуации нагрузка с транзисторов значительно уберется. В качестве корпуса вполне реально использовать обычную коробку.

Схема устройств со стабилизаторами

Схема часов на газоразрядных индикаторах со стабилизаторами в обязательном порядке должна включать импульсные конвертеры. Необходимы они в устройствах для того, чтобы передавать сигнал от микросхемы. Конденсаторы стандартная схема часов на газоразрядных индикаторах предполагает емкостью не более 50 пФ. Транзисторы, в свою очередь, включаются биполярного типа.

Если рассматривать системы с тремя конденсаторами, то и выводов на микросхеме должно быть три. Предельное сопротивление транзисторы обязаны выдерживать 6 Ом. Если говорить о нагрузке тока, то она в часах в среднем составляет 74 А. В данном случае использовать двойные платы крайне не рекомендуется. Связано это с тем, что показатель выходного напряжения значительно возрастет. В результате человеку придется ставить предохранители.

Часы с использованием катушки индуктивности

Максимальную нагрузку катушки индуктивности способны выдерживать на уровне 5 А. Блок питания для их работы очень необходим. Непосредственно компиляционный процесс осуществляется в два этапа. В первую очередь к работе подключаются конденсаторы. В данном случае их используют только электролитического типа. На втором этапе попарно активизируются резисторы. Газоразрядные индикаторы в этой ситуации внутреннее сопротивление держат до 50 Ом. Чтобы обезопасить устройство, многие советуют использовать систему защиты, которая исключает короткие замыкания.

Модели на выпрямителях с индикаторами ИН-12Б

Индикаторы газоразрядные ИН-12Б с выпрямителями позволяют держать частоту в цепи на уровне 60 Гц. За счет этого напряжение на выходе не превышает 15 В. Стабилизаторы в платах, как правило, используются линейного типа. Защита от коротких замыканий в данном случае очень важна. Для того чтобы транзисторы могли выдерживать большое сопротивление, используют их с маркировкой РР200.

Биполярные элементы в часах, как правило, применяются редко. Непосредственно платы устанавливаются для часов серии К155. Тепловая проводимость у них довольно хорошая и в целом они отличаются отличными характеристиками. Преобразователи в системе используются довольно редко. В охлаждении резисторы в принципе не нуждаются, и это плюс. Газоразрядные индикаторы в этой ситуации сопротивление держат до 50 Ом.

Варианты с датчиками температуры

Часы на газоразрядных индикаторах с датчиками температуры позволяют контролировать основные элементы в цепи. Как правило, заранее очень сложно рассчитать тепловую нагрузку на определенную пару резисторов. В результате установленный предохранитель может ситуацию не спасти. Также от повышения температуры в часах страдают трансформаторы. Когда на вторичную обмотку подается большое напряжение, ее целостность может быть нарушена.

Часы с использованием преобразователей

Преобразователи в часах чаще всего используются самые обычные. В данном случае они позволяют в устройстве не устанавливать трансформатор. Однако минусы в таком случае также имеются, и их следует учитывать. В первую очередь недостаток преобразователей заключается в большом напряжении на входе, которое порой может превышать 16 В. Согласование всех уровней в такой ситуации значительно усложняется.

Переключение катодов может осуществляться с малой задержкой. Решить все эти проблемы можно при помощи микроконтроллеров. Специалисты советуют использовать их именно серии «Мега 8». Для регулировки часов понадобится всего три кнопки. Некоторые перед началом сборки затрудняются в выборе светодиодов. На сегодняшний день наиболее подходящими принято считать элементы с красным цветом. Смотреться в конечном счете они в квартире будут просто изумительно. Для цифр в газоразрядных лампах, как всегда, используют контакты.

Система вентиляции в устройствах

Система вентиляции в часах может быть различной. Самым простым способом для охлаждения делателей устройства принято считать естественную вентиляцию при помощи отверстий на корпусе. Сделать их можно с двух сторон сразу. Важно при этом понимать, что больше всего в часах перегревается именно преобразователь. Учитывая это, перекрывать его платой в корпусе крайне не рекомендуется. Если рассматривать модели с блоками питания на 15 В, то максимальная температура преобразователей там составит примерно 40 градусов. Это является нормой, и нет никакой необходимости оснащать часы Nixie Clock куллером.

Схема часов с внутренними генераторами

Схемы на газоразрядных индикаторах с внутренними генераторами предполагают использование блоков питания на 30 В. Внутренне сопротивление в данном случае повысится до 2 Ом. Нагрузка максимум на транзисторы оказывается 5 А. Для выбора тактового сигнала нужно использовать микроконтроллеры. Точность хода тока зависит исключительно от кварца. Транзисторы простые схемы на газоразрядных индикаторах, как правило, предусматривают биполярного типа.

Датчики температуры устанавливаются довольно редко. Объясняется это тем, что в системе абсолютно не нужен трансформатор с вторичной обмоткой. В результате тепловая проводимость будет довольно низкая. Анодные ключи для портов применяются. Подходят они только для плат на три разъема. Микроконтроллеры серии «Мега 8» в данном случае будут уместными. Для прошивки платы необходим высокий порог мониторинга.

Часы на конденсаторах РР22

Часы на газоразрядных индикаторах на конденсаторах данного типа позволяют более стабильно передавать сигнал. Порог мониторинга в данном случае будет довольно высоким. Резисторы в часах используются только с сопротивлением не ниже 6 Ом. Напряжение на входе должно составлять не менее 6 В. Согласование уровней происходит только за счет переключения катодов.

Преобразователи для конденсаторов данного типа подходят серии «Степ Ап». Дополнительно следует позаботиться о системе защиты, чтобы исключить случаи коротких замыканий. Микросхемы к конденсаторам используют только на два выхода. При этом портов может быть до пяти штук. Стабилизаторы для конденсаторов применяются в основном линейного класса. Предельное напряжение на входе должно минимум составлять 5 В.

Есть ли часы с двумя микросхемами

Часы на газоразрядных индикаторах с двумя микросхемами на сегодняшний день встречаются довольно редко. Необходимы они для более быстрой синхронизации процесса. В этом случае переключение катодов ламп осуществляется за считанные нс. Биполярные транзисторы для таких часов использоваться не могут. Минимальный уровень сопротивления в данном случае должен находится на уровне 50 Ом.

В свою очередь, транзисторы обязаны выдерживать напряжение тока в 30 А. Конвертеры в часах, как правило, устанавливают импульсного типа. За счет этого переключение на двоичный формат происходит быстро. Непосредственно согласование уровней происходит в микроконтроллере. Регулировать напряжение в устройстве можно за счет стабилизатора. Однако минимальная емкость конденсатора должна составлять 22 пФ.

Модели на предохранителях КА445

Данные предохранители по своему типу относятся к электролитическим. Предельную емкость они имеют ровно 10 пФ. В начале цепи они, как правило, располагаются перед транзисторами. Светодиоды в часах важно использовать с высокой пропускной способностью. На микросхеме должно быть предусмотрено как минимум три порта. При этом стабилизатор линейного типа припаивается обязательно. С высоким входным напряжением в значительной мере поможет справиться предохранитель.

Если исключить использование в часах преобразователя, то можно взять трансформатор с вторичной обмоткой. Устанавливается он перед блоком питания. Предохранители специалисты советуют использовать только плавкого типа. Прослужат они в часах довольно долго. Перед кварцами резисторы важно устанавливать с пределом 33 Ом. Блок питания должен быть рассчитан на 15 В. В результате предельная частота в системе будет колебаться в районе 60 Гц.

Часы на газовых лампах. Макетный образец часов на газоразрядных индикаторах

Вызвала множество вопросов от желающих собрать ее, либо от уже собравших, да и сама схема часов претерпела некоторые изменения, я решил написать еще одну статью, посвященную часам на газоразрядных индикаторах. Здесь я опишу улучшения/исправления как схемы, так и прошивки.

Итак, самым первым неудобством при использовании данных часов в квартире, явилась яркость. Если днем она совершенно не мешала, то ночью неплохо освещала комнату, мешая спать. Особенно это стало заметно после переделки платы и установки синих светодиодов в подсветку (красная подсветка оказалась неудачным вариантом, т.к. красный свет заглушал свечение ламп). Уменьшение яркости по времени большого эффекта не давало, т.к. спать я ложусь в разное время, а часы уменьшают яркость в одно и то же. Или же я еще бодрствую, а яркость снизилась и времени не видно. Поэтому я решил добавить датчик освещенности, а проще говоря фоторезистор. Благо выводов АЦП для подключения было предостаточно. Делать прямую зависимость яркости от уровня освещенности я не стал, а просто задал пять градаций яркости. Диапазон значений АЦП был поделен на пять промежутков и каждому промежутку задано свое значение яркости. Измерение производится каждую секунду. Выглядит новый узел схемы — вот так:

В роли датчика освещенности выступает обычный фоторезистор.

Следующее изменение коснулось схемы питания часов. Дело в том, что использование линейного стабилизатора накладывало ограничения на диапазон питающего напряжения, плюс сам стабилизатор грелся во время работы, особенно при полной яркости светодиодов. Нагрев был слабый, но хотелось избавиться от него полностью. Поэтому в схему добавился еще один импульсный стабилизатор, на это раз понижающий (Step-Down). Микросхема осталась та же, что и в Step-Up преобразователе, изменилась лишь схема.

Тут все стандартно, из даташита. Ток, требуемый схеме для работы, меньше 500мА и внешний транзистор не нужен, хватает внутреннего ключа микросхемы . В итоге всякий нагрев питающей части схемы прекратился. Кроме этого данный преобразователь не боится КЗ на выходе и перегрузок. А так же занимает меньше места на плате и от случайной переполюсовки питаюещего напряжения защитит. В общем сплошные плюсы. Правда, должны были возрасти пульсации по питанию, но на работу схемы это никакого влияния не оказывает.

Помимо электронной части изменился и внешний вид устройства. Больше в нем нет огромной кучи проводов. Все собрано на двух платах, которые сложены “бутербродом” и соединены через разъемы типа PLS/PBS. Сами платы скреплены при помощи винтов. На верхней плате находятся лампы, анодные транзисторные ключи и светодиоды подсветки. Сами светодиоды установлены за лампами, а не под ними. А на нижней расположились схемы питания, а также МК с обвязкой (на фото более старая версия часов, в которых еще не было датчика освещенности). Размер плат 128х38мм.

Лампы ИН-17 были заменены на ИН-16. Размер символа у них одинаковый, а вот форм-фактор отличается: После того, как все лампы стали “вертикальными”, упростилась разводка платы и улучшился внешний вид.

Как видно на фото, все лампы установлены в своеобразные панельки. Панельки для ИН-8 изготовлены из контактов разъема D-SUB формата “мама”. После снятия металлической оправы, он легко и непринужденно расстается с этими самыми контактами. Сам разъем выглядит вот так:

А для ИН-16 из контактов обычной цанговой линейки:

Думаю, что надо сразу положить конец возможным вопросам о необходимости такого решения. Во-первых, всегда присутствует риск разбить лампу (может кошка залезет или за провод дернут, в общем всякое бывает). А во-вторых, толщина вывода разъема гораздо меньше толщины вывода лампы, что сильно упрощает разводку платы. Плюс при запайке ламы в плату, существует опасность нарушения герметичности лампы в связи с перегревом вывода.

Ну и как обычно схема всего устройства:

И видео работы:

Работают стабильно, за полгода работы багов не выявлено. Летом стояли больше месяца без питания, пока был в отъезде. Приехал, включил – время никуда не убежало и режим работы не сбился.

Управление часами осуществляется следующим образом. При кратковременном нажатии кнопки BUTTON1 переключается режим работы (ЧАСЫ, ЧАСЫ+ДАТА, ЧАСЫ+ТЕМПЕРАТУРА, ЧАСЫ+ДАТА+ТЕМПЕРАТУРА). При удержании этой же кнопки, включается режим настройки времени и даты. Изменение показаний осуществляется кнопками BUTTON2 и BUTTON3, а переход по настройкам — кратковременным нажатием BUTTON1. Включение/отключение подсветки осуществляется удержанием кнопки BUTTON3.

Теперь можно перейти к следующей версии схемы. Она выполнена всего на четырех лампах ИН-14. Маленькие лампы для секунд просто негде взять, как, в прочем и ИН-8. Зато купить ИН-14 по приемлемой цене никаких проблем не составляет.

В схеме отличий почти нет, те же два импульсных преобразователя по питанию, тот же микроконтроллер AtMega8, те же анодные ключи. Та же RGB подсветка… Хотя стоп, никакой RGB подсветки не было. Значит отличия все-таки есть! Теперь часы умеют светиться разными цветами. Причем программа предусматривает возможность перебирать перебора цветов по кругу, а также возможность фиксации понравившегося цвета. Естественно, с сохранением самого цвета и режима работы в энергонезависимую память МК. Долго думал, как бы поинтереснее задействовать точки (их две в каждой лампе) и в конце концов вывел на них секунды в двоичном формате. На лампах часов идут десятки секунд, а на лампах минут – единицы. Соответственно, если у нас к примеру 32 секунды, то из точек левых ламп будет составлено число 3, а правых – 2.

Форм-фактор остался “бутербродным”. На нижней плате расположились два преобразователя для питания схемы, МК, К155ИД1, DS1307 с батарейкой, фоторезистор, датчик температуры (теперь он только один) и транзисторные ключи точек ламп, и RGB подсветки.

А на верхней анодные ключи (они, кстати, теперь в SMD исполнении), лампы и светодиоды подсветки.

В сборе все выглядит вполне прилично.

Ну и видео работы:

Управление часами осуществляется следующим образом. При кратковременном нажатии кнопки BUTTON 1 переключается режим работы (ЧАСЫ, ЧАСЫ+ДАТА, ЧАСЫ+ТЕМПЕРАТУРА, ЧАСЫ+ДАТА+ТЕМПЕРАТУРА). При удержании этой же кнопки, включается режим настройки времени и даты. Изменение показаний осуществляется кнопками BUTTON2 и BUTTON3, а переход по настройкам — кратковременным нажатием BUTTON1. Изменение режимов подсветки подсветки осуществляется кратковременным нажатием кнопки BUTTON3.

Фьюзы остались такими же, как и в первой статье. МК работает от внутреннего генератора 8 МГц. В шестнадцатеричном виде: HIGH: D9 , LOW: D4 и картинкой:

Прошивки МК, исходники и печатные платы в формате прилагаются.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
С RGB-подсветкой
U1 Микросхема К155ИД1 1 В блокнот
U2 МК AVR 8-бит

ATmega8A-AU

1 В блокнот
U3 Часы реального времени (RTC)

DS1307

1 В блокнот
U4, U5 DC/DC импульсный конвертер

MC34063A

2 В блокнот
P9 Датчик температуры

DS18B20

1 В блокнот
Q1, Q2, Q7-Q10 Биполярный транзистор

MPSA42

6 MMBTA42 В блокнот
Q2, Q4-Q6 Биполярный транзистор

MPSA92

4 MMBTA92 В блокнот
Q11-Q13, Q16 Биполярный транзистор

BC857

4 В блокнот
Q14 Биполярный транзистор

BC847

1 В блокнот
Q15 MOSFET-транзистор

IRF840

1 В блокнот
D1 Выпрямительный диод

HER106

1 В блокнот
D2 Диод Шоттки

1N5819

1 В блокнот
L1, L2 Катушка индуктивности 220мкГн 2 В блокнот
Z1 Кварц 32.768 кГц 1 В блокнот
BT1 Батарея Батарея 3В 1 В блокнот
HL1-HL4 Светодиод RGB 4 В блокнот
R1-R4 Резистор

12 кОм

4 В блокнот
R5, R7, R9, R11, R34, R35 Резистор

10 кОм

6 В блокнот
R8, R10, R12, R14 Резистор

1 MОм

4 В блокнот
R13-R18, R37, R38, R40 Резистор

1 кОм

9 В блокнот
R19, R20, R33, R39, R41-R43, R46, R47, R51, R53 Резистор

4.7 кОм

11 В блокнот
R21, R24, R27, R30 Резистор

68 Ом

4 В блокнот
R22, R23, R25, R26, R28, R29, R31, R32 Резистор

100 Ом

8 В блокнот
R36 Резистор

20 кОм

1 В блокнот
R44 Резистор

Есть в наличии

Купить оптом

Набор для сборки часов на лампах ИН-14 представляет собой конструктор для сборки ламповых часов на газоразрядных индикаторах в стиле ретро. Часы оснащены будильником и имеют энергонезависимую память. Набор включает в себя платы и полный набор компонентов для сборки (поставляется в комплекте с радиолампами). В конце увлекательной сборки вы получаете готовое изделие, которое будет радовать вас теплым ламповым светом.

Набор предназначен для обучения навыкам пайки, чтения схем и практической настройки собранных устройств, позволяет радиолюбителю понять, как работает микроконтроллер. Будет интересен и полезен при знакомстве с основами электроники и получении опыта сборки и настройки электронных устройств.

Технические характеристики

Особенности
  • Режим антиотравления катода (перед сменой минут происходит быстрый перебор всех цифр во всех лампах)
  • Будильник

Дополнительная информация

Газоразрядные индикаторы ИН-14 производились в прошлом веке и использовались для отображения информации (цифровой, символьной), на основе тлеющего разряда. В настоящее время данные лампы используются для создания часов.

Часы оснащены будильником.

Часы имеют энергонезависимую память — в комплект входит батарейка CR 2032.

Управление часами происходит тремя кнопками. С помощью кнопки «функция» происходит перебор режимов. С помощью кнопок «установки значения» происходит смена значения в том или ином режиме.

Кабель питания в комплект не входит.

Конструктивно устройство выполнено на двух печатных платах из фольгированного стеклотекстолита с размерами 116×38 мм. Расстояние между соединенными платами – 11 мм. Монтируйте компоненты на высоту до 10 мм. Отдельное внимание уделите размерам полярных конденсаторов. Для «стройного» монтажа индикаторных ламп между выводами ИН-14 воткните две спички. Гребенка штырей на плате индикаторов монтируется со стороны дорожек (паяем штыри, затем сдвигаем пластиковую «обойму» к плате).

Раз в минуту, когда происходит смена знака включается режим антиотравления катода ламп. В этот момент происходит перебор всех знаков в каждом индикаторе, что делает работу часов еще более эффектнее.

ВНИМАНИЕ! После включения не дотрагивайтесь до компонентов и токоведущих дорожек платы, схема находится под высоким напряжением порядка 180В. Данное напряжение требуется для питания лаповых индикаторов. Будьте внимательны соблюдайте правило работы с высоким напряжением.

Статьи

Схемы

Электрическая схема

Комплект поставки

Что потребуется для сборки
  • Паяльник
  • Припой
  • Бокорезы

Настройка
  • Правильно собранное устройство не требует настройки и начинает работать сразу.

Меры предосторожности
  • ВНИМАНИЕ! После включения не дотрагивайтесь до компонентов и токоведущих дорожек платы, схема находится под высоким напряжением порядка 180В. Данное напряжение требуется для питания лаповых индикаторов. Будьте внимательны соблюдайте правило работы с высоким напряжением.

Техническое обслуживание
  • Если после включения индикатор показывает двойные значения, необходимо еще раз тщательно промыть плату от остатков флюса.

Внимание!
  • В целях предотвращения отслаивания печатных проводников и перегрева элементов, время пайки каждого контакта не должно превышать 2-3 с
  • Для работы используйте паяльник мощностью не более 25 Вт с хорошо заточенным жалом.
  • Рекомендуется применять припой марки ПОС61М или аналогичный, а также жидкий неактивный флюс для радиомонтажных работ (например, 30% раствор канифоли в этиловом спирте или ЛТИ-120).

Вопросы и ответы
  • Добрый день. 1) Есть ли в проодаже какие-либо корпуса для этих часов (заготовки) 2) Есть ли у этих часов светодиодная подсветка цоколей ИН-14
    • Добрый день. 1. Корпусов нет, необходимо изготавливать самостоятельно. 2. Не, подсветки нет.

Всем привет. Хочу рассказать, о моей недавней «поделке», а именно часах на газоразрядных индикаторах (ГРИ).
Газоразрядные индикаторы давно уж канули в лету, лично меня они даже самые «новые» старше. Использовали ГРИ в основном в часах и измерительных приборах, позже на их место пришли вакуумно-люминесцентные индикаторы.
Так что же из себя представляет лампа ГРИ? Это стеклянный баллон (это же ведь лампа!) наполненный внутри неоном с небольшим количеством ртути. Внутри так же расположены электроды, изогнутые в виде цифр или знаков. Интересно то, что символы расположены друг за другом, следовательно, каждый символ светится на своей глубине. Если есть катоды, должен быть и анод! – он один на всех. Так вот, чтобы зажечь определенный символ в индикаторе, нужно приложить напряжение, причем не малое, между анодом и катодом соответствующего символа.
Для справки хотелось бы написать, как же происходит свечение. При приложении высокого напряжения между анодом и катодом газ в лампе, который до этого был нейтрален, начинает ионизироваться (т.е. из нейтрального атома образуется положительный ион и электрон). Образовавшиеся положительные ионы, начинают двигаться к катоду, высвободившееся электроны, к аноду. При этом электроны «по пути» дополнительно ионизируют атомы газа, с которыми сталкиваются. В результате возникает лавинообразный процесс ионизации и появляется электрический ток в лампе (тлеющий разряд). Так вот теперь самое интересное, помимо процесса ионизации, т.е. образования положительного иона и электрона, существует и обратный процесс, называют его рекомбинацией. Когда положительный ион и электрон «превращаются» опять в одно целое! При этом происходит выделение энергии в виде свечения, которое мы и наблюдаем.
Теперь непосредственно к часам. Лампы я использовал ИН-12А. Они имеют не совсем классическую форму ламп и содержат символы 0-9.
Прикупил я изрядное количество ламп, которые не были в использовании!

Так сказать, чтоб на всех хватило!
Интересно было сделать миниатюрное устройство. В итоге получились довольно компактное произведение.
Корпус вырезал на лазерном станке из черного акрила по 3D модели, которую делал исходя из печатных плат:


Схема устройства.
Часы состоят из двух плат. На первой плате расположены четыре лампы ИН-12А, дешифратор К155ИД1 и оптроны, для управления анодами ламп.


Так же на плате имеются входы для подключения питания, управления оптронами и дешифратором.
Вторая плата – это уже мозг часов. На ней расположен микроконтроллер, часы реального времени, блок преобразования 9В в 12В, блок преобразования 9В в 5В, две кнопки управления, пищалка и выводы всех сигнальных проводов, совпадающих с платой индикации. Часы реального времени имеют резервную батарею, что не позволяет сбиваться времени при отключении основного питания. Питание производится от блока 220В-9В (достаточно 200мА).


Соединяются эти платы с использованием штыревого разъема, но не вставкой, а пайкой!


Собирается все это дело таким образом. Сначала длинный винт М3*40. На этот винт одевается трубка от воздушного шланга 4мм (он плотный, и подходит для удерживания печатных плат, я его очень часто использую). Потом между печатными платами стойка (печатал на 3D принтере) и потом латунная сквозная гайка все это затягивает. И задняя стенка будет крепиться тоже болтами М3 к сквозным латунным гайкам.


При сборке выяснилась такая неприятная особенность. Прошивку написал, но часы отказывались работать, лампы мерцали в непонятном порядке. Проблема решилась установкой дополнительного конденсатора между +5В и массой прямо возле микроконтроллера. Его видно на фото сверху (установил его в разъем для программирования).
Файлы проекта в программе EagleCAD и прошивку в CodeVisionAVR прилагаю. Можете модернизировать если необходимо в своих целях)))
Прошивка часов сделана довольно просто без наворотов! Просто часы. Две кнопки управления. Одна кнопка-«режим», вторая «настройка». Нажав кнопку «режим» в первый раз, отображаются только цифры, отвечающие за часы, если в этом режиме нажать «настройка», то часы начнут увеличиваться (при достижении 23 сбрасываются в 00). Если нажать еще раз на «режим», будут отображаться только минуты. Соответственно, если нажать в этом режиме «настройка», будут увеличиваться минуты так же в «круговом» порядке. При еще одном нажатии на «режим» – отображаются и часы и минуты. При изменении часов и минут, секунды обнуляются.

В данной статье речь пойдет об изготовлении оригинальных и необычных часов. Их необыкновенность заключается в том, что индикация времени осуществляется при помощи цифровых индикаторных ламп. Таких ламп, когда-то, было выпущено огромное количество, как у нас, так и за рубежом. Использовались они во многих устройствах, начиная от часов и заканчивая измерительной техникой. Но после появления светодиодных индикаторов лампы постепенно вышли из употребления. И вот, благодаря развитию микропроцессорной техники стало возможным создание часов с относительно простой схемой на цифровых индикаторных лампах.

Думаю, не лишним будет сказать, что в основном использовались лампы двух типов: люминесцентные и газоразрядные. К преимуществам люминесцентных индикаторов следует отнести низкое рабочее напряжение и наличие нескольких разрядов в одной лампе (хотя среди газоразрядных тоже встречаются такие экземпляры, но найти их значительно сложнее). Но все плюсы данного типа ламп перекрывает один огромный минус – наличие люминофора, который со временем выгорает, и свечение тускнеет или прекращается. По этой причине нельзя использовать б/у лампы.

Газоразрядные индикаторы избавлены от этого недостатка, т.к. в них светится газовый разряд. По сути, этот тип ламп представляет собой неоновую лампу с несколькими катодами. Благодаря этому срок службы у газоразрядных индикаторов гораздо выше. Кроме этого, одинаково хорошо работают и новые и б/у лампы (а часто б/у работают лучше). Без недостатков все же не обошлось — рабочее напряжение газоразрядных индикаторов больше 100 В. Но решить вопрос с напряжение гораздо проще, чем с выгорающим люминофором. В интернете такие часы распространены под названием NIXIE CLOCK:

Сами индикаторы выглядят вот так:

Итак, на счет конструктивных особенностей вроде все понятно, теперь приступим к проектированию схемы наших часов. Начнем с проектирования высоковольтного источника напряжения. Тут есть два пути. Первый – применить трансформатор со вторичной обмоткой на 110-120 В. Но такой трансформатор будет либо слишком громоздкий, либо его придется мотать самому (перспектива так себе). Да и напряжение регулировать проблематично. Второй путь – собрать step up преобразователь. Ну тут уж плюсов побольше будет: во-первых, он займет мало места, во-вторых, в нем присутствует защита от КЗ и, в-третьих, можно легко регулировать напряжение на выходе. В общем, есть все, что для счастья надо. Я выбрал второй путь, т.к. искать трансформатор и обмоточный провод никакого желания не было, да и миниатюрности хотелось. Преобразователь решено было собирать на MC34063, т.к. был опыт работы с ней. Получилась вот такая схема:

Сначала она была собрана на макетной плате и показала отличные результаты. Все запустилось сразу и никакой настройки не потребовалось. При питании от 12В. на выходе получилось 175В. В собранном виде блок питания часов выглядит следующим образом:

На плату сразу был установлен линейный стабилизатор LM7805 для питания электроники часов и трансформатор.
Следующим этапом разработки было проектирование схемы включения ламп. В принципе, управление лампами ничем не отличается от управления семисегментными индикаторами, за исключением высокого напряжения. Т.е. достаточно подать положительное напряжение на анод, и соединить с минусом питания соответствующий катод. На этом этапе требуется решить две задачи: согласование уровней МК (5В) и ламп (170В), и переключение катодов ламп (именно они являются цифрами). После некоторого времени размышлений и экспериментов была создана вот такая схема для управления анодами ламп:

А управление катодами осуществляется очень легко, для этого придумали специальную микросхему К155ИД1. Правда, они давно сняты с производства, как и лампы, но купить их не составляет проблем. Т.е. для управления катодами требуется всего лишь подключить их к соответствующим выводам микросхемы и подать на вход данные в двоичном формате. Да, чуть не забыл, питается она от 5В. (ну очень удобная штуковина). Индикацию было решено сделать динамической, т.к. в противном случае пришлось бы ставить К155ИД1 на каждую лампу, а их будет 6 штук. Общая схема получилась такой:

Под каждой лампой я установил яркий светодиод красного цвета свечения (так красивее). В собранном виде плата выглядит вот так:

Панельки под лампы найти не удалось, поэтому пришлось импровизировать. В итоге были разобраны старые разъемы, похожие на современные COM, из них были извлечены контакты и после некоторых манипуляций с кусачками и надфилем они были впаяны в плату. Для ИН-17 панельки делать не стал, сделал только для ИН-8.
Самое сложное позади, осталось разработать схему “мозга” часов. Для этого я выбрал микроконтроллер Mega8. Ну а дальше все совсем легко, просто берем и подключаем к нему все так, как нам удобно. В итоге в схеме часов появились 3 кнопки для управления, микросхема часов реального времени DS1307, цифровой термометр DS18B20, и пара транзисторов для управления подсветкой. Для удобства анодные ключи подключаем на один порт, в данном случае это порт С. В собранном виде это выглядит вот так:

На плате есть небольшая ошибка, но в приложенных файлах плат она исправлена. Проводами подпаян разъем для прошивки МК, после прошивки устройства его следует отпаять.

Ну а теперь неплохо было бы нарисовать общую схему. Сказано – сделано, вот она:

А вот так все это выглядит целиком в собранном виде:

Теперь осталось всего лишь написать прошивку для микроконтроллера, что и было сделано. Функционал получился следующий:

Отображение времени, даты и температуры. При кратковременном нажатии кнопки MENU происходит смена режима отображения.

1 режим — только время.
2 режим — время 2 мин. дата 10 сек.
3 режим — время 2 мин. температура 10 сек.
4 режим — время 2 мин. дата 10 сек. температура 10 сек.

При удержании включается настройка времени и даты, переход по настройкам по нажатию кнопки MENU

Максимальное количество датчиков DS18B20 – 2. Если температура не нужна, можно их вообще не ставить, на работу часов это никак не повлияет. Горячего подключения датчиков не предусмотрено.

При кратковременном нажатии на кнопку UP включается дата на 2 сек. При удержании включается/выключается подсветка.

При кратковременном нажатии на кнопку DOWN включается температура на 2 сек.

С 00:00 до 7:00 яркость понижена.

Работает все это дело вот так:

К проекту прилагаются исходники прошивки. Код содержит комментарии так что изменить функционал будет не трудно. Программа написана в Eclipse, но код без каких-либо изменений компилируется в AVR Studio. МК работает от внутреннего генератора на частоте 8МГц. Фьюзы выставляются вот так:

А в шестнадцатеричном виде вот так: HIGH: D9 , LOW: D4

Также прилагаются платы с исправленными ошибками:

Данные часы работают в течение месяца. Никаких проблем в работе выявлено не было. Стабилизатор LM7805 и транзистор преобразователя едва теплые. Трансформатор нагревается градусов до 40, поэтому если планируется установка часов в корпус без вентиляционных отверстий, трансформатор придется взять большей мощности. В моих часах он обеспечивает ток в районе 200мА. Точность хода сильно зависит от примененного кварца на 32,768 КГц. Кварц, купленный в магазине, ставить не желательно. Наилучшие результаты показали кварцы из материнских плат и мобильных телефонов. Добавить метки

Соберем часы на газоразрядных индикаторах, максимально просто и доступно, на сколько это вообще возможно.

Автором данной самоделки является AlexGyver, автор одноименного YouTube канала.

В настоящее время большинство газоразрядных индикаторов больше не производится, и остатки советских индикаторов можно найти только на барахолке или радиорынке. В магазинах их найти очень трудно. Но чем меньше становится этих индикаторов, тем больше к ним растёт интерес. Растёт он у любителей ламповости, винтажа и конечно же пост апокалипсиса.


Итак, мы хотим сделать часы на их основе, и ради простоты и максимальной доступности будем управлять индикаторами при помощи микроконтроллера в лице платформы ардуино, которая подключается к компьютеру по USB и в неё по клику мышки загружается прошивка. Между ардуиной и индикаторами нам нужна ещё некоторая электроника , которая будет раздавать сигналы по ногам индикаторов. Значит, во-первых, нам нужен генератор, который будет создавать высокое напряжение для питания индикаторов.

Часы работают от постоянного напряжения около 180В. Этот генератор устроен очень просто и работает на индуктивных выбросах. Частоту генератора задаёт шим контроллер, при частоте в 16кГц на выходе получаем напряжение 180В. Но не смотря на высокое напряжение, генератор очень и очень слабый, так что о других его применениях даже не думайте, он способен только на тлеющий разряд в инертном газе. Это напряжение, а именно +, через высоковольтные оптопары направляется на индикаторы. Сами оптопары управляются ардуиной, то есть она может подать +180В на любой индикатор. Чтобы цифра в индикаторе засветилась, нужно подать на неё землю, и этим занимается высоковольтный дешифратор – советская микросхема. Дешифратор тоже управляется ардуиной и может подключить к земле любую цифру.


А теперь внимание: индикаторов у нас 6, а дешифратор 1. Как же это работает? На самом деле дешифратор подключен сразу ко всем индикаторам, то есть ко всем их цифрам, и работа дешифратора и оптопар синхронизирована таким образом, что в один момент времени напряжение подаётся только на одну цифру одного индикатора, то есть оптопара очень быстро переключают индикаторы, а дешифратор зажигает на них цифры, и нам кажется, что все цифры горят одновременно. На деле же каждая цифра горит чуть больше 2 миллисекунд, затем сразу включается другая, суммарная частота обновления 6-ти индикаторов составляет около 60Гц, то есть кадров в секунду, а учитывая инертность процесса, глаз никаких мерцаний не замечает. Такая система называется динамическая индикация и позволяет очень сильно упростить схему.


В общем и целом, схема часов получается весьма и весьма сложной, поэтому разумно сделать для неё печатную плату.


Плата универсальная для индикаторов ИН12 и ИН14. На этой плате, помимо всей необходимой для индикаторов обвязки, предусмотрены места для следующих железок: кнопка включения/выключения будильника, выход на пищалку будильника, термометр + гигрометр DHT22, термометр DS18b20, модуль реального времени на чипе DS3231 и 3 кнопки для управления часами.

Всё перечисленное железо является опциональным, и его можно подключать, а можно и не подключать, это всё настраивается в прошивке. То есть на этой плате можно сделать просто часы, вообще без кнопок и без всего, а можно сделать часы с будильником, отображением температуры и влажности воздуха, вот такая вот универсальная плата. Печатку естественно решили заказать у китайцев, потому что есть очень много тонких дорожек и переходов на другую сторону платы. Так называемый гербер файл платы вы найдёте в архиве, который можно скачать на .

Дорожек в этом проекте много, особенно тонких на плате с индикаторами.


Плату нужно распилить на части, так как она двухэтажная. Но лучше не пилить, стеклянная пыль очень вредна для лёгких. Закалённым саморезом царапаем плату и аккуратно ломаем в тисках.


В общем сейчас нужно запаять все компоненты на плату согласно подписям и рисункам на шелкографии. Также нужно будет купить рейку с пинами, чтобы соединить части платы.


В проекте используется полноразмерная Arduino Nano. Сделано это для упрощения загрузки прошивки даже для самых новичков.


Итак, собрали нижнюю плату. Сначала нужно протестировать работу генератора. Если он собран неправильно, то может бахнуть конденсатор. Так что накрываем его чем-нибудь и включаем питание.


Ничего не бахнуло, это хорошо. Аккуратно измеряем напряжение на ногах конденсатора, должно быть 180В.


Отлично. Внимательно смотрим как паять индикаторы. На всех индикаторах одна нога помечена белым — это анод.


Лампу нужно вставлять так, чтобы анодная нога попала вот в это отверстие, это анодные дороги.


После пайки обязательно отмойте флюс, иначе вместо одной цифры могут гореть несколько. Далее распаиваем оставшиеся датчики и пищалки, если они нужны, и паяем провода для подключения кнопок.


Датчик температуры пришлось выносить на проводах, чтобы разместить его подальше от источников нагрева.


Все кнопки и выключатель будильника выносим на проводах. Модуль часов тоже сделаем на проводах.
Со качаем архив, в котором есть прошивка и библиотеки. Загружаем прошивку.


Проверяем.


Всё работает! Поздравляю, мы сделали ламповые часы.
Теперь, что касается корпуса. Автор долго искал максимально доступный и деревянный вариант, и таки нашёл вот такую заготовку для самодельной шкатулки, которая идеально подходит по размеру к плате.


Также делаем отверстия под пищалки, провода, кнопки и переключатели.


Плату нужно приподнять, автор использует обычные стойки для печатных плат.


Корпус автор покрасил под орех. Не очень удачно, лучше используйте морилку.


Готово! Осталось показать, как всем этим пользоваться. Перед прошивкой можно настроить некоторые моменты: времена режима часов и режима отображения температуры и влажности. Автор поставил 10 секунд на часы и 5 на температуру. Температура, к слову, слева, влажность справа.

Часы из Метро Исход на газоразрядных лампах (первый блин комом)

804

Идея и формирование задачи

Если приглядеться к картинке ранних часов из предыдущей версии игры Метро, можно разглядеть на лампах название ИН-12Б.

Но проблема в том, что они слишком большие для наручных часов (21х31 мм и 28мм в высоту). В СССР выпускалось довольно большое разнообразие знаковых газоразрядных индикаторов от ИН-1 до ИН-18. Цифра в обозначении означает размер, чем больше цифра, тем меньше размер. Четные номера означали вертикальное расположение символов относительно выводов лампы. Соответственно нечетные номера означали что плоскость индикаторов будет параллельна плате, на которой расположена лампа. Приходим к выводу — на нужна самая маленькая горизонтальная лампа, это ИН-17.

Газоразрядный индикатор устроен не многим сложнее чем неоновые лампочки встроенные во многие выключатели света в квартирах ( когда свет выключен, на выключателе светится оранжевая лампочка). Только тут в одном стеклянном корпусе электроды в виде цифр находятся стопкой друг над другом. Это минус, т. к. они частично перекрывают друг друга. Но иначе ни как. Так же в трубке есть один общий электрод, к которому подключается плюс. Стеклянный корпус наполнен инертным газом и небольшим количеством паров ртути. Если между общим анодом и любым другим катодом подать напряжение 180 вольт вокруг катода возникает оранжевое свечение, называемое тлеющим разрядом.

Почему такие же точно часы как в игре, в реальности сделать нельзя

Из-за того что электроды в лампе расположены стопкой, высота самой лампы получается очень большой (22мм сам корпус, плюс 4-7мм хрупкий сосок, через который лампу наполняют газами) А ведь в игре часы плоские и маленькие, совсем как обычные наручные.

Мой первый образец получился 40мм!!! в высоту и более 70 в диаметре. Если такой диаметр смотрится еще нормально, то вот высота вызывает ассоциации с башней Саурона.

Вторым аспектом газоразрядных ламп, усложняющим жизнь является напряжение питания 180 вольт, это почти как в розетке.

И третье, самое важное, почему в те времена нельзя было создать такие часы. Сейчас есть огромное количество микроэлектроники и микросхем размером с пылинку, которые смогут обеспечить корректное функционирование часов. Тогда же пришлось бы управляющую электронику пихать в небольшой чемоданчик.

Разработка схемы

Начнем с дисплея. У нас получается 4 знака по 10 значений, плюс точки мигающие по середине. Если подключать в лоб, то нам понадобится 41 высоковольтный управляемый вывод. Это некрасиво, займет очень много места на плате и будет тупо дорого. Поэтому воспользуемся динамической индикацией. Это когда все значения цифр на индикаторах включены параллельно. Индикаторы зажигаются по очереди с нужной цифрой. Все это происходит с большой скоростью, и глазам кажется что все цифры горят одновременно. Так мы сокращаем количество управляемых выводов до 15.

Коммутация ламп

Напомню, что для питания ламп нужно 180 вольт, а большинство управляющей микроэлектроники работает на 5 вольтах, поэтому нам нужна штука, которая сможет по команде управляющего микроконтроллера подавать высокое напряжение на соответствующие цифры на всех индикаторах. Для этого возьмем высоковольтный дешифратор К155ИД1. Он сможет зажигать все десть цифр, а управляется всего по четырем проводам. Для подачи положительного высокого напряжения на аноды индикаторных ламп и неонки для точек возьмем пять популярных высоковольтных оптопар TLP627. Итого, количество необходимых для управления всем дисплеем выводов нам удалось сократить с 41 до 9, и теперь ими можно управлять микроконтроллером с логическим уровнем напряжения всего в 5 вольт.

Для каждой цифры добавил общие обратные диоды. Они защищают от засветки соседние с горящим электроды, что повышает контрастность и читаемость дисплея.

Повышающий преобразователь напряжения.

Теперь нам осталось получить те самые 180 вольт, чтобы зажечь наши часы. Для изменения напряжения постоянного тока с минимальными потерями используются DC-DC преобразователи, работающие по принципу Широтно-Импульсной Модуляции. Основной принцип тут в том, что напряжение подается не сплошным потоком, как в линейных стабилизаторах, а краткими импульсами и с большой частотой. То есть у тебя на выходе ШИМ контроллера, например, сначала в течении десяти микросекунд напряжение, к примеру, двенадцать вольт, потом идет пауза. Скажем, те же десять микросекунд, когда на выходе напряжения вообще нет. Затем все повторяется, словно мы быстро-быстро включаем и выключаем рубильник.

Таким образом у нас получаются прямоугольные импульсы. Если вспомнить матан, а конкретно интегрирование, то после интегрирования этих импульсов мы получим площадь под фигурой очерченной импульсами. Таким образом, меняя ширину импульсов и пропуская их через интегратор, можно плавно менять напряжения от нуля до максимума с любым шагом и практически без потерь.

В качестве интегратора служит конденсатор, он заряжается на пике, а на паузах будет отдавать энергию в цепь. Также туда всегда последовательно ставят дроссель, который тоже служит источником энергии, только он запасает и отдает ток. Поэтому такие преобразователи при небольших габаритах легко питают мощную нагрузку и при этом почти не расходуют энергию на лишний нагрев.

Первой попыткой у меня было использование специализированной микросхемы ШИМ контроллера MC34063. Подходящая схема была найдена в гугле и немного переделана под наши нужды. Отличается стабильностью работы, надежностью и избыточностью для наших задач. Компоненты преобразователя не помещались на плате дисплея, поэтому пришлось переместить их «на этаж повыше». На специальную плату в которой были прорезаны отверстия для ламп. Преобразователь давал стабильные 180 вольт и мог зажечь все цифры сразу на четырех индикаторах. Но я посчитал это не рациональным, т. к. вместо этой платы лучше впихнуть аккумулятор с одной стороны, и что-то еще с другой.

Я понял что нужно упрощать, т. к. места очень мало. И как раз нашлась хорошая схема от Железнякова Андрея ( https://itworkclub.ru/arduino-часы-на-газоразрядных-индикаторах/ ) Из нее и было взято многое, в том числе и преобразователь напряжения. В качестве ШИМ контроллера выступает микроконтроллер который подает шим сигнал частотой 30 кГц на преобразователь. Сам преобразователь выполнен по классической схеме катушка, обратный диод, электролитический конденсатор на 350 вольт. Ток ШИМ сигнала усиливается мощным мосфетом IRF840. На выходе получается примерно 180 вольт (на деле от 100 под нагрузкой до 270 без).

Принципиальная схема дисплея готова. У нас получилось 9 выводов управления, 1 вывод сигнал для ШИМ преобразователя, 5V и общая земля. Сразу после проектирования новой схемы я развел плату и изготовил ее, но про страдания с домашним изготовлением печатных плат я расскажу чуть позже.

Схема контроллера часов

Сердцем всей схемы является микроконтроллер ATMEGA 328P. Он управляет всем дисплеем, задает ШИМ для преобразователя напряжения, опрашивает кнопки управления. Обвязка контроллера стандартная кварцевый резонатор на 16 МГц и несколько конденсаторов. Для удобной прошивки микроконтроллера через USB порт, так-же размещенный на плате, установлена микросхема преобразователя USB→UART Ch440G. По аналогичной схеме построена популярная платформа Arduino (китайская версия). В следующей версии этого не будет, т. к. это избыточно.

Для того, чтобы знать точное время служат часы реального времени. Такая микросхема есть в любом компьютере, мобильном телефоне и устройстве где нужно точное время. Эта схема иногда бывает встроена в процессор, как в мобильном. Но всегда обязательно нужна батарейка, чтобы часы не сбрасывались при отключении питания, а продолжали свой ход. У нас это чудесная микросхема DS3231 со встроенным кварцевым резонатором двумя будильниками и кучей прочих плюшек. Допустимая погрешность хода этих часов — две секунды в год. С микроконтроллером она общается по протоколу i2c. Для того чтобы время не сбрасывалось, поставил маленький литий-железный аккумулятор, выпаянный с того же модуля что и часы реального времени. В следующей версии я буду питать их от основного аккумулятора. Все остальное на схеме это схемы по обслуживанию питания устройства и обслуживанию аккумулятора.

Аккумулятор выбрал маленький литиевый 240 мАч, т. к. он идеально помещается сверху на плате дисплея рядом с лампами. Он имеет номинальное напряжение 3,7 вольт, а для питания всех потребителей устройства нам нужно стабильные 5v. Для их получения воспользовался хорошим китайским повышающим преобразователем напряжения MT3608, включенным по типовой схеме из датащита. Выходное напряжение настраивается делителем напряжения, как в прочем и везде. Номиналы резисторов считаются по формуле из датащита. Опять же, применение этой микросхемы здесь не совсем уместно, т. к. для решения этих задач есть специализированные микросхемы требующие меньше места и обладающие лучшей эффективностью. Напоминаю, я использовал те детали и знания которые у меня были. А знания мои получены, в основном, методом научного тыка, проб и ошибок.

Для зарядки и обеспечения безопасности аккумулятора была использована схема популярного китайского модуля. В его составе есть микросхема зарядки TP4056 которая не позволяет перезарядить аккумулятор чтобы он не взорвался, а так же контролирует ток зарядки. И микросхема DW01A которая не дает возможности аккумулятору разрядиться до конца, чтобы он не умер. Именно с ней я ошибся в схеме — неправильно выбрал управляемую транзисторную сборку, которая, непосредственно отключает аккумулятор. Плюс, на схеме случайно замкнул вывода аккумулятора на 100ом резистор. Потом долго не мог понять почему он разряжается так быстро. Эта часть схемы тоже не нужна, т. к. главный микроконтроллер может мерить напряжение на аккумуляторе и не включать часы если он слишком разряжен.

Устройство должно было включаться нажатием четвертой кнопки и само удерживать себя включенным столько сколько пожелает микроконтроллер. Но и тут я наделал ошибок, поэтому пока часы включаются обычным выключателем.

Управление должно было осуществляться тремя кнопками подключенными к одному аналоговому входу микроконтроллера через разные резисторы. Схему я взял у того-же Железнякова Андрея т. к. под нее была написана хорошая прошивка. Но, однажды они перестали работать, микроконтроллер перестал прошиваться и часы начали глючить. Я менял микроконтроллер, прозванивал все дорожки и переходы, прогревал плату, но починить их и найти причину так и не удалось.

Выводы по схеме

Я изначально выбрал сложный путь, не хакерский. Нужно делать все проще. Подобрать специализированный преобразователь напряжения в 5 вольт. Уменьшить детали преобразователя напряжения в 180 вольт. Убрать защиту аккумулятора от переразряда.

Часы реального времени запитать от основного аккумулятора. Прошивать микроконтроллер программатором, а возможность прошивки через USB убрать. Постараюсь расположить все на одной плате и больше не делать такие мелкие двусторонние платы дома, а заказывать на производстве. Есть еще много нюансов, которые мной записаны, но рассказывать их не вижу смысла т. к. это будет уже слишком скучно.

Изготовление печатных плат в домашних условиях

Вся суть сводится к растворению незащищенных участков медной фольги на поверхности стеклотекстолита при помощи химии. Можно конечно и маркером нарисовать дорожки, но в нашем случае это мазохизм. Будем использовать самый доступный народный метод — ЛУТ (Лазерно Утюжная Технология)

Нам понадобится:

  • •файл разведенной печатной платы

  • •двусторонний фольгированный стеклотекстолит

  • •ЛАЗЕРНЫЙ принтер (струйный не подойдет)

  • •бумага глянцевого журнала порезанная под ширину А4

  • •утюг (в идеале ламинатор, т. к. это ИМБА в сравнении с утюгом)

  • •средство для травления (хлорное железо, персульфат аммония, лимонная кислота с перекисью и т. д.)

  • •мелочи вроде надфиля, кусочка мелкой наждачки, обезжириватель, моющее средство CIF и т.д.

Все начинается с разводки печатной платы в специальной программе. Я использую бесплатный онлайн комплекс EasyEDA. Огромное сообщество пользователей, хорошая база компонентов, тут-же можно заказать производство печатных плат на производстве. Сначала рисуется принципиальная схема, выбираются нужные компоненты. Потом все детали располагаются на плате нужных габаритов, подводятся дорожки. Все это длительный и трудный процесс достойный отдельного видео и не одного.

Печать рисунка платы производится на глянцевой бумаге из журнала т. к. тонкий слой глянца хорошо скрепляет слой тонера лазерного принтера.

Лазерный принтер применяется т. к. его тонер при нагревании размягчаеется и становится липким. Для подготовки файла и распечатывания я использую программу SprintLayout. Т.к. мы изготавливаем двустороннюю печатную плату, то рисунок нижнего слоя дорожек нужно отделить от верхнего и расположить справа, на расстоянии 5-7мм от верхнего. При этом верхний нужно отзеркалить по горизонтали. В настройках печати отключаем все кроме дорожек и цвет их делаем черным. В настройках принтера ставим самое высокое качество, выбираем самую плотную бумагу и отключаем экономию тонера. Нам нужно добиться максимально толстого слоя принтера. Печатаем.

Дальше вырезаем полоску с нашими дорожками и складываем ее пополам так, чтобы на просвет, переходные отверстия совпали. Зафиксировать свободные хвосты удобно степлером.

Подготовка стеклотекстолита тоже важный процесс. Сначала вырезается заготовка с запасом по 3мм с каждой стороны, т. к. в месте реза он вспучивается. Резать удобнее всего ножницами по металлу. Потом края зачищаются от заусенец надфилем. Далее фольгу нужно тщательно зашкурить мелкой шкуркой, чтобы тонер лучше прилип. После желательно помыть ее чистящим средством CIF, но не обязательно. А вот обезжирить спиртом или растворителем и потом не трогать поверхность руками — строго обязательно

Вкладываем текстолит в бумажку с распечатанными дорожками, центрируем. И начинаем аккуратно прогревать утюгом. Важно чтобы не перекосились слои. Какую температуру выбрать — точно сказать сложно, все зависит от тонера. Но начните с максимальной.

Если у вас есть ламинатор :), можно начинать гонять через него, иногда прогревая плату утюгом. Если ламинатора нет, то нужно тщательно проглаживать плату во всех направлениях. И все равно какая-нибудь дорожка прилипнет плохо.

После тщательной проглажки кидаем горячую заготовку в воду отмокать в обычную воду. После 15 минут отмокания (можно и раньше) начинаем пальцам стирать размокшую бумагу. Когда останутся только мелкие островки и перемычки между дорожками, берем старую зубную щетку и смело избавляемся от всего ненужного. Не бойтесь стереть тонер, если вы сделали все правильно они выдержат. А вот если будете излишне аккуратность и тонер отвалится при травлении — потери будут сильно больше.

Перед травлением тщательно проверяйте плату. Если есть косяки, можно поправить тонким маркером для CD дисков.

Все! Можно травить. В чем? Это выбор каждого. Персульфат аммония не пачкается, но мой тонер в нем отслаивается от платы, поэтому травлю в старом добром хлорном железе. Пропорции точно не соблюдаю, но воду использую дистиллированную. Чем свежее и концентрированное раствор, тем быстрее травится плата. Можно немного подогреть раствор и покачивать плату, чтобы смывать продукты реакции.

Сверление платы производится бормашинкой или самодельной микродрелью. Я сверлю вручную, т. к. мне лень сделать станок. Да и редко нужно делать платы. Переходные отверстия сверлю 0.6мм сверлом, чтобы потом запаять их медной проволокой добытой из витой пары для интернета. Остальные отверстия в зависимости от деталей.

Лужение платы стоит делать именно после сверления. Сначала намазываю всю поверхность флюсом (ЛТИ-120) потом паяльником разглаживаю припой тонким слоем.

Переходные отверстия нужны для передачи проводника с одного слоя на другой. Запаивать их я очень не люблю, т. к. это муторный и однообразный процесс. Иногда случается так, что вроде запаял, а контакта нет. И и об этом не возможно узнать до момента отладки готовой платы. Именно поэтому в домашних условиях сложно изготавливать надежные платы, особенно в промышленных масштабах.

Запайка деталей уже более интересный процесс. Начинаю его с мелких простых SMD деталек. SMD это детали которые припаиваются на поверхность, а те что в дырки — DIP/ Сначала резисторы. Это самое сложное, т. к. они мелкие и разных номиналов. Потом керамические конденсаторы, их обычно немного и их применяемое разнообразие мало. Считается правилом хорошего тона ставить максимально близко к питающим ногам каждой микросхемы керамический конденсатор, это изгоняет подавляющее большинство чертовщины из устройства. После конденсаторов можно припаять транзисторы и мелкие микросхемы. За ними идут крупные микросхемы. И в самом конце выводные DIP элементы.

В изготовлении плат дома есть куча нюансов. Некоторые придут только с опытом, другие разрешатся поиском в интернете, а некоторые не разрешимы.

Лично у меня в процессе изготовления этих часов возникало огромное количество проблем. И фольга отваливалась от текстолита при залуживании, и перетравливались, и тонер отваливался в процессе травления, тонер не везде прилипал. Для этого достаточно посмотреть на все мои неудачные платы.

По большому счету дома стоит делать только односторонние платы на DIP элементах. В крайнем случае прототипы как я сейчас. Все остальное от лукавого. Я так считаю, это мое мнение.

Плата готова! Рано радоваться, дальше идет процесс отладки. А это танцы с бубном, бессонные ночи и куча самобичевания. С другой стороны, если бы я не сделал эти платы, я бы не повысил свой скилл, не понял как сделать правильную надежно работающую схему которую закажу уже на заводе и т. д. Это мой путь, я его выбрал и я дойду.

Об основных своих ошибках и планах их исправления я уже рассказал в части про схему.

Сборка устройства носила чисто формальный характер. Спаял обе платы между собой на проводки МГТФ, припаял аккумулятор, склеил на термоклей. Не могу ничего про это рассказать, т. к. в процессе отладки это разбиралось и собиралось тысячу раз.

Корпус был напечатан на 3D принтере TEVO Tornado. Модель была разработана в онлайн редакторе Tinkercad за полчаса, и естественно я не учел кучу нюансов.

Вывод

Сделать максимально аутентичные часы в домашних условиях довольно трудно. Когда дизайнеры игры рисовали модели, они не задумывались о том что кто-то будет пытаться воплотить их идеи в железе. Но, надо отдать им должное, они учли очень много нюансов, пропорций. Получилось очень колоритно.

Мои же часы будут доработаны уменьшены как в диаметре, так и в высоту.

AlexGyver/NixieClock_v2: Часы на газоразрядных индикаторах и Arduino версия 2

Описание проекта

Часы на советских газоразрядных индикаторах под управлением платформы Arduino, версия 2. Страница проекта на сайте: https://alexgyver.ru/nixieclock_v2/

Решил я сделать максимально простой и доступный проект часов на газоразрядных индикаторах и Arduino! Односторонняя плата, выводные компоненты, никакой жести!

Платы:

  • Габариты платы меньше 100х100мм, то есть заказать 10 таких плат у китайцев будет стоить $2 без учёта доставки
  • Плата односторонняя, её без проблем можно сделать классическим ЛУТом!
  • Все компоненты – выводные, припаяет даже новичок
  • Количество компонентов сведено к минимуму!
  • На данный момент в проекте есть платы под индикаторы ИН-12 и ИН-14, возможно будут сделаны и другие
  • Система состоит из двух плат: нижней (вся управляющая электроника) и верхней (лампы и светодиоды подсветки)
  • Нижних плат два варианта: обычная (4 оптопары, точка – светодиод) и с дополнительной оптопарой под неоновую точку (5 оптопар, точка – неонка)
  • У плат ИН-14, ИН-12, ИН-12_перевертыш нижняя часть одинаковая! Части плат взаимозаменяемы. Нижняя плата отличается только у ИН-14_неон

Хардварные фишки:

  • Сердце платы – полноразмерная Arduino NANO, это означает простую сборку и прошивку
  • Питание всей схемы – 5 Вольт
  • Генератор высокого напряжения раскачивается ШИМ каналом Arduino
  • Напряжение генератора подстраивается резистором с крутилкой
  • Время задаёт RTC DS3231
  • 3 кнопки для настройки времени и будильника
  • Пищалка для будильника
  • Подсветка ламп индикаторов
  • Проект основан на плате Железнякова Андрея. Спасибо! Ссылка на проект: https://goo.gl/xTVQWP

Софтварные фишки:

  • “Перебор” цифр, не дающий индикаторам окисляться
  • Режим будильника
  • Плавное изменение яркости точки и подсветки (эффект “дыхания”)
    • Расширенные настройки плавности дыхания
  • Настройка яркости цифр, “точки” и подсветки ламп
    • Два режима яркости от времени суток
  • Разные режимы переключения индикаторов
    • Плавное угасание/разгарание
    • Перебор цифр
    • Перебор катодов

Папки

ВНИМАНИЕ! Если это твой первый опыт работы с Arduino, читай инструкцию

  • libraries — библиотеки проекта. Заменить имеющиеся версии (в этом проекте внешних библиотек нет)
  • firmware — прошивки для Arduino
  • schemes — схемы подключения компонентов

Схемы

Платы:

Открыв плату по ссылке, её можно экспортировать в PDF, PNG или Altium (иконка папки слева сверху/экспорт) для изготовления ЛУТом или другими способами!
При заказе плат у китайцев не забудьте указать в комментарии «Please make V-cut along middle thick horizontal outline» для надреза платы по средней линии
Гербер файлы уже есть в архиве!

Материалы и компоненты

Ссылки оставлены на магазины, с которых я закупаюсь уже не один год

Вам скорее всего пригодится

Как скачать и прошить

  • Первые шаги с Arduino — ультра подробная статья по началу работы с Ардуино, ознакомиться первым делом!
  • Скачать архив с проектом

На главной странице проекта (где ты читаешь этот текст) вверху справа зелёная кнопка Clone or download, вот её жми, там будет Download ZIP

  • Установить библиотеки в
    C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries\ (Windows x64)
    C:\Program Files\Arduino\libraries\ (Windows x86)
  • Подключить внешнее питание 5 Вольт
  • Подключить Ардуино к компьютеру
  • Запустить файл прошивки (который имеет расширение .ino)
  • Настроить IDE (COM порт, модель Arduino, как в статье выше)
  • Настроить что нужно по проекту
  • Нажать загрузить
  • Пользоваться

Настройки в коде

FAQ

Основные вопросы

В: Как скачать с этого грёбаного сайта?
О: На главной странице проекта (где ты читаешь этот текст) вверху справа зелёная кнопка Clone or download, вот её жми, там будет Download ZIP

В: Скачался какой то файл .zip, куда его теперь?
О: Это архив. Можно открыть стандартными средствами Windows, но думаю у всех на компьютере установлен WinRAR, архив нужно правой кнопкой и извлечь.

В: Я совсем новичок! Что мне делать с Ардуиной, где взять все программы?
О: Читай и смотри видос http://alexgyver.ru/arduino-first/

В: Вылетает ошибка загрузки / компиляции! О: Читай тут: https://alexgyver.ru/arduino-first/#step-5

В: Сколько стоит?
О: Ничего не продаю.

Вопросы по этому проекту

Полезная информация

Часы на ин 1. Макетный образец часов на газоразрядных индикаторах

Вызвала множество вопросов от желающих собрать ее, либо от уже собравших, да и сама схема часов претерпела некоторые изменения, я решил написать еще одну статью, посвященную часам на газоразрядных индикаторах. Здесь я опишу улучшения/исправления как схемы, так и прошивки.

Итак, самым первым неудобством при использовании данных часов в квартире, явилась яркость. Если днем она совершенно не мешала, то ночью неплохо освещала комнату, мешая спать. Особенно это стало заметно после переделки платы и установки синих светодиодов в подсветку (красная подсветка оказалась неудачным вариантом, т.к. красный свет заглушал свечение ламп). Уменьшение яркости по времени большого эффекта не давало, т.к. спать я ложусь в разное время, а часы уменьшают яркость в одно и то же. Или же я еще бодрствую, а яркость снизилась и времени не видно. Поэтому я решил добавить датчик освещенности, а проще говоря фоторезистор. Благо выводов АЦП для подключения было предостаточно. Делать прямую зависимость яркости от уровня освещенности я не стал, а просто задал пять градаций яркости. Диапазон значений АЦП был поделен на пять промежутков и каждому промежутку задано свое значение яркости. Измерение производится каждую секунду. Выглядит новый узел схемы — вот так:

В роли датчика освещенности выступает обычный фоторезистор.

Следующее изменение коснулось схемы питания часов. Дело в том, что использование линейного стабилизатора накладывало ограничения на диапазон питающего напряжения, плюс сам стабилизатор грелся во время работы, особенно при полной яркости светодиодов. Нагрев был слабый, но хотелось избавиться от него полностью. Поэтому в схему добавился еще один импульсный стабилизатор, на это раз понижающий (Step-Down). Микросхема осталась та же, что и в Step-Up преобразователе, изменилась лишь схема.

Тут все стандартно, из даташита. Ток, требуемый схеме для работы, меньше 500мА и внешний транзистор не нужен, хватает внутреннего ключа микросхемы . В итоге всякий нагрев питающей части схемы прекратился. Кроме этого данный преобразователь не боится КЗ на выходе и перегрузок. А так же занимает меньше места на плате и от случайной переполюсовки питаюещего напряжения защитит. В общем сплошные плюсы. Правда, должны были возрасти пульсации по питанию, но на работу схемы это никакого влияния не оказывает.

Помимо электронной части изменился и внешний вид устройства. Больше в нем нет огромной кучи проводов. Все собрано на двух платах, которые сложены “бутербродом” и соединены через разъемы типа PLS/PBS. Сами платы скреплены при помощи винтов. На верхней плате находятся лампы, анодные транзисторные ключи и светодиоды подсветки. Сами светодиоды установлены за лампами, а не под ними. А на нижней расположились схемы питания, а также МК с обвязкой (на фото более старая версия часов, в которых еще не было датчика освещенности). Размер плат 128х38мм.

Лампы ИН-17 были заменены на ИН-16. Размер символа у них одинаковый, а вот форм-фактор отличается: После того, как все лампы стали “вертикальными”, упростилась разводка платы и улучшился внешний вид.

Как видно на фото, все лампы установлены в своеобразные панельки. Панельки для ИН-8 изготовлены из контактов разъема D-SUB формата “мама”. После снятия металлической оправы, он легко и непринужденно расстается с этими самыми контактами. Сам разъем выглядит вот так:

А для ИН-16 из контактов обычной цанговой линейки:

Думаю, что надо сразу положить конец возможным вопросам о необходимости такого решения. Во-первых, всегда присутствует риск разбить лампу (может кошка залезет или за провод дернут, в общем всякое бывает). А во-вторых, толщина вывода разъема гораздо меньше толщины вывода лампы, что сильно упрощает разводку платы. Плюс при запайке ламы в плату, существует опасность нарушения герметичности лампы в связи с перегревом вывода.

Ну и как обычно схема всего устройства:

И видео работы:

Работают стабильно, за полгода работы багов не выявлено. Летом стояли больше месяца без питания, пока был в отъезде. Приехал, включил – время никуда не убежало и режим работы не сбился.

Управление часами осуществляется следующим образом. При кратковременном нажатии кнопки BUTTON1 переключается режим работы (ЧАСЫ, ЧАСЫ+ДАТА, ЧАСЫ+ТЕМПЕРАТУРА, ЧАСЫ+ДАТА+ТЕМПЕРАТУРА). При удержании этой же кнопки, включается режим настройки времени и даты. Изменение показаний осуществляется кнопками BUTTON2 и BUTTON3, а переход по настройкам — кратковременным нажатием BUTTON1. Включение/отключение подсветки осуществляется удержанием кнопки BUTTON3.

Теперь можно перейти к следующей версии схемы. Она выполнена всего на четырех лампах ИН-14. Маленькие лампы для секунд просто негде взять, как, в прочем и ИН-8. Зато купить ИН-14 по приемлемой цене никаких проблем не составляет.

В схеме отличий почти нет, те же два импульсных преобразователя по питанию, тот же микроконтроллер AtMega8, те же анодные ключи. Та же RGB подсветка… Хотя стоп, никакой RGB подсветки не было. Значит отличия все-таки есть! Теперь часы умеют светиться разными цветами. Причем программа предусматривает возможность перебирать перебора цветов по кругу, а также возможность фиксации понравившегося цвета. Естественно, с сохранением самого цвета и режима работы в энергонезависимую память МК. Долго думал, как бы поинтереснее задействовать точки (их две в каждой лампе) и в конце концов вывел на них секунды в двоичном формате. На лампах часов идут десятки секунд, а на лампах минут – единицы. Соответственно, если у нас к примеру 32 секунды, то из точек левых ламп будет составлено число 3, а правых – 2.

Форм-фактор остался “бутербродным”. На нижней плате расположились два преобразователя для питания схемы, МК, К155ИД1, DS1307 с батарейкой, фоторезистор, датчик температуры (теперь он только один) и транзисторные ключи точек ламп, и RGB подсветки.

А на верхней анодные ключи (они, кстати, теперь в SMD исполнении), лампы и светодиоды подсветки.

В сборе все выглядит вполне прилично.

Ну и видео работы:

Управление часами осуществляется следующим образом. При кратковременном нажатии кнопки BUTTON 1 переключается режим работы (ЧАСЫ, ЧАСЫ+ДАТА, ЧАСЫ+ТЕМПЕРАТУРА, ЧАСЫ+ДАТА+ТЕМПЕРАТУРА). При удержании этой же кнопки, включается режим настройки времени и даты. Изменение показаний осуществляется кнопками BUTTON2 и BUTTON3, а переход по настройкам — кратковременным нажатием BUTTON1. Изменение режимов подсветки подсветки осуществляется кратковременным нажатием кнопки BUTTON3.

Фьюзы остались такими же, как и в первой статье. МК работает от внутреннего генератора 8 МГц. В шестнадцатеричном виде: HIGH: D9 , LOW: D4 и картинкой:

Прошивки МК, исходники и печатные платы в формате прилагаются.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
С RGB-подсветкой
U1 Микросхема К155ИД1 1 В блокнот
U2 МК AVR 8-бит

ATmega8A-AU

1 В блокнот
U3 Часы реального времени (RTC)

DS1307

1 В блокнот
U4, U5 DC/DC импульсный конвертер

MC34063A

2 В блокнот
P9 Датчик температуры

DS18B20

1 В блокнот
Q1, Q2, Q7-Q10 Биполярный транзистор

MPSA42

6 MMBTA42 В блокнот
Q2, Q4-Q6 Биполярный транзистор

MPSA92

4 MMBTA92 В блокнот
Q11-Q13, Q16 Биполярный транзистор

BC857

4 В блокнот
Q14 Биполярный транзистор

BC847

1 В блокнот
Q15 MOSFET-транзистор

IRF840

1 В блокнот
D1 Выпрямительный диод

HER106

1 В блокнот
D2 Диод Шоттки

1N5819

1 В блокнот
L1, L2 Катушка индуктивности 220мкГн 2 В блокнот
Z1 Кварц 32.768 кГц 1 В блокнот
BT1 Батарея Батарея 3В 1 В блокнот
HL1-HL4 Светодиод RGB 4 В блокнот
R1-R4 Резистор

12 кОм

4 В блокнот
R5, R7, R9, R11, R34, R35 Резистор

10 кОм

6 В блокнот
R8, R10, R12, R14 Резистор

1 MОм

4 В блокнот
R13-R18, R37, R38, R40 Резистор

1 кОм

9 В блокнот
R19, R20, R33, R39, R41-R43, R46, R47, R51, R53 Резистор

4.7 кОм

11 В блокнот
R21, R24, R27, R30 Резистор

68 Ом

4 В блокнот
R22, R23, R25, R26, R28, R29, R31, R32 Резистор

100 Ом

8 В блокнот
R36 Резистор

20 кОм

1 В блокнот
R44 Резистор

В последнее время очень популярны часы на газоразрядных индикаторах. Эти часы множеству людей дарят теплый свет своих ламп, создают уют в доме и непередаваемое ощущение дыхания прошлого. Давайте же в этой статье разберемся, из чего же сделаны такие часы и как они работают. Сразу скажу, что это статья обзорная, поэтому многие непонятные места будут рассмотрены в следующих статьях более подробно.

Часы можно разделить на следующие функциональные блоки:

1)Блок высокого напряжения

2)Блок индикации

3)Счетчик времени

4)Блок подсветки

Давайте разберем каждый из них более подробно.

Блок высокого напряжения

Для того, чтобы внутри лампы засветилась цифра, нам нужно подать на нее напряжение. Особенность газоразрядных ламп в том, что напряжение нужно довольно высокое, порядка около 200 Вольт постоянного напряжения. Ток же для лампы, наоборот, должен быть очень маленький.

Где же взять подобное напряжение? Первое что приходит на ум – сетевая розетка. Да, можно воспользоваться выпрямленным сетевым напряжением. Схема будет выглядеть следующим образом:


Недостатки данной схемы очевидны. Это отсутствие гальванической развязки, нет какой-либо безопасности и защиты схемы вообще. Таким образом лучше проверять лампы на работоспособность, соблюдая при этом максимальную осторожность.

В часах конструкторы пошли другим путем, повысив безопасное напряжение до нужного уровня с помощью DC-DC преобразователя. Если говорить совсем кратко, подобный преобразователь работает по принципу качелей. Мы ведь можем прикладывая легкое усилие руки к качелям придать им достаточно большое ускорение, так ведь? Так же и DC-DC преобразователь: малое напряжение раскачиваем до высокого.

Приведу одну из наиболее распространенных схем преобразователей (кликните для увеличения, схема откроется в новом окне)


Схема с так называемым полудрайвером полевого транзистора. Обеспечивает достаточно большую мощность, чтобы питать шесть ламп, при этом не нагреваясь как утюг.

Блок индикации

Следующий функциональный блок – индикация. Представляет из себя лампы, у которых катоды соединены попарно, а аноды выведены на оптопары или транзисторные ключи. Обычно в часах применяется динамическая индикация в целях экономия места на печатной плате, миниатюризации схемы и упрощения разводки платы


Счетчик времени

Следующий блок – счетчик времени. Проще всего это сделать на специализированной микросхеме DS1307


Она обеспечивает отличную точность времени. Благодаря этой микросхеме, часы сохраняют правильное время и дату, не смотря на длительное отключение питания. Производитель обещает до 10 лет (!) автономной работы от круглой батарейки CR2032.

Вот типичная схема подключения микросхемы DS1307:


Есть также подобные микросхемы, которые выпускают множество фирм по изготовлению радиокомпонентов. Эти микросхемы могут обеспечивать особую точность хода времени, но они будут дороже. Их применение, как мне кажется, в бытовых часах не целесообразно.

Блок подсветки

Блок подсветки самая простая часть часов. Она ставится по желанию. Это всего лишь светодиоды под каждой лампой, которые обеспечивают фоновую подсветку. Это могут быть одноцветные светодиоды, или RGB светодиоды. В последнем случае цвет подсветки можно выбрать какой угодно или вообще сделать его плавно меняющимся. В случае RGB необходим соответствующий контроллер. Чаще всего этим занимается тот же микроконтроллер, который считает время, но для упрощения программирования можно поставить дополнительный.

Ну а теперь несколько фотографий достаточно сложного проекта часов. В нем использованы два микроконтроллера PIC16F628 для управления временем и лампами и один контроллер PIC12F692 для управления RGB подсветкой.

Бирюзовый цвет подсветки:


А теперь зеленый:


Розовый цвет:


Все эти цвета настраиваются одной кнопкой. Выбрать можно какой угодно. RGB диоды способны выдать любой цвет.

А это кусочек высоковольтного преобразователя. Ниже на фото полевой транзистор, сверхбыстрый диод и накопительный конденсатор DC-DC преобразователя


Этот же преобразователь, вид снизу. Применен SMD дроссель и SMD версия микросхемы MC34063. На фото еще не смыты остатки флюса.


А это упрощенный четырехламповый вариант часиков. Так же с RGB подсветкой


Ну а это уже классика строения часов на газоразрядных лампах Sunny Clock, статическая подсветка и немного не обычный способ управления лампами с помощью пары дешифраторов К155ИД1


В следующей статье поговорим более подробно о DC-DC преобразователях и получения высокого напряжения. Так же подробно разберем процесс сборки такого преобразователя и запустим от него лампу.

Всем спасибо, с вами был El Kotto. Вступайте в группу в контакте

Но написать историю создания никак не удосуживался…
Собственно, собрался с силами, и убил полдня на написание этого поста.
Часы, по началу, не собирался делать, не сильно сложная задача, и потому было не очень интересно, однако, друг уговорил помочь с электроникой. Ну, что-ж, для меня не трудно, сварганить часики… как потом оказалось, не так уж и просто, если опыта в часо-строении нету:)

По ТЗ было задумано:
Из важного (реализовано в текущей версии ПО):


  1. Приглушение свечения ламп ночью (по фото-датчику), ибо освещают пол комнаты. Приглушение реализовано плавным изменением яркости.

  2. 10 значений яркости, на которую приглушается свечение.

  3. Настраиваемая функция гашения незначащего нуля.

  4. Настраиваемая функция переключения цифр на лампах, реализовал только плавное перетекание и простое переключение. Обычно используется только плавное перетекание. Потому и не выдумывал велосипедов, хотя по началу в азарте хотелось, однако потом холодный инженерный расчёт взял своё.

  5. Установка времени из функционального меню.

  6. Коррекция времени (реализована в самом RTC, мне осталось сделать лишь меню).

  7. Применен высокоточный кварцевый генератор, по результатам испытания обычный кварц плохо себя показал, плохая температурная стабильность, как следствие уход времени на +/- 10 секунд в сутки в зависимости от температуры и фазы луны:). Да, к сожалению на плате этого я уже не отображал. Кто захочет сам перекроит.

  8. Питание от сетевого адаптера 7-20V.

  9. Ионистор в цепи питания микросхемы часов реального времени(RTC), дабы время не сбивалось при отключениях сети.

Из не важного (пока не реализовано в ПО за ненадобностью):

  1. Будильник с музыкальным звонком.

  2. Выбор мелодии для будильника из 10 штук.

  3. 3 ступени регулировки громкости будильника.

  4. RGB подсветка ламп.

  5. 10 предварительно настраиваемых оттенков подсветки ламп.

  6. Возможность установки периода, через который меняется оттенок подсветки ламп (из десяти предварительно настроенных).

  7. Регулировка яркости подсветки ламп вместе с яркостью свечения ламп при наступлении темноты.

  8. Измерение температуры (по сути получается измерение температуры печатной платы, поэтому решил в жизнь не проводить, хотя можно сделать выносной щуп).

Сразу для себя решил, что преобразователь питания для ламп (12-180V) буду делать с управлением на микроконтроллере (обратная связь по сигналу на АЦП и в качестве источника тактирования — ШИМ модуль). В поисках информации про часы набрёл информацию и , как раз готовое решение для преобразователя, изобретать велосипед не стал, повторил и программный код, и схему преобразователя. Работу остальных частей часов писал с нуля применяя своё умение программирования и воображение:)
Часы построены на шести лампах — ИН8-2:


Сетка у них толстовата… но как потом оказалось, это совсем не мешает.
На удивление, выводы у этих ламп гибкие, обычно, как я понял, лампы этого типа имеют выводы под панельку.
Кстати, эти лампы сошли с конвейера, за 5 лет до моего рождения… Раритет!

Поскольку делать просто так, на коленках, мне было не интересно, к разработке подошёл очень серьёзно, как настоящий инженер-электронщик, разработав полноценный проект, начиная от 3D моделей корпуса (AI):


заканчивая 3D моделями плат (AD):



И 3D сборками (AI):


Кто в теме тот поймёт.
Конструкция содержит 2 платы, по причине того, что нужна подсветка, и плата довольно таки сильно занята, и развести там 180V дорожки для ламп попросту было негде.

Микроконтроллер использовал — Atmega32A.
Декодеры для ламп — классически К155ИД1.
Часы Реального Времени — M41T81 остались от рабочего барахла.
В качестве плеера для будильника используется проект уважаемого ELM: линк . Использую отдельный микроконтроллер ATtiny45, ибо в один контроллер всё вместить не получается, ни по количеству выводов, ни по производительности, в проекте плеера используется высокочастотный ШИМ, который есть у ATtinyX5 но нету у Atmega32A и у Atmega64A тоже, что то более специфичное применять не решился. Есть вариант не требующей очень большой производительности, когда используется R-2R ЦАП на одном из портов микроконтроллера, но лишних 8 ног в микроконтроллере не нашлось, да и задача будильника приоритетной не была, по производительности тоже не факт, что микроконтроллер потянул бы. В будущем можно подумать на эту тему.
Звук усиливается либо отдельным ключом, коммутирующим миниатюрный динамик через конденсатор на +12V, либо, для эксперимента заложенным, операционным усилителем, хотя думаю что тут нужен специализированный низковольтный усилитель, но в барахле у меня такого не нашлось.
Для фото-датчика использовал китайский фоторезистор, честно говоря так и не понял бывают ли они какого другого сопротивления, этот в темноте имеет сопротивление 150кОм, при дневном свете 1,5кОм. Без маркировки. Так что что за оно, понятия не имею. Выглядит примерно так:

Резистор для измерения температуры использовался в отличие от указанного на схеме на 47 кОм, при 25 градусах: B57421V2473J62 от Epcos. Установить установил, мерить температуру так и не мерил, ибо мерить получается температуру платы, об этом писал уже выше.
В схеме так-же заложены ключи для подлкючения неоновых ламп разделителей разрядов часов, однако неонки эти, как оказалось светят другим оттенком оранжевого, и выглядят неестественно… в общем отказался я от них, так гораздо красивее.

Светодиоды RGB SMD5050, какие получилось найти на нашем радиорынке на ждановичах… там у нас грустно с RGB светодиодами (и не только, по причине что продается только то, что пользуется спросм), потому это единственное что удалось найти более-менее подходящее по цене и свечению. Сразу скажу, если будете делать подсветку ламп, светодиоды вам нужны матовые (т.е. с матовым наполнителем, а не как у меня прозрачные)… ибо светящиеся кристаллы бликуют на стекле ламп цветными точками, что не очень красиво.

Весь этап сборки отснять на фото не удалось, что есть выкладываю:
Платы делал крамолиновским фоторезистом Positiv, тогда еще про плёночный фоторезитст только думал.

Из-за того, что первый вариант корпуса предполагал иметь верхнюю крышку из полированной нержавейки, пришлось существенно выпендриться в конструкции печатной платы ламп: Перемычки делать лакированным проводом.
Это второй вариант, который для сестрёнки:

Это прототип:


Решил что больше так делать не буду, трудоёмкий очень вариант, однако опыт интересный:)

Кнопки управления размещаются в любом месте корпуса, и подпаиваются проводами к контактным площадкам на плате, для фото-датчика имеется отверстие в задней стенке корпуса.

В итоге пока клепал прототип, решил второй экземпляр подарить сестрёнке, а корпус сделать из стеклотекстолита:


Корпус был начерчен, изготовлен, погрунтован, и покрашен, высушен:). Больше вручную резать такие корпусы я не буду, лучше пусть это делает станок ЧПУ. Корпус вышел габаритными размерами: 193.2 х 59.2 х 27.5, «ножки» которые образовались по углам имеют высоту 4 мм.
Фото корпуса после покраски к сожалению не осталось. Но надеюсь с верху на фотках можно оценить всю красоту задумки.

Какие выводы сделал после постройки первого прототипа:


  1. Кварц нужен очень точный, чтобы настраивать не пришлось, обычный часовой не пойдёт. Пришлось перекроить схему на DS32kHz, у него точность +/- 1 минута в год. Есть вариант ещё лучше, DS3231S — тут всё в одной микросхеме, часы реального времени и точный кварц. Однако, их я уже не покупал, и так пришлось DS32kHz выписывать из Китаю.

  2. Плату разработал не самую удачную, преобразователь напряжения слишком близко к часам реального времени, единичные импульсные помехи могут проскакивать на вход кварцевого генератора часов реального времени. В связи с этим следует улучшить помехозащищённость по питанию, в цепь питания часов реального времени лучше включить пару дополнительных конденсаторов и дроссель, в следующей итерации реализую, тут пришлось защищаться от помех дополнительными навесными элементами. Следующий вариант часов будет построен так, чтобы преобразователь и часы реального времени находились в противоположных углах платы.

  3. Вариант конструкции с двумя платами хоть и имеет право на жизнь, и корпус получается меньше, однако трудоёмкость изготовления сильно повышается.

  4. Корпус — самая трудоёмкая часть, а именно выпиливание деталей и подгонка. Если будете повторять мой подвиг будьте готовы сразу.

Схемы плат:

В данной статье речь пойдет об изготовлении оригинальных и необычных часов. Их необыкновенность заключается в том, что индикация времени осуществляется при помощи цифровых индикаторных ламп. Таких ламп, когда-то, было выпущено огромное количество, как у нас, так и за рубежом. Использовались они во многих устройствах, начиная от часов и заканчивая измерительной техникой. Но после появления светодиодных индикаторов лампы постепенно вышли из употребления. И вот, благодаря развитию микропроцессорной техники стало возможным создание часов с относительно простой схемой на цифровых индикаторных лампах.

Думаю, не лишним будет сказать, что в основном использовались лампы двух типов: люминесцентные и газоразрядные. К преимуществам люминесцентных индикаторов следует отнести низкое рабочее напряжение и наличие нескольких разрядов в одной лампе (хотя среди газоразрядных тоже встречаются такие экземпляры, но найти их значительно сложнее). Но все плюсы данного типа ламп перекрывает один огромный минус – наличие люминофора, который со временем выгорает, и свечение тускнеет или прекращается. По этой причине нельзя использовать б/у лампы.

Газоразрядные индикаторы избавлены от этого недостатка, т.к. в них светится газовый разряд. По сути, этот тип ламп представляет собой неоновую лампу с несколькими катодами. Благодаря этому срок службы у газоразрядных индикаторов гораздо выше. Кроме этого, одинаково хорошо работают и новые и б/у лампы (а часто б/у работают лучше). Без недостатков все же не обошлось — рабочее напряжение газоразрядных индикаторов больше 100 В. Но решить вопрос с напряжение гораздо проще, чем с выгорающим люминофором. В интернете такие часы распространены под названием NIXIE CLOCK:

Сами индикаторы выглядят вот так:

Итак, на счет конструктивных особенностей вроде все понятно, теперь приступим к проектированию схемы наших часов. Начнем с проектирования высоковольтного источника напряжения. Тут есть два пути. Первый – применить трансформатор со вторичной обмоткой на 110-120 В. Но такой трансформатор будет либо слишком громоздкий, либо его придется мотать самому (перспектива так себе). Да и напряжение регулировать проблематично. Второй путь – собрать step up преобразователь. Ну тут уж плюсов побольше будет: во-первых, он займет мало места, во-вторых, в нем присутствует защита от КЗ и, в-третьих, можно легко регулировать напряжение на выходе. В общем, есть все, что для счастья надо. Я выбрал второй путь, т.к. искать трансформатор и обмоточный провод никакого желания не было, да и миниатюрности хотелось. Преобразователь решено было собирать на MC34063, т.к. был опыт работы с ней. Получилась вот такая схема:

Сначала она была собрана на макетной плате и показала отличные результаты. Все запустилось сразу и никакой настройки не потребовалось. При питании от 12В. на выходе получилось 175В. В собранном виде блок питания часов выглядит следующим образом:

На плату сразу был установлен линейный стабилизатор LM7805 для питания электроники часов и трансформатор.
Следующим этапом разработки было проектирование схемы включения ламп. В принципе, управление лампами ничем не отличается от управления семисегментными индикаторами, за исключением высокого напряжения. Т.е. достаточно подать положительное напряжение на анод, и соединить с минусом питания соответствующий катод. На этом этапе требуется решить две задачи: согласование уровней МК (5В) и ламп (170В), и переключение катодов ламп (именно они являются цифрами). После некоторого времени размышлений и экспериментов была создана вот такая схема для управления анодами ламп:

А управление катодами осуществляется очень легко, для этого придумали специальную микросхему К155ИД1. Правда, они давно сняты с производства, как и лампы, но купить их не составляет проблем. Т.е. для управления катодами требуется всего лишь подключить их к соответствующим выводам микросхемы и подать на вход данные в двоичном формате. Да, чуть не забыл, питается она от 5В. (ну очень удобная штуковина). Индикацию было решено сделать динамической, т.к. в противном случае пришлось бы ставить К155ИД1 на каждую лампу, а их будет 6 штук. Общая схема получилась такой:

Под каждой лампой я установил яркий светодиод красного цвета свечения (так красивее). В собранном виде плата выглядит вот так:

Панельки под лампы найти не удалось, поэтому пришлось импровизировать. В итоге были разобраны старые разъемы, похожие на современные COM, из них были извлечены контакты и после некоторых манипуляций с кусачками и надфилем они были впаяны в плату. Для ИН-17 панельки делать не стал, сделал только для ИН-8.
Самое сложное позади, осталось разработать схему “мозга” часов. Для этого я выбрал микроконтроллер Mega8. Ну а дальше все совсем легко, просто берем и подключаем к нему все так, как нам удобно. В итоге в схеме часов появились 3 кнопки для управления, микросхема часов реального времени DS1307, цифровой термометр DS18B20, и пара транзисторов для управления подсветкой. Для удобства анодные ключи подключаем на один порт, в данном случае это порт С. В собранном виде это выглядит вот так:

На плате есть небольшая ошибка, но в приложенных файлах плат она исправлена. Проводами подпаян разъем для прошивки МК, после прошивки устройства его следует отпаять.

Ну а теперь неплохо было бы нарисовать общую схему. Сказано – сделано, вот она:

А вот так все это выглядит целиком в собранном виде:

Теперь осталось всего лишь написать прошивку для микроконтроллера, что и было сделано. Функционал получился следующий:

Отображение времени, даты и температуры. При кратковременном нажатии кнопки MENU происходит смена режима отображения.

1 режим — только время.
2 режим — время 2 мин. дата 10 сек.
3 режим — время 2 мин. температура 10 сек.
4 режим — время 2 мин. дата 10 сек. температура 10 сек.

При удержании включается настройка времени и даты, переход по настройкам по нажатию кнопки MENU

Максимальное количество датчиков DS18B20 – 2. Если температура не нужна, можно их вообще не ставить, на работу часов это никак не повлияет. Горячего подключения датчиков не предусмотрено.

При кратковременном нажатии на кнопку UP включается дата на 2 сек. При удержании включается/выключается подсветка.

При кратковременном нажатии на кнопку DOWN включается температура на 2 сек.

С 00:00 до 7:00 яркость понижена.

Работает все это дело вот так:

К проекту прилагаются исходники прошивки. Код содержит комментарии так что изменить функционал будет не трудно. Программа написана в Eclipse, но код без каких-либо изменений компилируется в AVR Studio. МК работает от внутреннего генератора на частоте 8МГц. Фьюзы выставляются вот так:

А в шестнадцатеричном виде вот так: HIGH: D9 , LOW: D4

Также прилагаются платы с исправленными ошибками:

Данные часы работают в течение месяца. Никаких проблем в работе выявлено не было. Стабилизатор LM7805 и транзистор преобразователя едва теплые. Трансформатор нагревается градусов до 40, поэтому если планируется установка часов в корпус без вентиляционных отверстий, трансформатор придется взять большей мощности. В моих часах он обеспечивает ток в районе 200мА. Точность хода сильно зависит от примененного кварца на 32,768 КГц. Кварц, купленный в магазине, ставить не желательно. Наилучшие результаты показали кварцы из материнских плат и мобильных телефонов.

  • NIXIE CLOCK
  • Добавить метки

    Соберем часы на газоразрядных индикаторах, максимально просто и доступно, на сколько это вообще возможно.

    Автором данной самоделки является AlexGyver, автор одноименного YouTube канала.

    В настоящее время большинство газоразрядных индикаторов больше не производится, и остатки советских индикаторов можно найти только на барахолке или радиорынке. В магазинах их найти очень трудно. Но чем меньше становится этих индикаторов, тем больше к ним растёт интерес. Растёт он у любителей ламповости, винтажа и конечно же пост апокалипсиса.


    Итак, мы хотим сделать часы на их основе, и ради простоты и максимальной доступности будем управлять индикаторами при помощи микроконтроллера в лице платформы ардуино, которая подключается к компьютеру по USB и в неё по клику мышки загружается прошивка. Между ардуиной и индикаторами нам нужна ещё некоторая электроника , которая будет раздавать сигналы по ногам индикаторов. Значит, во-первых, нам нужен генератор, который будет создавать высокое напряжение для питания индикаторов.

    Часы работают от постоянного напряжения около 180В. Этот генератор устроен очень просто и работает на индуктивных выбросах. Частоту генератора задаёт шим контроллер, при частоте в 16кГц на выходе получаем напряжение 180В. Но не смотря на высокое напряжение, генератор очень и очень слабый, так что о других его применениях даже не думайте, он способен только на тлеющий разряд в инертном газе. Это напряжение, а именно +, через высоковольтные оптопары направляется на индикаторы. Сами оптопары управляются ардуиной, то есть она может подать +180В на любой индикатор. Чтобы цифра в индикаторе засветилась, нужно подать на неё землю, и этим занимается высоковольтный дешифратор – советская микросхема. Дешифратор тоже управляется ардуиной и может подключить к земле любую цифру.


    А теперь внимание: индикаторов у нас 6, а дешифратор 1. Как же это работает? На самом деле дешифратор подключен сразу ко всем индикаторам, то есть ко всем их цифрам, и работа дешифратора и оптопар синхронизирована таким образом, что в один момент времени напряжение подаётся только на одну цифру одного индикатора, то есть оптопара очень быстро переключают индикаторы, а дешифратор зажигает на них цифры, и нам кажется, что все цифры горят одновременно. На деле же каждая цифра горит чуть больше 2 миллисекунд, затем сразу включается другая, суммарная частота обновления 6-ти индикаторов составляет около 60Гц, то есть кадров в секунду, а учитывая инертность процесса, глаз никаких мерцаний не замечает. Такая система называется динамическая индикация и позволяет очень сильно упростить схему.


    В общем и целом, схема часов получается весьма и весьма сложной, поэтому разумно сделать для неё печатную плату.


    Плата универсальная для индикаторов ИН12 и ИН14. На этой плате, помимо всей необходимой для индикаторов обвязки, предусмотрены места для следующих железок: кнопка включения/выключения будильника, выход на пищалку будильника, термометр + гигрометр DHT22, термометр DS18b20, модуль реального времени на чипе DS3231 и 3 кнопки для управления часами.

    Всё перечисленное железо является опциональным, и его можно подключать, а можно и не подключать, это всё настраивается в прошивке. То есть на этой плате можно сделать просто часы, вообще без кнопок и без всего, а можно сделать часы с будильником, отображением температуры и влажности воздуха, вот такая вот универсальная плата. Печатку естественно решили заказать у китайцев, потому что есть очень много тонких дорожек и переходов на другую сторону платы. Так называемый гербер файл платы вы найдёте в архиве, который можно скачать на .

    Дорожек в этом проекте много, особенно тонких на плате с индикаторами.


    Плату нужно распилить на части, так как она двухэтажная. Но лучше не пилить, стеклянная пыль очень вредна для лёгких. Закалённым саморезом царапаем плату и аккуратно ломаем в тисках.


    В общем сейчас нужно запаять все компоненты на плату согласно подписям и рисункам на шелкографии. Также нужно будет купить рейку с пинами, чтобы соединить части платы.


    В проекте используется полноразмерная Arduino Nano. Сделано это для упрощения загрузки прошивки даже для самых новичков.


    Итак, собрали нижнюю плату. Сначала нужно протестировать работу генератора. Если он собран неправильно, то может бахнуть конденсатор. Так что накрываем его чем-нибудь и включаем питание.


    Ничего не бахнуло, это хорошо. Аккуратно измеряем напряжение на ногах конденсатора, должно быть 180В.


    Отлично. Внимательно смотрим как паять индикаторы. На всех индикаторах одна нога помечена белым — это анод.


    Лампу нужно вставлять так, чтобы анодная нога попала вот в это отверстие, это анодные дороги.


    После пайки обязательно отмойте флюс, иначе вместо одной цифры могут гореть несколько. Далее распаиваем оставшиеся датчики и пищалки, если они нужны, и паяем провода для подключения кнопок.


    Датчик температуры пришлось выносить на проводах, чтобы разместить его подальше от источников нагрева.


    Все кнопки и выключатель будильника выносим на проводах. Модуль часов тоже сделаем на проводах.
    Со качаем архив, в котором есть прошивка и библиотеки. Загружаем прошивку.


    Проверяем.


    Всё работает! Поздравляю, мы сделали ламповые часы.
    Теперь, что касается корпуса. Автор долго искал максимально доступный и деревянный вариант, и таки нашёл вот такую заготовку для самодельной шкатулки, которая идеально подходит по размеру к плате.


    Также делаем отверстия под пищалки, провода, кнопки и переключатели.


    Плату нужно приподнять, автор использует обычные стойки для печатных плат.


    Корпус автор покрасил под орех. Не очень удачно, лучше используйте морилку.


    Готово! Осталось показать, как всем этим пользоваться. Перед прошивкой можно настроить некоторые моменты: времена режима часов и режима отображения температуры и влажности. Автор поставил 10 секунд на часы и 5 на температуру. Температура, к слову, слева, влажность справа.

    «Классические» часы на ИМС КМ155 и ИН-8-2: vitsserg — LiveJournal

    Пару лет тому захотелось мне сделать часики на газоразрядных индикаторах. Только не на современном микроконтроллере, а обязательно по «классической» схеме, на микросхемах TTL  и, по возможности, в керамических корпусах. За основу взял известную схему из книги Бирюкова «Цифровые устройства на ИМС» (МРБ-1174). 

    Порылся в «закромах», нашел почти все нужные микросхемы серии КМ155. Только делитель частоты решил сделать на КМ155ИЕ2 (микросхем К155ИЕ1 не нашлось, да и в керамике их вроде бы не было в принципе) и кварц не на 100 КГц, а на 1,0 МГц. Начал разводить плату, и даже сделал довольно много .

    Но в это время на сайте «РадиоКот» увидел объявление о продаже готовой платы и набора деталей для подобных часов. Судя по фотографии, плата была просто шикарная:  заводская, двухсторонняя, с маской и шелкографией. Плюс на плате разведены блоки питания (DC-DC преобразователи) +5 В для ИМС и +180 В для индикаторов. Списался с автором и прикупил у него эту плату (последнюю).  Свою, естественно, после этого забросил… 

    Как таковой полной принципиальной схемы этих часов нет. «Кусочки» схемы «надёрганы» из разных источников, всё это собрано «в кучу» и разведено на одной плате. Подход понятен – сам так несколько раз делал. 🙂 В основе – всё та же схема Бирюкова. Для подавления дребезга контактов кнопок «Установка часов» и «Установка минут» в схему добавлено два RS-триггера. Есть  «будильник», предусмотрена возможность установки малогабаритного реле для слаботочной нагрузки и твердотельного реле для управления мощной нагрузкой. В блоках питания применяются два преобразователя на LM2576. На одной ИМС собран стабилизатор +5 В для питания всех микросхем часов. На второй LM2576 – стабилизатор +12 В. Далее напряжение +12 В подаётся ещё на один преобразователь на микросхеме МС34063 (или NJM2360), который повышает его до +180 В для питания газоразрядных индикаторов. 

    Пока шла посылка с платой, начал подбирать и докупать нужные детали. Довольно дефицитными оказались ИМС К155ИЕ1. Нашел 3 шт. в одном магазине и 2 шт. – в другом. LM2576 то же пришлось поискать. Плата рассчитана на установку 6 шт. индикаторов «ИН-8-2». Я же нашел у себя только 3 шт. Поэтому решил поставить их в разряды единиц часов и минуты.  В десятки часов – поставить «ИН-14». Размер цифр у них одинаковый, только колба выше и распиновка  другая. А в разряды секунд поставить «ИН-16». Это очень красивые маленькие индикаторы с «нормальной» цифрой «5». Подобрал и подходящий корпус – «Gainta-G717» (225х165х90мм).

    Пришла, наконец-то, долгожданная посылка. Качество платы – выше всяких похвал! Сборку начал с установки «мелочёвки» и монтажа блоков питания. Микросхемы дешифраторов (КМ155ИД1) и задающего генератора (КМ155ЛА3) установил на панельки. 

    Стабилизаторы +5 и +12 В заработали без проблем, только напряжения подрегулировал. А вот с «высоковольтным» пришлось повозиться. Оказалось-то все просто – установил резистор не совсем того номинала (нужно было 3К3, а поставил 1К2), т.к. фоторезистор в часах не используется. После его замены всё заработало, как нужно.

    После отладки блоков питания запаял остальные детали. Вместо кнопок временно установил перемычки. Всё ещё раз проверил, отмыл плату и произвел первое включение. Заработали часы сразу. Но фото индикаторы светят «блёкло» — это из-за вспышки (индикатор десятков часов ещё не установлен). На самом деле они достаточно яркие. 

    Далее вместо перемычек запаял кнопки управления часами. В качестве кнопок использовал «микрики» от советских тумблеров и кнопок (типа «КМ-1-1» иже с ними). Тут я столкнулся в полный рост с проблемой «дребезга контактов». Он у этих кнопок оказался настолько большим, что даже триггеры не спасали. Кнопки «Установка «0»» минут и секунд ещё как-то работали, а вот при нажатии кнопок «Установка часов» и «Установка минут» вместо увеличения значения на «1», выскакивали совершенно произвольные числа. Как я с этим не бился, но «победить» их не смог. Проблема решилась просто – поставил другие кнопки, такие же, как ставят в компьютерных корпусах на «Вкл» и «Сброс» (в «Чипе» подобные называются «PSM1-2-0»). Кнопки установил на макетной плате 20 х 80 мм и соединил с основной платой 10-проводным шлейфом.

    Блок питания очень простой, нестабилизированный. Напряжение на  вторичной обмотке тороидального трансформатора 13,5 В, обмотка намотана проводом ПЭЛ-0,82 мм. Далее диодный мост GBU606 и электролит К-50-24 ёмкостью 4700,0 мкФ х 25 В. Блок питания смонтирован на макетной плате 120 х 80 мм и установлен в корпус на 2-х уголках. На задней стенке корпуса установлен выключатель питания и держатель предохранителя. Так же просверлил 4 отверстия диаметром 8,0 мм  для переключателей установки времени будильника. Не факт, что я буду их устанавливать, но «на всякий случай» подготовил.

    Кстати, о будильнике. Всё же решил его проверить. Соединил перемычками выводы индикаторов со входами устройства совпадения, установил таким образом время «06:30». Вместо обмотки слаботочного реле установил светодиод с токоограничивающим резистором. Включил часы  — светодиод горит постоянно. Будильник в 06:30 «не срабатывает», т.к. он «сработан» постоянно и ни на что не реагирует. Начал разбираться – в чём причина. 

    Выяснил, что уровни логического «0», которые должны приходить с выводов индикаторов, довольно высокие (порядка 1,1 В). Инверторы на D19 воспринимают их как «1» и просто не изменяют своё состояние. Возился долго, пока не вспомнил, что «когда-то  такое уже встречал». Полистал книгу Бирюкова, вскоре нашел ответ  – оказалось, нужно «минус» питания микросхемы D19 включить через диод (см. нарисовано красным). Добавил диод, после чего будильник заработал. Но «наоборот».  Т.е. реле все время включено и только в момент срабатывания будильника обесточивается на 1 минуту. 

    В принципе, ничего сложного – просто сигнал с выхода D20 нужно инвертировать. Но на плате нет ни одного лишнего инвертора. Самое простое решение – поставить вместо D20 не КМ155ЛА2 (1 элемент 8И-НЕ), а КМ155ЛА1 (2 элемента 4И-НЕ) и второй элемент использовать как инвертор. Я сравнил их распиновку  – переделки будут небольшими, даже резать ничего не нужно, только добавить несколько перемычек на плате. Но, скорее всего, делать этого не буду, т.к. будильник мне в этих часах не нужен.

    С помощью частотомера установил частоту кварцевого генератора, получилось 100000,4 Гц. Десятые доли Гц, это, конечно, здорово. 🙂 Но нужно посмотреть, какая точность часов будет на практике.  В качестве «эталона» используется сайт https://time100.ru

    Плату установил в корпус на латунных стойках высотой 10 мм. Справа от основной платы устанавливается блок питания.

    В передней панели вырезал прямоугольное отверстие 130 х 30 мм для индикаторов. Нужно бы их закрыть светофильтром, желательно грязно-зелёного (болотного) или жёлто-коричневого (цвет крепкого чая) цвета. Но пока такое стёклышко не нашел. Может, кто подскажет – где в СПб можно поискать такое небольшое стёклышко? 

    Толкатели кнопок взял от какого-то старого видеорегистратора. Буду ли делать декоративную накладку на переднюю панель или нет — ещё не решил.

    На сегодняшний день часы выглядят вот так:

    Точность хода — отстают примерно на 27 сек за 30 дней, т.е. меньше 1 сек в сутки. Попробую ещё немного подрегулировать частоту генератора. 

    В принципе,я доволен этими часиками. 🙂

    часов по индикаторам разряда газа / Sudo Null IT News


    В этой статье речь пойдет об изготовлении оригинальных и необычных часов. Их особенность заключается в том, что время показывают цифровые индикаторные лампы. Таких ламп когда-то было выпущено огромное количество, как у нас, так и за рубежом. Они использовались во многих устройствах, от часов до измерительного оборудования. Но после появления светодиодных индикаторов лампы постепенно вышли из строя. И вот теперь, благодаря развитию микропроцессорной техники, стало возможным создание часов с относительно простой схемой на цифровых индикаторных лампах.

    Думаю, будет не лишним сказать, что в основном использовались лампы двух типов: люминесцентные и газоразрядные. К достоинствам люминесцентных индикаторов можно отнести низкое рабочее напряжение и наличие нескольких разрядов в одной лампе (хотя такие экземпляры встречаются и среди газоразрядных, но найти их намного сложнее). Но все плюсы этого типа ламп кроет один огромный минус — наличие люминофора, который со временем тускнеет, а свечение тускнеет или прекращается.По этой причине нельзя использовать использованную лампу.

    Газоразрядные индикаторы лишены этого недостатка, поскольку они тлеющий газовый разряд. По сути, этот тип лампы представляет собой неоновую лампу с несколькими катодами. За счет этого срок службы газоразрядных индикаторов намного выше. Кроме того, как новые, так и бывшие в употреблении лампы работают одинаково хорошо (а часто используемые лампы работают лучше). Тем не менее, не обошлось и без недостатков — рабочее напряжение газоразрядных индикаторов более 100 В. Но с напряжением решить проблему намного проще, чем с затухающим люминофором.В Интернете такие часы распространены под названием NIXIE CLOCK:

    Сами индикаторы выглядят так:

    Итак, за счет конструктивных особенностей вроде бы все понятно, теперь приступим к проектированию схемы работы. наши часы. Начнем с проектирования источника высокого напряжения. Есть два пути. Первый — использовать трансформатор с вторичной обмоткой 110-120 В. Но такой трансформатор будет либо слишком громоздким, либо его придется наматывать самостоятельно (перспектива так себе).Да и регулировать напряжение проблематично. Второй способ — собрать повышающий преобразователь. Что ж, плюсов будет больше: во-первых, он будет занимать мало места, во-вторых, у него есть защита от короткого замыкания и в-третьих, можно легко регулировать выходное напряжение. В общем, есть все, что нужно для счастья. Я выбрал второй путь, потому что не было желания искать трансформатор и обмоточный провод, а хотелось миниатюру. Было решено собрать преобразователь на MC34063, так как был опыт работы с ней.Получилась такая схема:

    Сначала она была собрана на макетной плате и показала отличные результаты. Все запустилось сразу и никакой настройки не потребовалось. При питании от 12 В. на выходе получилось 175В. Блок питания часов в сборе выглядит следующим образом:

    Сразу же на плату был установлен линейный стабилизатор LM7805 для питания электроники часов и трансформатора.
    Следующим этапом разработки стала схема переключения ламп.В принципе, управление лампой ничем не отличается от управления семисегментными индикаторами, за исключением высокого напряжения. Те. достаточно подать на анод положительное напряжение, а соответствующий катод подключить к минусу питания. На этом этапе необходимо решить две задачи: согласование уровней МК (5В) и ламп (170В), и переключение катодов ламп (они числа). После некоторого времени размышлений и экспериментов была создана такая схема управления анодами ламп:

    А катодное управление очень простое, для этого придумали специальную микросхему К155ИД1.Правда, они давно сняты с производства, как и лампы, но купить их — не проблема. Те. Для управления катодами необходимо только подключить их к соответствующим выводам микросхемы и подать на вход данные в двоичном формате. Да чуть не забыл, питается от 5В. (ну очень удобная штуковина). Индикацию было решено сделать динамической, иначе на каждую лампу пришлось бы ставить К155ИД1, а их было бы 6 штук. Общая схема получилась следующая: Под каждой лампой я установил ярко-красное светодиодное свечение (такое красивое).В собранном виде плата выглядит так:

    Розетки для ламп найти не удалось, пришлось импровизировать. В итоге старые разъемы, похожие на современные COM, были демонтированы, с них сняты контакты и после некоторых манипуляций с кусачками и напильником впаяны в плату. Для ИН-17 розетки не делал, только для ИН-8.
    Осталось самое сложное, осталось разработать схему «мозга» часов.Для этого я выбрал микроконтроллер Mega8. Что ж, тогда все очень просто, просто возьмите и подключите все так, как нам удобно. В результате в схеме часов появились 3 кнопки для управления, микросхема часов реального времени DS1307, цифровой термометр DS18B20 и пара транзисторов для управления подсветкой. Для удобства подключаем анодные ключи к одному порту, в данном случае это порт С. В собранном виде это выглядит так:

    На плате есть небольшая ошибка, но она исправлена ​​в прикрепленные файлы доски.Провода для прошивки МК припаяны проводами, после перепрошивки девайса следует припаять.

    Ну а теперь неплохо было бы нарисовать общий контур. Сказано — готово, вот оно: А вот так все выглядит в собранном виде: Теперь осталось только написать прошивку для микроконтроллера, что и было сделано. Функционал получился следующий: Отображение времени, даты и температуры. Кратковременное нажатие кнопки MENU изменяет режим отображения. 1 режим — только время. 2 режим — время 2 мин. дата 10 сек. 3 режим — время 2 мин. температура 10 сек. 4 режим — время 2 мин. дата 10 сек. температура 10 сек.

    При удерживании включаются настройки времени и даты, настройки меняются нажатием кнопки MENU. Максимальное количество датчиков DS18B20

    — 2. Если вам не нужна температура, вы можете вообще не устанавливать их, это не повлияет на работу часов.Датчики с возможностью горячей замены не предусмотрены.

    Кратковременное нажатие кнопки ВВЕРХ включает дату на 2 секунды. При удерживании включается / выключается подсветка.

    Кратковременное нажатие кнопки ВНИЗ включает температуру на 2 секунды.

    С 00:00 до 7:00 яркость снижается.

    Работает все это дело так:

    Исходный код прошивки прикреплен к проекту. Код содержит комментарии, поэтому изменить функционал не составит труда.Программа написана на Eclipse, но код компилируется без каких-либо изменений в AVR Studio. МК работает от внутреннего генератора на частоте 8 МГц. Предохранители отображаются следующим образом:

    И в шестнадцатеричном виде так: ВЫСОКИЙ: D9 , НИЗКИЙ: D4

    Также включены платы с исправленными ошибками:

    Скачать (MEGA)

    Эти часы работают для месяц. Проблем в работе не выявлено. Стабилизатор LM7805 и транзистор преобразователя еле греются.Трансформатор нагревается до 40 градусов, поэтому, если вы планируете установить часы в корпусе без вентиляционных отверстий, трансформатор будет потреблять больше мощности. В моих часах он обеспечивает ток в районе 200 мА. Точность курса сильно зависит от применяемого кварца на частоте 32,768 кГц. Кварц покупать в магазине не рекомендуется. Наилучшие результаты показал кварц от материнских плат и мобильных телефонов.

    Кроме ламп, используемых в моей схеме, можно установить любые другие индикаторы разряда.Для этого придется поменять разводку платы, а для некоторых ламп напряжение повышающего преобразователя и резисторы на анодах.

    Внимание: устройство содержит источник высокого напряжения !!! Течение небольшое, но довольно заметное !!! Поэтому при работе с устройством следует соблюдать осторожность !!!

    PS Статья первая, где-то я мог ошибиться / запутаться — пожелания и предложения по исправлению приветствуются.

    Оригинальный подарок.Ламповые часы Nixie. Часы на газоразрядном неоне

    Почему часы на газоразрядных неоновых индикаторах ИН-12 стоит покупать сейчас?

    Потому что это редкий и эксклюзивный продукт.

    Используются лампы для радиотехники, которые производились в СССР. Эти лампы могут прослужить более 15 лет. Их производство было остановлено в 1990 году и не будет возобновлено, потому что промышленность налаживается, и в будущем такие лампы не будут актуальны. Очень жаль! Ведь это надежные лампы, проверенные временем.
    Можно использовать только те запасы, которые остались после прекращения добычи. Сейчас в некоторых странах производятся лампы, похожие на неоновые огни. Но это качество обычных ламп, а не радиотехники высшего класса.
    Со временем оригинальные часы будут только дорожать, они превратятся в настоящую редкость, винтаж и яркую деталь любого интерьера.
    В мастерской Retrofusion мы изготавливаем для вас эксклюзивный продукт высочайшего качества.
    Мы берем самые лучшие лампы из имеющихся на рынке.Наши мастера поддерживают часы в рабочем состоянии целый месяц, включают и выключают будильники, меняют подсветку и настройки, чтобы исключить возможность брака.
    Это тест, чтобы убедиться, что вы получите отличный продукт высочайшего качества.)

    Почему часы Retrofusion самые лучшие?

    Потому что наши мастера знают толк в своем деле.

    Перед тем, как выйти на мировой рынок со своим продуктом, мы тщательно подготовились. В течение полутора лет наши мастера изучают, пробуют, улучшают и модифицируют плату управления, чтобы добиться для вас наилучших результатов.И теперь наши часы идеальны.

    — Благодаря нашей собственной конструкции часы управляются сверхчувствительным сенсорным датчиком сверху. Одно легкое прикосновение к корпусу переключит часы на календарь, и вы увидите дату и год. Будильник тоже легко отключается.

    — На задней стороне корпуса есть многофункциональная ручка, которая управляет всеми настройками. Устанавливает дату, время и будильник.
    Вам не нужно каждый раз проверять, включен ли ваш будильник. Вам просто нужно смотреть на точки на часах.При включении будильника точки горят, при выключенном — мигают.

    — Часы работают от обычного USB для большего комфорта. Оригинальный разъем USB сделан из того же дерева, что и сами часы. Часы Симфония №12 прекрасны в каждой детали!

    -Даже если часы давно не работали, это не проблема! Это точная техника, и настройки не изменятся. И даже если часы не работали несколько лет, вы включите их и увидите точное время.)

    — А еще мы предоставляем 5-ЛЕТНЮЮ ГАРАНТИЮ, потому что мы на 200% уверены в качестве наших часов. Каждый экземпляр с любовью собирается вручную нашими мастерами.

    Для корпусов мы используем только натуральное дерево.
    Закупаем дуб и бук прямо в регионе произрастания — на Северном Кавказе. Деревья растут на солнечных склонах красивых гор Кавказа, которые придают древесине особую упругость и плотность. Каждое дерево очень древнее — от 150 до 300 лет.
    Покупаем сосну на Севере России, в Архангельске.Здесь, в суровых условиях Русского Севера, дерево становится твердым и крепким, а дерево приобретает более насыщенный и изысканный рисунок. Это качественный, прочный и красивый материал!
    Часы серии «Симфония №12» обрабатываем преимущественно натуральными маслами немецкой компании OSMO. Это масло сохраняет и подчеркивает великолепную текстуру дерева.
    Каждый этап процесса выполняется мастерами с особой тщательностью. И каждые часы уникальны. Кроме того, все экземпляры имеют собственный серийный номер.Это как индивидуальное имя для часов.)

    Вы можете заказать персонализированный подарок на день рождения, свадьбу, юбилей или другое событие. В гарантийный талон, который действует 5 ЛЕТ, мы сразу же впишем имя человека, которому они будут принадлежать. А их владелец всегда сможет связаться с нами, не отвлекая вас от важных дел. Ведь это действительно замечательный подарок для любимого человека!

    Часы выглядят массивно, но в то же время изысканно.Три металлических ножки создают небольшой наклон часов. Они выполнены в стиле ретро 60-х годов. Их универсальный дизайн подчеркнет тонкий вкус обладательницы. Разнообразие цветов станет заметным дополнением любого интерьера.

    Будьте исключительны и оригинальны с эксклюзивными неоновыми часами из серии «Симфония №12». Радуйтесь себе и доставляйте удовольствие своим близким!
    Наслаждайтесь и впечатляйте!

    Размер: 210 мм X 65 мм X 85 мм
    8.4 “X 2.6” X 3.4 “

    5-ЛЕТНЯЯ ГАРАНТИЯ

    Часы поставляются в черной картонной коробке, снабженной шнуром питания и инструкциями на английском языке.

    Будем рады сотрудничеству с оптовыми покупателями. Мы Вас приятно удивим нашими ценами.

    Часы на ламповых индикаторах. Часы по газоразрядным индикаторам. Схема часов на газоразрядных индикаторах. Есть часы с двумя микросхемами

    Здравствуйте. Хочу рассказать про свою недавнюю «хитрость», а именно часы на индикаторы газоразряда (GDI).
    Газоразрядные индикаторы давно канули в Лету, лично для меня они даже «самые новые» постарше.GDI использовался в основном в часах и измерительных приборах; позже на их место пришли вакуумно-люминесцентные индикаторы.
    Так что же такое лампа GDI? Это стеклянный шар (это же лампа!), Наполненный неоном внутри с небольшим количеством ртути. Внутри также находятся электроды, изогнутые в виде цифр или знаков. Интересно то, что символы расположены один за другим, поэтому каждый символ светится на своей глубине. Если есть катоды, обязательно должен быть анод! — он один на всех.Итак, чтобы на индикаторе загорелся определенный символ, необходимо приложить напряжение, а не маленькое, между анодом и катодом соответствующего символа.
    Для справки хотелось бы написать, как происходит свечение. Когда между анодом и катодом подается высокое напряжение, газ в лампе, который ранее был нейтральным, начинает ионизоваться (то есть из нейтрального атома образуются положительный ион и электрон). Образовавшиеся положительные ионы начинают двигаться к катоду, высвобожденные электроны — к аноду.В этом случае электроны «попутно» дополнительно ионизируют атомы газа, с которыми они сталкиваются. В результате происходит лавинообразный процесс ионизации и в лампе появляется электрический ток (тлеющий разряд). Итак, теперь самое интересное, помимо процесса ионизации, то есть образования положительного иона и электрона, существует еще и обратный процесс, называемый его рекомбинацией. Когда положительный ион и электрон «превращаются» обратно в одно целое! В этом случае энергия выделяется в виде свечения, которое мы наблюдаем.
    Теперь непосредственно к часам. Я использовал лампы ИН-12А. Они имеют не совсем классическую форму лампы и содержат символы 0–9.
    Я купил изрядное количество неиспользуемых ламп!

    То есть на всех хватило!
    Было интересно сделать миниатюрное устройство. В результате получилась довольно компактная деталь.
    Корпус вырезан на лазерном станке из черного акрила по 3D модели, изготовленной на основе печатных плат:


    Схема устройства.
    Часы состоят из двух плат. На первой плате находятся четыре лампы ИН-12А, декодер К155ИД1 и оптопары для управления анодами ламп.


    На плате также есть входы для подключения питания, управления оптопарами и декодером.
    Вторая плата — это уже мозг часов. Он содержит микроконтроллер, часы реального времени, блок преобразования 9 В в 12 В, блок преобразования 9 В в 5 В, две кнопки управления, зуммер и выходы всех сигнальных проводов, которые совпадают с платой дисплея.Часы реального времени имеют резервную батарею, которая не позволяет терять время при отключении основного питания. Питание осуществляется от блока 220В-9В (достаточно 200мА).


    Эти платы подключаются штыревым соединителем, но не вставкой, а пайкой!


    Все так и происходит. Во-первых, длинный винт M3 * 40. На этот винт крепится трубка от 4-миллиметрового воздушного шланга (он плотный, подходит для крепления печатных плат, использую очень часто).Потом подставка между печатными платами (я распечатала на 3D-принтере) и потом латунная сквозная гайка все это стягивает. И задняя стенка также будет крепиться болтами М3 к сквозным латунным гайкам.


    При сборке мы обнаружили такую ​​неприятную особенность. Написал прошивку, но часы отказались работать, лампы мигали в непонятном порядке. Проблема была решена установкой дополнительного конденсатора между + 5В и массой прямо рядом с микроконтроллером.Это видно на фото выше (установил в разъем для программирования).
    Прикрепляю файлы проекта в программе EagleCAD и прошивку в CodeVisionAVR. Можно обновить при необходимости для собственных целей)))
    Прошивка часов сделана довольно просто без наворотов! Просто часы. Две кнопки управления. Одна кнопка — «режим», вторая — «настройка». При первом нажатии кнопки «режим» отображаются только цифры, отвечающие за часы, если в этом режиме нажать «настройка», часы начнут увеличиваться (при достижении 23 они сбрасываются на 00).Если снова нажать «режим», будут отображаться только минуты. Соответственно, если в этом режиме вы нажмете кнопку «Настройка», минуты также увеличатся в «круговом» порядке. При повторном нажатии «режим» отображаются часы и минуты. Когда часы и минуты меняются, секунды сбрасываются.

    Схема:
    Скачать схему

    Речь пойдет о моих новых часах на газоразрядных индикаторах ИН-8-2. Я хотел сделать эти часы, так сказать, идеальными с моей субъективной точки зрения.А именно — чтобы они были статичными, имели индикаторы с правильной пятеркой, относительно безупречный корпус и, соответственно, более-менее прочную конструкцию.

    Получилось, как говорится, так и произошло.

    В целом неплохо. Кузов сделан из стекловолокна и окрашен аэрозольной краской с легким напылением для придания характерного матового покрытия. Стальная защитная трубка. Сначала была идея отполировать, чтобы он был как хромированный, но потом решил, что белый как-то интереснее.

    Перечислим функции и возможности часов:

    • Отображение времени
    • Отображение даты одним нажатием кнопки
    • Индикаторы RGB с подсветкой. Имеет 2 режима.

    Первый — это ручной выбор цвета, каждый канал настраивается отдельно, вы можете назначить значение ШИМ от 0 до 255 с шагом 5 единиц. Таким образом, можно настроить практически любой цвет.

    Второй режим автоматический. Цвет меняется в зависимости от времени суток по следующему закону:

    часов отложено по оси X.То есть в восемь часов утра горит зеленый свет, в 16 часов — синий, а в полночь — красный. В промежутках цвета меняются. Смотрится очень интересно, время можно даже угадать по цвету. Для расчета значений ШИМ используются не только часы, но и минуты, поэтому цвет меняется плавно.

    • Подсветка под кузов светодиодная — светящиеся ножки. Простые белые светодиоды. Подсветку можно использовать как ночник или просто для эстетики.
    • Возможность регулировки яркости индикаторов.Реализовано это за счет простой программной ШИМ, так как три канала уже заняты RGB-подсветкой.

    Устройство достаточно простое — схема на базе 74HC595 и K155ID1 (все подключается строго по даташитам, никаких «перепутанных» катодов), все это контролирует ATMEGA 8. Часы реального времени DS1307. Клавиши ULN2803 для RGB и обычных светодиодов. Преобразователя нет, питание от трансформатора ТА1-127. У него 4 обмотки по 28 вольт. Одна из обмоток подключается к удвоителю напряжения, а затем последовательно с остальными к диодному мосту.При этом на конденсаторе около 200 вольт.

    Смотрите схему в начале поста.

    Как видно из схемы, кнопок 7.

    При нажатии любой из этих кнопок происходит прерывание INT0, и программа реагирует на нажатую кнопку. Для этого нужна диодная развязка.

    Первая кнопка — это режим отображения — время или дата.

    Вторая и третья кнопки — установка минут и часов соответственно (если часы показывают время) или установка дня, месяца и года (если часы показывают дату).Когда минуты установлены, секунды очищаются. Год указывается в месяцах.

    Четвертая кнопка (в режиме отображения времени) переключает режимы подсветки. Всего существует четыре режима. 1 — ручная RGB подсветка, нижняя подсветка выключена. 2 — автоматическая RGB подсветка, нижняя подсветка выключена. 3 — ручной RGB, нижняя подсветка горит. 4 — автоматический RGB, нижняя подсветка горит. В режиме отображения даты с помощью этой кнопки можно регулировать яркость индикаторов. Всего 10 уровней яркости.

    Пятая, шестая и седьмая кнопки предназначены для настройки ручной RGB-подсветки.Каждый канал управляется соответствующей кнопкой. Вы можете назначить значения ШИМ от 0 до 255 с шагом 5. При этом само значение ШИМ отображается на индикаторах, и мелькает там до тех пор, пока настройка не будет завершена, после чего нужно нажать первую кнопку, и часы вернутся в режим отображения времени.

    Естественно, можно полностью отключить подсветку — для этого нужно выбрать ручной режим подсветки и выставить нули для всех каналов.

    Светодиоды

    RGB получают питание от 12 В через резисторы и переключатели на ULN2803.Конечно, яркость каналов внутри светодиода разная, поэтому необходимо откалибровать систему. Для этого нужно установить одинаковые коэффициенты ШИМ и, выбрав в программе резисторы или специальные константы, добиться белого света без искажений в обе стороны спектра. Для моих светодиодов красный канал был намного слабее синего и зеленого, поэтому в программу были введены соответствующие поправочные коэффициенты.

    Микроконтроллер работает на частоте 14 МГц, хотя это не обязательно, вы также можете запустить внутренний генератор на частоте 8 МГц.

    Регистры и декодеры подключаются по типовым схемам.

    Питание индикаторов осуществляется через резисторы 33 кОм. Затем через элемент управления на них подается питание 200 вольт. В качестве него можно использовать подходящий высоковольтный оптрон, твердотельное реле, переключатель с оптоизолятором и т. Д. Если, конечно, вам нужно отрегулировать яркость.

    Теперь немного о процессе изготовления.

    Вся конструкция расположена на двух досках.Один с регистрами и декодерами, другой с микроконтроллером, ключами и так далее.

    Итак, платы вытравлены, одна уже припаяна. Шарфики для индикаторов.

    Здесь индикаторы уже распаяны на общей плате с подсветкой.

    Приступаем к изготовлению корпуса — вырезаем детали из стеклопластика, спаяем их между собой.

    Монтаж досок и деталей в корпусе.

    Замазать местами холодной сваркой и отшлифовать наждачной бумагой.

    Плата с декодерами и регистрами в корпусе.Припаял прямо к стене и один столб.

    Теперь стоит обратить внимание на кнопки. Я вырезал из стеклопластика маленькие рычаги, просверлил в них отверстия и надел на ось. Сама ось припаяна к стойкам на плате. Между ними также надеты отрезки от вала шариковой ручки.

    Как видите, при нажатии на рычаг последний нажимает кнопку.

    Теперь кладем плату в корпус. В нем есть продольные отверстия для рычагов.

    Вот так это выглядит снаружи. \

    Теперь электронную часть можно считать собранной. Поверх микроконтроллера снова была макетная плата — на ней кварц 14 МГц и разъем для программатора. Теперь контроллер питается от этого кварца, плюс его можно программировать, не вынимая контроллер из розетки.

    Сначала снял нижнюю часть, которая была припаяна ко всему корпусу, и прикрепил к ней платы и все остальное. Таким образом, конструкция стала более ремонтопригодной и независимой от корпуса.

    Естественно, сначала краска была смыта растворителем.

    Сдул всю лишнюю медь, так как оказалось, что краска плохо держится на меди.

    Затем к последнему плотно припаивались отдельные части корпуса.

    Все трещины, все ненужные отверстия и трещины заделаны холодной сваркой — кстати, это очень прочный материал. И адгезия к стекловолокну отличная. Словом, он становится практически единым целым с исходным материалом.Слишком гладкие углы также подвергаются холодной сварке и шлифовке.

    В итоге обработала настолько идеально, что пальцами прикоснуться к суставам было совершенно невозможно. Как будто он всегда был таким целым.

    Итак, новый кузов покрашен заново.

    Сейчас на мой взгляд все идеально.

    Используя газоразрядные индикаторы, можно сделать очень интересные часы Nixie Clock. В связи с этим у человека много возможностей. Схемы для часов есть возможность использовать самые разнообразные.Вдобавок творческие люди могут придумать интересный дизайн часов.

    Некоторые считают, что у них много недостатков, а потому лучше использовать люминесцентные аналоги, но это заблуждение. В первом случае человек получает материал, который стабильно работает и не сильно перегревается. А люминесцентные лампы довольно быстро перегорают, что является серьезной проблемой.

    Важные элементы часов на индикаторах

    Если не брать во внимание корпус прибора и сами индикаторы, то основная часть — это микросхема.Именно она позволяет отображать в устройствах реальное время. Дополнительно в модель включены транзисторы и конденсаторы. Батареи в основном используются для источников питания. Не все часы на газоразрядных индикаторах оснащены трансформаторами, а также индукторами.

    Как собрать наручные часы на транзисторах CB303?

    Часы на газоразрядных индикаторах в комплекте транзисторов CB303 биполярного типа. Прежде всего, следует отметить, что они практически не перегреваются при эксплуатации.Если говорить о газоразрядных лампах, то важно использовать их новые, из магазина. В противном случае они прослужат очень мало часов. Контакты чаще всего используются для обозначения цифр.

    Микросхема для управления обычно используется серией К15554, и относится к классу трехканальных, имеет два выхода на блок питания. Конденсаторные наручные часы на газоразрядных индикаторах в основном работают с небольшой емкостью. В некоторых случаях стабилизаторы можно встретить в устройствах.В этой ситуации нагрузка с транзисторов будет существенно снята. В качестве футляра вполне можно использовать обычную коробку.

    Схема устройств со стабилизаторами

    Схема часов на газоразрядных индикаторах со стабилизаторами должна включать импульсные преобразователи. Они нужны в устройствах для передачи сигнала от микросхемы. Конденсаторы Стандартная схема газоразрядных индикаторных часов рассчитана на емкость не более 50 пФ. Транзисторы в свою очередь включаются биполярного типа.

    Если рассматривать системы с тремя конденсаторами, то на микросхеме должно быть три вывода. Предельное сопротивление транзисторов должно выдерживать 6 Ом. Если говорить о текущей нагрузке, то в часах она составляет в среднем 74 А. В этом случае использование двойных досок крайне не рекомендуется. Это связано с тем, что показатель выходного напряжения значительно увеличится. В результате человеку придется ставить предохранители.

    Часы с индуктором

    Могут выдерживать максимальную нагрузку на уровне 5 А.Для их работы очень необходим блок питания. Сам процесс компиляции осуществляется в два этапа. В первую очередь на работу подключаются конденсаторы. В этом случае они используются только электролитического типа. На втором этапе резисторы активируются попарно. Индикаторы газоразряда в этой ситуации держат до 50 Ом. Для защиты устройства многие советуют использовать систему защиты, исключающую короткое замыкание.

    Выпрямительные модели с индикаторами ИН-12Б

    Газоразрядные индикаторы ИН-12Б с выпрямителями позволяют поддерживать частоту в цепи на уровне 60 Гц.Благодаря этому выходное напряжение не превышает 15 В. Стабилизаторы в платах, как правило, линейного типа. Защита от в этом случае очень важна. Чтобы транзисторы выдерживали высокое сопротивление, они используются с маркировкой PP200.

    Биполярные элементы в часах обычно используются редко. Платы устанавливаются непосредственно на часы серии K155. У них неплохая теплопроводность и в целом отличные характеристики. Конвертеры в системе используются редко.В принципе резисторы в охлаждении не нуждаются, и это плюс. Газоразрядные индикаторы в этой ситуации держат сопротивление до 50 Ом.

    Опции датчика температуры

    Часы с индикатором разрядки газа позволяют контролировать основные элементы в цепи. Как правило, заранее рассчитать тепловую нагрузку для конкретной пары резисторов очень сложно. В результате установленный предохранитель может не спасти положение. Также трансформаторы страдают от повышения температуры в часах.Когда на вторичную обмотку подается большое напряжение, ее целостность может быть нарушена.

    Часы с преобразователями

    Чаще всего используются преобразователи в часах. В этом случае они позволяют не устанавливать в устройство трансформатор. Однако в этом случае есть и недостатки, и их следует учитывать. Прежде всего, недостатком преобразователей является высокое напряжение на входе, которое иногда может превышать 16 В. Согласование всех уровней в такой ситуации значительно усложняется.

    Переключение катодов может выполняться с небольшой задержкой. Все эти проблемы можно решить с помощью микроконтроллеров. Специалисты советуют использовать их именно в серии Mega 8. Для настройки часов вам понадобится всего три кнопки. Некоторым людям сложно выбрать светодиоды перед началом сборки. На сегодняшний день наиболее подходящими считаются элементы с красным окрасом. В конечном итоге они будут потрясающе смотреться в квартире. Для цифр в газоразрядных лампах, как всегда, используются контакты.

    Система вентиляции в приборах

    Система вентиляции в часах может быть разной. Самым простым способом охлаждения устройства считается естественная вентиляция через отверстия на корпусе. Сделать их можно сразу с двух сторон. Важно понимать, что в часах больше всего перегревается преобразователь. Учитывая это, накрывать его доской в ​​футляре крайне не рекомендуется. Если рассматривать модели с блоками питания на 15 В, то максимальная температура преобразователей там будет порядка 40 градусов.Это норма и нет необходимости оснащать Nixie Clock кулером.

    Схема часов с внутренними генераторами

    Цепи индикаторов разряда газа с внутренними генераторами предполагают использование источников питания 30 В. Внутреннее сопротивление в этом случае увеличится до 2 Ом. Максимальная нагрузка на транзисторы — 5 А. Для выбора тактового сигнала нужно использовать микроконтроллеры. Точность пути прохождения тока зависит исключительно от кварца. Транзисторы представляют собой простые схемы на основе газоразрядных индикаторов, как правило, предусматривают биполярный тип.

    Датчики температуры устанавливаются редко. Объясняется это тем, что системе совершенно не нужен трансформатор с вторичной обмоткой. В результате теплопроводность будет довольно низкой. Используются анодные ключи для портов. Они подходят только для плат с тремя разъемами. Микроконтроллеры серии «Мега 8» в этом случае будут уместны. Для прошивки платы требуется высокий порог мониторинга.

    Конденсаторные часы PP22

    Часы на газоразрядных индикаторах на конденсаторах этого типа позволяют более стабильно передавать сигнал.Порог мониторинга в этом случае будет достаточно высоким. Резисторы в часах используются только с сопротивлением не менее 6 Ом. Входное напряжение должно быть не менее 6 В. Согласование уровня происходит только путем переключения катодов.

    Преобразователи на конденсаторы этого типа подходят для серии «Step Up». Дополнительно следует позаботиться о системе защиты, чтобы исключить случаи коротких замыканий. Микросхемы на конденсаторы используются только для двух выходов. В этом случае может быть до пяти портов.Стабилизаторы для конденсаторов в основном используются линейного класса. на входе должно быть не менее 5 В.

    Есть часы с двумя микросхемами?

    Часы на газоразрядных индикаторах с двумя микросхемами сегодня встречаются довольно редко. Они нужны для более быстрой синхронизации процессов. В этом случае переключение катодов ламп осуществляется за считанные секунды. нельзя использовать для таких часов. Минимальный уровень сопротивления в этом случае должен быть на уровне 50 Ом.

    В свою очередь транзисторы должны выдерживать напряжение 30 А.Преобразователи в часы, как правило, устанавливаются импульсного типа. Это делает переключение на двоичный код быстрым. Согласование уровней происходит непосредственно в микроконтроллере. Регулировать напряжение в приборе можно с помощью стабилизатора. Однако минимум должен быть 22 пФ.

    Модели на предохранителях KA445

    Эти предохранители являются электролитическими по своему типу. У них предельная емкость ровно 10 пФ. В начале схемы они обычно располагаются перед транзисторами.Важно использовать светодиоды в часах с высокой пропускной способностью. Микросхема должна иметь не менее трех портов. В этом случае стабилизатор линейного типа необходимо паять. Предохранитель очень поможет при высоких входных напряжениях.

    Если исключить использование преобразователя в часах, то можно взять трансформатор со вторичной обмоткой. Устанавливается перед блоком питания. Специалисты советуют использовать предохранители только плавкого типа. Их хватит на часы надолго. Важно установить перед кристаллами резисторы с пределом 33 Ом.Источник питания должен быть рассчитан на 15 В. В результате предельная частота в системе будет колебаться около 60 Гц.

    В последнее время большой популярностью пользуются часы в духе ретро, ​​на газоразрядных индикаторах. В зарубежных странах такие часы называют «Никси-часы». Увидев подобный проект в интернете, пришла идея собрать себе такие же.

    Читайте дальше, чтобы узнать, что из этого вышло.

    Изучал варианты схем в интернете.Обычно часы Nixie состоят из четырех основных частей:
    1. микроконтроллер контроллера,
    2. высоковольтный источник питания,
    3. драйвер-декодер и собственно лампа.

    В большинстве схем в качестве декодера используются советские микросхемы К155ИД1 — «высоковольтные декодеры управления газоразрядными индикаторами». Такого чипа найти не удалось, да и использовать DIP-пакеты особо не хотелось.

    Схема часов, прикладные детали

    С учетом имеющихся комплектующих я разработал свой вариант схемы часов, в котором роль декодера возложена на микроконтроллер.


    Рисунок 1. Схема Nixie-clock на МК


    На микросхеме U4 MC34063 повышающий преобразователь постоянного тока с внешним переключателем на IRF630M собран в полностью изолированном корпусе. Транзистор взят с платы монитора.
    R4 + Q1 + D1 — простой драйвер для ключа, быстро разряжающий шторку. Без такого драйвера ключ был очень горячим и получить необходимое напряжение было невозможно.

    R5 + R7 + C8 — обратная связь, определяющая выходное напряжение на уровне 166 вольт.Транзисторы Q3-Q10 вместе с резисторами R8-R23 составляют анодные переключатели, обеспечивающие динамическую индикацию.

    Резисторы R8-R11 задают яркость разряда индикатора, а резистором R35 — яркость точки разделения.

    Одноименные выводы всех ламп, за исключением анода, соединены между собой и управляются транзисторами Q11-Q21.

    Микроконтроллер ATMEGA8 управляет клавишами лампы, он также опрашивает микросхему и кнопки часов реального времени (RTC) DS1307.

    Диоды D3 и D4 обеспечивают формирование запроса внешнего прерывания нажатием любой из кнопок управления.

    Контроллер питается от линейного регулятора 78L05.

    Лампы ИН-14 — индикаторы тлеющего разряда.

    Катоды в виде арабских цифр высотой 18 мм и двумя запятыми. Индикация осуществляется через боковую поверхность баллона. Конструкция стеклянная, с гибкими выводами.


    Так сказать, эээ … калькулятор Искра 122. Фото ~ MERCURY LIGHT ~


    Индикаторы ИН-14 от чудовищного калькулятора Iskra 122, выпущенного в 1978 году, светят без проблем, и я получил это за «спасибо, что очистил балкон».

    Конструкция может питаться постоянным напряжением 6-15 Вольт от внешнего блока питания. Потребление менее одного ватта (70 мА при 10 В).

    Чтобы часы продолжали работать в случае сбоя питания, предусмотрена батарея CR2032. Согласно техническому описанию, DS1307 потребляет только 500 нА от батареи, поэтому этой батареи хватит на очень долгое время.

    Управление часами

    После подачи питания загорятся четыре нуля, и если связь с микросхемой DS1307 установится без ошибок, точка разделения начнет мигать.

    Время устанавливается с помощью трех кнопок «+», «-» и «установить». Нажатие кнопки «установить» погаснет цифры часа, затем с помощью кнопок «+» и «-» будут установлены минуты. Следующее нажатие на кнопку «установить» переключит в режим настройки часов. Повторное нажатие на «set» приведет к сбросу на 0 секунд и переключению часов в режим отображения времени «ЧЧ: ММ».Точка разделения будет мигать.

    Удерживая кнопку «+», вы можете в любой момент просмотреть текущее время в режиме «ММ: СС».

    Pay

    Все основные части схемы выложены на одной двусторонней плате размером 135 × 53 мм. Плата была изготовлена ​​из LUT и протравлена ​​в перекиси водорода с лимонной кислотой. Слои платы соединялись между собой впаянием кусков медной проволоки в отверстия.

    Я сопоставил шаблоны платы по отметкам за пределами платы.Стоит напомнить, что верхний слой M1 в Sprint-Layout должен быть напечатан зеркально.

    При тестовой сборке в проводке выявлены «косяки». Пришлось соединить анодные транзисторы проводами. Исправлена ​​печатная плата в архиве к статье.

    Контактные площадки предназначены для программирования контроллера.

    Фото собранной платы часов


    Фото 1. Плата часов снизу


    Высоковольтная эл.Конденсатор ставим горизонтально, для него я сделал в плате вырез. Я постарался сделать собранную плату как можно меньше. Оказалось, что толщина всего 15 мм. Вы можете сделать тонкий стильный чехол!

    Список запчастей

    Файлы

    Архив содержит схему часов в высоком разрешении, печатную плату в формате SL5 и прошивку для контроллера. Предохранители
    должны быть настроены для работы от внутреннего генератора 8 МГц.
    ▼ 🕗 24.05.15 819.72 Кб ⇣ 137 Привет, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45 лет, я сибиряк, заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и поддерживаю этот замечательный сайт с 2006 года.
    Более 10 лет наш журнал существует исключительно за мой счет.

    Хорошо! Халява закончилась. Если вам нужны файлы и полезные статьи — помогите!

    Есть в наличии

    Купить оптом

    Комплект ламповых часов ИН-14 — это набор для сборки ламповых часов на газоразрядных индикаторах в стиле ретро.Часы оснащены будильником и имеют энергонезависимую память. В комплект входят платы и полный набор комплектующих для сборки (в комплекте с радиолампами). По окончании увлекательной сборки вы получите готовое изделие, которое порадует теплым светом лампы.

    Набор предназначен для обучения навыкам пайки, считывания схем и практического конфигурирования собранных устройств, позволяя радиолюбителю понять, как работает микроконтроллер. Будет интересно и полезно познакомиться с основами электроники и получить опыт сборки и настройки электронных устройств.

    Технические характеристики

    Особенности
    • Катодный режим защиты от отравления (перед изменением минут производится быстрый перебор всех цифр на всех лампах)
    • Сигнализация

    Дополнительная информация

    Индикаторы газоразрядные ИН-14 были произведены в прошлом веке и использовались для отображения информации (цифровой, символьной) на основе тлеющего разряда. В настоящее время эти лампы используются для создания часов.

    Часы оснащены будильником.

    В часах есть энергонезависимая память — в комплекте есть батарейка CR 2032.

    Управление часами осуществляется тремя кнопками. Кнопка «функция» используется для переключения режимов. С помощью кнопок «установить значение» значение изменяется в том или ином режиме.

    Кабель питания в комплект не входит.

    Конструктивно устройство выполнено на двух печатных платах из фольгированного стеклопластика размером 116х38 мм.Расстояние между соединяемыми досками — 11 мм. Устанавливайте компоненты на высоту до 10 мм. Обратите особое внимание на размер поляризованных конденсаторов. Для «тонкой» установки индикаторных ламп между выводами ИН-14 наклеить две спички. Гребенка выводов на плате индикатора монтируется со стороны дорожек (выводы припаиваем, потом к плате приставляем пластиковую «клипсу»).

    Раз в минуту при изменении знака активируется режим защиты от отравления катода лампы.На данный момент в каждом индикаторе есть перечисление всех знаков, что делает работу часов еще более эффективной.

    ВНИМАНИЕ! После включения не прикасайтесь к компонентам и токоведущим дорожкам платы, цепь находится под высоким напряжением около 180 В. Это напряжение требуется для питания индикаторов лапы. Обязательно соблюдайте правила работы с высоким напряжением.

    Статьи

    Схемы

    Электрическая схема

    В комплекте поставки
    • Индикаторы ИН-14 — 4 шт.
    • Комплект электронных компонентов — 1 шт.
    • Печатная плата — 2 шт.
    • Инструкция — 1 шт.

    Что требуется для сборки
    • Паяльник
    • Припой
    • Бокорезы

    Настройка
    • Правильно собранное устройство не требует настройки и сразу начинает работать.

    Меры предосторожности
    • ВНИМАНИЕ! После включения не прикасайтесь к компонентам и токоведущим дорожкам платы, цепь находится под высоким напряжением около 180 В.Это напряжение требуется для питания индикаторов лапы. Обязательно соблюдайте правила работы с высоким напряжением.

    Техническое обслуживание
    • Если после включения индикатор показывает двойные значения, необходимо еще раз тщательно промыть плату от остатков флюса.

    Внимание!
    • Во избежание отслаивания печатных проводников и перегрева элементов время пайки каждого контакта не должно превышать 2-3 с.
    • Для работы используйте паяльник мощностью не более 25 Вт с хорошо заточенным жалом.
    • Для радиоустановок рекомендуется использовать припой марки ПОС61М или аналогичный, а также жидкий неактивный флюс (например, 30% раствор канифоли в этиловом спирте или ЛТИ-120).

    Вопросы и ответы
    • Добрый день. 1) Есть ли в продаже чехлы на эти часы (бланки) 2) Есть ли у этих часов светодиодная подсветка цоколя ИН-14
      • Добрый день.1. Корпусов нет, нужно делать свои. 2. Нет, подсветки нет.

    Как работают никсидные трубки — Объясните, что вещи

    Как работают никси-трубки — Объясните, что материал Рекламное объявление

    Ночь раскрашена неоном: если вы хотите сделать темный город шипением жизни, вы не ошибетесь с неоновыми лампами. Эти мигающие цветные трубки похожи на световые мечи, рассекающие наши атавистические страхи темноты и заставляя наши городские пространства оживать.Но это почти все, для чего они годны. Если вы хотите создать что-то более сложное, чем цветные линии света, например часы, калькулятор или обратный отсчет в системе управления полетом, вам понадобятся лампы, которые подходят для работы. Современные числовые дисплеи основаны на светодиодах, ЖК-дисплеях и VFD. Но еще в 1950-х, до того, как эти изящные технологии стали доступны, электронные коробки, которые должны были отображать числа, делали это с удивительными светящимися лампами, называемыми никси-трубками ; совсем недавно они вернулись к часам в стиле ретро (у изобретателя Apple Стива Возняка даже есть часы, сделанные из трубок никси).Какие они и как работают? Давайте посмотрим поближе!

    Анимация: в большинстве электронных дисплеев цифры состоят из подсветки. различные шаблоны одних и тех же семи сегментов, поэтому вы можете видеть только одно горящее число. В газоразрядной лампе каждая цифра имеет отдельный металлический катод. Вы можете видеть все десять цифр в трубке сразу, но только одна из них будет когда-либо быть зажженным.

    Что такое никси-трубка?

    Снимок экрана: Если вам нравятся никси, но вы не хотите тратить деньги на создание собственного ретро счетчик или часы, ознакомьтесь с виджетами и приложениями nixie, которые вы можете загрузить на свой смартфон.Вот я тестирую два разные виджеты часов nixie бок о бок на телефоне Android. Вы найдете похожие приложения в iTunes для устройств Apple.

    Если у вас есть цифровой будильник (или таймер на микроволновой печи, видеомагнитофоне или DVD-плеере), скорее всего, он имеет сине-зеленые цифры (в этом случае используется вакуумный флуоресцентный дисплей, VFD) или красный единицы (то есть из светодиодов, светодиодов). В любом случае, вы заметите, что он отображает каждую цифру времени (10:30 или что-то еще), подсвечивая узор из семи совершенно отдельных полос, обычно называемых «сегментами».»Вы можете написать все числа 0–9 на семисегментном дисплее, а также довольно много букв и слов.

    Фото: три трубки никси рядом. Вы можете почти увидеть сеткообразные аноды перед числами и заметить, сколько проводных соединений они имеют, выходя из нижней части. Фотография Адама Грейга опубликована на Flickr под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike.

    На трубках

    Nixie также отображаются цифры 0–9, но совершенно по-другому.Присмотритесь к газовой трубке, и вы увидите, что десять десятичных цифр сделаны из согнутой проволоки и расположены стопкой, одна перед другой, внутри герметичной стеклянной колбы. Под лампочкой находится множество электрических контактов. Подключите их к соответствующей электронной схеме, и вы сможете последовательно подсчитывать числа, определять время или делать другие полезные вещи. В отличие от частотно-регулируемых дисплеев и светодиодов, одна из необычных особенностей никси-ламп состоит в том, что разные числа загораются друг перед другом или позади друг друга (в разных «плоскостях»), поэтому некоторые цифры кажутся ярче, чем другие, и ближе к глазу или дальше от него.Вы можете увидеть это на этом Фотография счетной никси-трубки на Викимедиа.

    Рекламные ссылки

    Как работает никси-трубка?

    Лампы

    Nixie работают во многом как неоновые лампы (хотя и не совсем как неоновые лампы, как мы увидим чуть позже). Почему все металлические номера должны быть запечатаны внутри стеклянной колбы ? Что ж, вы не можете увидеть, просто посмотрев, но стеклянная колба заполнена смесью невидимых газов (обычно неона, ртути и аргона), и ее цель — не дать этим газам улетучиться (ртуть токсична, поэтому вы не должны Не хочу, чтобы это плавало где-нибудь рядом с вами).Изогнутые металлические провода, на которых отображается каждое число, не являются нитями нити, как те, что в лампа накаливания. Каждый из них работает как отдельная отрицательная клемма (катод) в газоразрядной трубке , , так что одна газоразрядная лампа имеет десять катодов. Катоды на самом деле не касаются друг друга, а разделены крошечными керамическими прокладками. Также есть один положительный вывод (анод), имеющий форму сетки или решетки, который обернут вокруг стопки цифровых катодов и обслуживает все 10 из них.

    Фотография: на этой фантастической фотографии неосвещенной никси-трубки вы можете ясно видеть десять уложенных друг под другом катодов в форме цифр, расположенных один перед другим. Вы также можете увидеть решетчатую анодную «клетку», которая их окружает, и соединения, выходящие из верхней части трубки. Это одна из фотографий из отличной трубки Никси от Evil Mad Scientist в разобранном виде. Автор: Ленор М. Эдман, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr под лицензией Creative Commons Attribution License.

    Разные лампы по-разному излучают свет.Использование электрических фонарей и фонарей (фонариков) старого образца лампы накаливания, которые светятся, потому что металлическая нить накаливания внутри них нагревается, когда через нее проходит электричество. Если эти лампы раскалены докрасна, горят люминесцентные лампы. «белый холод»: они превращают электричество в невидимый ультрафиолетовый свет, который преобразуется в видимый свет благодаря белому покрытию, покрывающему внутреннюю часть их трубок. Неоновые лампы похожи на люминесцентные, за исключением того, что они напрямую излучают видимый (красный) свет. Когда вы включаете питание, атомы неонового газа расщепляются внутри трубки, чтобы электроны и ионы сталкивались и испускали красный свет (как мы полностью объясняем в нашей статье о неоновых лампах).

    Лампы Nixie очень похожи на неоновые лампы. Обе немного похожи на электронно-лучевые трубки (старого образца). телевизоры), в которых электроны выкипают из горячего металлического катода на одном конце и устремляются вниз по трубке к положительно заряженному аноду на другом. Но в неоновых лампах и никсайтах катоды остаются относительно холодными (такие лампы описываются как «холодный катод», , хотя обычно они теплые — примерно с температурой человеческого тела), но газовая смесь, которая их окружает, является при очень низком давлении (возможно, 1/100 нормального атмосферного давления или даже ниже — обычно менее 1000 Па или 0.01 атмосфера). Когда между анодом и одним из катодов подается напряжение около 170–180 вольт, газ низкого давления становится ионизированным (его атомы или молекулы превращаются в положительно заряженные ионы и отрицательно заряженные электроны). Когда электроны, ионы и атомы сталкиваются друг с другом (и с атомами металла, выброшенными или «разбрызгиваемыми» из катода), мы получаем светящееся нечеткое «покрытие» света, формирующееся вокруг катода, очень близко к нему, что следует за точная форма — создается впечатление, будто подсвечивается одно из чисел 0–9.При подаче напряжения на другой катод «загорается» другая цифра.

    Если вы хотите получить более подробное объяснение, прочтите рамку ниже; если вам этого достаточно, вы можете смело пропустить поле и перейти к тексту под ним.

    Что заставляет это призрачное сияние?

    В лампе накаливания спиральная нить накаливания светится красным или белым цветом. Но в газоразрядной трубке происходит нечто совсем иное: во-первых, катод холодный, поэтому свечение не создается за счет тепла; во-вторых, свечение происходит на некотором расстоянии от катода, который его производит — это своего рода «призрак свечения», удаленный на некотором расстоянии от самого катода.То, что мы видим здесь, называется тлеющим разрядом с холодным катодом . Почему это происходит … и почему на некотором расстоянии от катода?

    Фото: На этом превосходном крупном плане вы можете очень ясно увидеть, как красный тлеющий разряд в газовой трубе происходит снаружи и сразу за металлическим катодом, точно следуя его форме. Хотя здесь вы этого не видите, на самом деле между катодом и свечением есть тонкая, полностью темная область (темное пространство Aston). Фото Георга-Иоганна Лэя (отредактировано Ричардом Барцем) любезно предоставлено Wikimedia Commons, опубликовано под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike.

    Когда между анодом из проволочной сетки и одним из цифровых катодов подается достаточно высокое напряжение, молекулы или атомы газа низкого давления внутри стеклянной трубки расщепляются на положительно заряженные ионы и отрицательно заряженные электроны, создавая своего рода «суп» из горячей плазмы. Положительные ионы притягиваются к отрицательно заряженному катоду (номер контура проволоки), а отрицательные электроны направляются к положительно заряженной анодной сетке. Когда ионы ударяются о катод, они ударяются дальше (вторично) электроны из него, которые также направляются в плазму.Это двойное движение заряженных частиц позволяет электрическому току течь через трубку. Большая часть света, излучаемого газовой трубкой, создается столкновениями и столкновениями между атомами, ионами и электронами газа, как в неоновой трубке. Но некоторые из них производятся и другим способом.

    Некоторые из положительных ионов попадают прямо на катод, в то время как другие ударяются об атомы газа и вместо этого выталкивают их в катод. Подобно крошечным атомным пулям, выпущенным в стену, эти маленькие атомы и ионы газа отщепляют более крупные атомы металла от катода, так что они выбрасываются в основную часть трубки — процесс, известный как распыление .Эти распыленные атомы затем подвергаются собственным столкновениям в плазме, поглощая энергию, становясь «возбужденными» и нестабильными, а затем снова теряют свою энергию, испуская фотоны света и внося свой вклад в общее свечение, которое мы видим.

    Короче говоря, свечение внутри никси-трубки создается комбинацией ионизации и распыления.

    Такие тлеющие разряды сложны и в некоторых трубках создают целую серию светлых и темных полос между анодом и катодом (посмотрите это аккуратное видео эксперимента с лампой тлеющего разряда).Трубки Никси тщательно спроектированы так, что все, что мы действительно можем видеть, — это единичное свечение, окружающее катод. Но если вы наблюдательны, вы также увидите, что между свечением и катодом есть тонкая, полностью темная область (называемая темным пространством Aston ). Кроме того, мы видим призрачное «катодное свечение», образующее загорелое число. Так почему же пространство между катодом и свечением? Свечение возникает, когда электроны, вылетающие из катода и направляющиеся к аноду, сталкиваются с атомами и ионами в основной части трубки.Электроны ускоряются от катода к аноду, набирая скорость и энергию по мере продвижения. Когда они находятся очень близко к катоду, электронов намного больше, чем ионов и атомов, и у них не так много энергии. Таким образом, вероятность столкновения электрона с атомом относительно мала, и даже если это произойдет, у электрона не хватит энергии, чтобы заставить атом испускать свет. Вот почему эта область темная. Немного дальше от катода электроны набирают больше скорости и больше энергии, и у них появляется больше атомов, с которыми они могут столкнуться.Когда электроны сталкиваются с атомами и ионами в этой области, они могут возбудить их достаточно, чтобы заставить их испускать фотоны видимого света — отсюда и «катодное свечение».

    Итого

    Давайте быстро резюмируем все это диаграммой:

    1. Атомы газа в трубке находятся под низким давлением. Когда между анодом и катодом прикладывается достаточно высокое напряжение («потенциал ионизации»), атомы расщепляются на плазму из ионов и электронов.
    2. Положительно заряженные ионы притягиваются к отрицательно заряженному катоду.Когда они ударяются о катод, некоторые из них выбивают энергичные электроны.
    3. Эти выброшенные отрицательно заряженные электроны (известные как вторичные электроны) притягиваются к положительно заряженному аноду. Столкновения между этими электронами и ионами, с которыми они сталкиваются, производят большую часть света в трубке, как и в неоновая лампа.
    4. Рядом с катодом ионы выталкивают атомы газа в сам катод.
    5. Атомы металла выбрасываются («разбрызгиваются») с поверхности катода.
    6. Электроны, покидающие катод, притягиваются к положительно заряженному аноду. Вблизи катода электронов больше, чем ионов, но электроны имеют относительно низкую скорость и энергию. Столкновения между электронами и атомами или ионами не возбуждают их достаточно, чтобы произвести свет, поэтому эта область темная (темное пространство Aston).
    7. На определенном расстоянии от катода электроны набрали больше скорости и энергии. Когда они сталкиваются здесь с атомами или ионами, они производят фотоны видимого света, давая знакомое свечение сразу за катодом.

    Преимущества и недостатки никси-трубок

    Лампы Nixie

    яркие и легко читаемые, с правильно округленными цифрами (в отличие от квадратичных «компромиссных» цифр, сделанных светодиодами, ЖК-дисплеями и VFD, которые могут сбивать с толку, если вы к ним не привыкли), поэтому они являются популярным выбором для инструментов, которые нужно читать при плохом освещении или темноте. Хотя они по существу устарели, они по-прежнему широко доступны и относительно недороги, в основном потому, что они производились в очень больших количествах в Советском Союзе (России и его бывших республиках).Они также чрезвычайно надежны и, поскольку каждая цифра подсвечивается отдельно, могут продолжать работать (в определенном смысле), даже если один или несколько их катодов выйдут из строя. По словам Берроуза, одного из самых известных производителей, большие («гигантские») заслонки видны с расстояния до 45 м (150 футов), обычно длятся от 20 000 до 100 000 часов (в зависимости от от того, как они используются), работают при температурах от -65 ° C до 70 ° C и выдерживают удары 55G.

    Фотография: Типичное использование газовых трубок — в дисплее электронного частотомера (Hewlett Packard 5321B).Здесь вы можете увидеть, как разные цифры отображаются в разных плоскостях (поэтому некоторые числа кажутся немного более продвинутыми, чем другие), что дает немного шаткий вид, который делает ретро-никсы такими привлекательными! Фото Винделла Х. Оскея, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr под лицензией Creative Commons Attribution License.

    С другой стороны, по сравнению с более современными дисплеями, они питаются от неудобно высоких напряжений (что затрудняет их использование с компьютерными микросхемами с низковольтными интегральными схемами) и относительно большого количества энергии, и они могут выходить из строя по разным причинам.Поскольку они сделаны из стекла и содержат ртуть, они могут представлять опасность для здоровья, если и когда они сломаются (хотя это довольно редко, поскольку они обычно строятся внутри прочных электронных устройств). Расположение катодов друг над другом означает, что никси-лампы можно четко видеть только спереди (в отличие от других дисплеев, которые можно увидеть под более широким углом с обеих сторон). И миксы также довольно большие по сравнению с крошечными современными дисплеями, поэтому их трудно использовать в виде компактных гаджетов, где мы теперь в основном использовали бы ЖК-дисплеи (представьте себе что-то вроде MP3-плеера с огромным дисплеем из миксеров!) .

    Кто изобрел никси-лампы?

    Вы часто будете читать, что первопроходцами в разработке микшеров выступила Burroughs Corporation (ведущий производитель мэйнфреймов в середине 20-го века), но это только часть истории.

    Изображение: Патент США № 2 142 106: Сигнальная система и лампы накаливания для нее — два рисунка из патента Ганса Босвау 1930-х годов на электрический индикатор числа, который очень похож на трубку-никси. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    Burroughs продавал эту технологию в середине 1950-х годов под торговыми марками «Haydu» и «HB». (Haydu Brothers), а затем передал его по лицензии многим другим электронным фирмам. Haydu была небольшой электронной компанией в Нью-Джерси, которой управляли два брата-венгера по имени Джордж и Золтан Хайду, которую Берроуз купил для производства ламп. Как возникло название «nixie» — это что-то вроде шутки. История гласит, что рисовальщик, набросавший эскизы для одной из этих трубок, отметил свою работу «NIX1» (экспериментальный числовой индикатор №1), прозвище прижилось, и Берроуз был достаточно мудр, чтобы зарегистрировать товарный знак «nixie» («электронные индикаторные трубки») в Декабрь 1956 г. (это использование товарного знака теперь помечено как «мертвый / просроченный»).Лампы Никси были чрезвычайно популярны и оставались таковыми до тех пор, пока светодиоды не стали дешевле в производстве в 1970-х годах — разработка, которая, казалось, обошла Берроуза: в интересной небольшой новости от New Scientist (13 января 1972 года) сообщалось, что: «Берроуз заявляет, что не впечатлен. из-за угрозы, исходящей от светодиодов, утверждающих, что они были перепроданы в последние месяцы … «Плохой ответ.

    Однако основная идея газоразрядной лампы, которая может указывать числа, кажется несколько устаревшей. Первоначальный патент США на этот тип устройства, по-видимому, был подан инженером-электриком Гансом Полем Босвау в мае 1934 года (выдан в январе 1939 года), который назвал свое изобретение «лампой накаливания» для использования в » сигнальная система.»Вот краткое изложение ключевой идеи его собственными словами, взятой из этого патента:

    «Тот факт, что открытые части катода лампы накаливания полностью окружены тонкой пленкой светового разряда. может использоваться для отображения любого желаемого символа с помощью катодов правильной формы. Катод, состоящий из проволоки в виде цифры 1 при воспламенении образует светящийся контур цифры 1 и, аналогично, любой другой желаемый персонаж может быть сформирован «.
    Рекламные ссылки

    Узнать больше

    На сайте

    Возможно, вам понравятся эти другие статьи на нашем сайте по связанным темам:

    На других сайтах

    • Разобрать трубку Никси: поскольку трубка Никси содержит ртуть, разбить ее на части опасно.К счастью, эти добрые люди из Evil Mad Scientist Labs сделали за нас всю грязную работу в этой аккуратной маленькой статье.
    • Газоразрядные дисплеи
    • : несколько отличных фотографий газоразрядных трубок и связанных с ними дисплеев с веб-сайта Vintage Technology Association.
    • Glow Discharge: веб-сайт, основанный на работе покойного доктора Ричарда Пейлинга, который объясняет некоторые сложные физические аспекты тлеющих разрядов и распыления. [Архивировано через Wayback Machine.]

    Статьи

    • История Nixie Tube: Технология неоновых дисплеев, от которой инженеры не могут отказаться, Дженс Боос.IEEE Spectrum. 25 июня 2018 года. Более длинная история никси.
    • Создайте часы с Lixies, двойником Nixie-⁠Tube Дэвида Шнайдера. IEEE Spectrum. 26 января 2018 г. Как сделать что-то похожее на часы-никси, используя светодиоды, пластиковые листы и полное внутреннее отражение.
    • Наручные часы Nixie Tube. Самый крутой. Смотреть. Когда-либо Чарли Соррел. Проводной. 23 июля 2007 г. Как сделать практичные часы-никси?
    • «Новая жизнь для Nixies» Гленна Зорпетта. IEEE Spectrum, 3 июня 2002 г.Обзор некоторых с любовью сделанных часов nixie.
    • Масс-спектрометрия тлеющего разряда, методы Аннеми Богертс. Энциклопедия спектроскопии и спектрометрии 1999, страницы 669–676. Хорошее простое введение в два основных процесса тлеющего разряда (ионизация и распыление).
    • Электронные номера от Алан Собел, Scientific American, Vol. 228, № 6 (июнь 1973 г.), стр. 64–73. Устаревшее, но все же очень четкое и интересное сравнение светодиодов, светодиодов, ЖК-дисплеев и других технологий отображения.
    • Рон Браун «Изменение паттернов на визуальном дисплее». Эта увлекательная (а теперь уже историческая) статья New Scientist от 13 января 1972 года знаменует появление светодиодов и предвосхищает исчезновение никси-ламп.

    Патенты

    Книги

    Сами по себе они не охватывают никсиды, но подробно описывают процессы тлеющего разряда, такие как распыление:

    Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

    статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

    Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2011, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

    Подписывайтесь на нас

    Сохранить или поделиться этой страницей

    Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

    Медиа-запросы?

    Вы журналист, у вас есть вопрос для СМИ или просьба об интервью? Вы можете связаться со мной для получения помощи здесь.

    Цитировать эту страницу

    Вудфорд, Крис. (2011/2021) Nixie Tubes. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-nixie-tubes-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

    Больше на нашем сайте …

    История Nixie Tube: технология неоновых дисплеев, из которой инженеры не могут бросить

    Nixies Reborn: Эти часы оснащены современными лампами Nixie, изготовленными Далибором Фарни. Чешский инженер возродил производство уникальных дисплеев, которые достигли своего расцвета в конце 1950-х и 1960-х годах. Фото: Далибор Фарни

    Холодным декабрьским утром года в чешской деревне Бржезолупы мужчина останавливает свой грузовик перед замком 17 века. Он надевает тяжелые перчатки, выходит из грузовика и открывает задний люк. Осторожно, почти с любовью он разгружает ящик за ящиком с тяжелым оборудованием и расходными материалами — промышленный токарный станок по стеклу, турбомолекулярный вакуумный насос и стекло. Много-много стекла.

    Это Далибор Фарни. В 2012 году Фарни начал работать над возрождением производства дисплейной технологии, называемой трубкой Никси, последние коммерческие образцы которой были произведены, когда он был еще ребенком.

    Эти неоновые лампы накаливания были повсеместны в конце 1950-х и 1960-х годов, освещая цифры, буквы и символы в научных и промышленных приборах. Родившийся в подвале немецко-американского ремесленника в 1930-х годах, а затем коммерциализированный производителем бизнес-оборудования Burroughs Corp., Никсис демонстрировал данные, жизненно важные для высадки НАСА на Луну, освещал критические показатели для управления атомными электростанциями и указывал на рост и падение цен на акции на фондовых биржах Уолл-стрит среди тысяч пользователей.Для многих людей теплое сияние Nixie стало символом эпохи беспрецедентных научных и инженерных достижений, захватывающих и ощутимых открытий и, казалось бы, безграничного прогресса. Примечательно, что это продолжается даже для людей, которые, как Фарни, выросли еще долго после того, как лампы перестали использоваться в повседневной жизни.

    В 1970-х годах Nixies затмили светодиоды, которые были не только намного дешевле в производстве и использовании, но и более универсальны. Трубки могли умереть одинокой смертью бесчисленного множества других устаревших устройств — но это не так.Некоторые Nixie, конечно, остались в устаревшем оборудовании. Но их необычайное возрождение началось только в 2000 году, когда небольшая, но преданная группа любителей, коллекционеров и поклонников начала искать и покупать старые, никогда не использовавшиеся лампы и разрабатывать для них часы. Спустя почти два десятилетия движение по-прежнему набирает обороты, и теперь Nixies занимают уникальную нишу в качестве ультракоротких ретро-технологий, направленных на дискриминацию потребителей.

    Возможно, мы никогда полностью не поймем, почему эта причудливая технология из бесчисленного множества других была вырвана из устаревшей безвестности.Но, по крайней мере, некоторые проблески его непреходящей привлекательности можно найти в яркой истории ламп. Это классическая история инноваций 20-го века, полная необычного гения, проницательного корпоративного маневрирования и блестящих проблесков проницательности.

    Gif: Далибор Фарни

    Трубка Nixie может показаться излишне сложным изобретением для такой простой задачи, как отображение числа. Но если вы подумаете о том, что было технологически возможно в середине 20-го века, вы скоро поймете, что это был наиболее логичный и надежный вариант из имеющихся.Это было также кульминацией длинной череды достижений.

    В трубках

    Nixie используется процесс, называемый газовым разрядом. Это явление происходит, когда электрически заряженные частицы, обычно электроны, движутся через газ с высокой скоростью — примерно 2 процента от скорости света. Ускоряющиеся частицы сталкиваются с атомами или молекулами газа, ионизируя их и создавая энергетическую плазму заряженных ионов и электронов. Ионы, возбужденные до более высоких энергетических состояний, теряют избыточную энергию в виде фотонов света.Тот же самый основной процесс дает свечение неоновых вывесок и северное и южное сияние. Цвет света зависит от газа: ионы неона излучают красно-оранжевый свет; водород излучает синевато-пурпурный; азот дает эффектный пурпурный цвет; а криптон светится беловато-синим светом.

    Самым ранним применением газового разряда была трубка Гейслера, изобретенная немецким физиком Генрихом Гейслером в 1857 году. Трубка состояла из простой стеклянной колбы с электрическими выводами на каждом конце. Из баллона откачивали воздух, который затем заполняли неоном, аргоном или другим газом; некоторые трубки были заполнены проводящими жидкостями, минералами или металлами.Подача постоянного тока в несколько тысяч вольт ионизировала газ и заставляла его излучать свет. Ученые использовали трубки Гейслера, чтобы понять природу электричества, и они были проданы как декоративные диковинки. Трубки также стали важной вехой на пути к изобретению неоновой вывески в 1910 году, а спустя десятилетия — Nixie.

    В конце 1920-х — начале 1930-х годов изобретатели поняли, что свечение разряда трубки Гейсслера можно распространить на катод и что можно придать катоду форму, ограничивающую свечение.Например, используя должным образом изогнутую проволоку в качестве катода, вы можете отображать числа или текст. Один из первых патентов на такую ​​конструкцию был получен немецкими изобретателями Германом Пресслером и Гансом Рихтером (патент США № 2138197) [PDF] на то, что они назвали «электроразрядной лампой», которая функционировала как «самосветящийся знак». ” Как отметили участники дуэта в своем патенте, выданном в 1938 году, их лампа была более читабельной, чем традиционная неоновая вывеска, и была бы дешевле в производстве, потому что вам не пришлось бы изгибать стеклянные трубки в форме букв или цифр.

    С другой стороны, вам нужен был стеклянный кожух, чтобы удерживать газ и обеспечивать оболочку для проводов, излагающих ваше сообщение, что ограничивало бы размер вашего дисплея. Для большой световой рекламы, скажем, на Таймс-сквер в Нью-Йорке, техника Пресслера и Рихтера была просто непрактичной. Неудивительно, что изобретение не нашло много поклонников. Сегодня в руках коллекционеров находится всего несколько маленьких версий.

    Изображение: U.S. Ведомство по патентам и товарным знакам The Proto-Nixie Tube: В мае 1934 года Ханс П. Босвау подал в США две патентные заявки на «индикатор свечения». Его патенты содержат основные элементы для того, что позже стало называться трубкой Никси.

    Но у другого изобретателя была идея получше. Ганс П. Босвау, немецкий иммигрант, поселившийся в прибрежном городке Лорейн, штат Огайо, на берегу озера Эри, работал главным инженером в радиокорпорации округа Лорейн. Благодаря своей работе он был знаком со многими последними технологическими разработками. своего дня.В какой-то момент Босвау решил, что ему нужно устройство для отображения числовых символов и букв. 9 мая 1934 г. он подал две патентные заявки в США — No. 2,142,106 [PDF] и № 2,268,441 [PDF], которые содержат первые полные описания того, что позже стало называться трубкой Никси.

    Ключевым нововведением

    Boswau было размещение катодов друг за другом в одной трубке, чтобы катоды могли освещаться индивидуально. Таким образом, вы можете сконфигурировать одну трубку с 10 катодами, обозначающими цифры от 0 до 9.Интересно, что патенты Босвау были выданы ему, а не его работодателю, поэтому он, вероятно, не предназначал их для использования на работе. В 2009 году канадский энтузиаст ламп Nixie по имени Рэндалл Логан выследил 83-летнюю дочь Босвау, которая сказала ему, что ее отец, возможно, сконструировал примитивные версии своего «индикатора свечения» в своей мастерской в ​​подвале. Но похоже, что Босвау, который умер в 1971 году, никогда не пытался коммерциализировать свои индикаторы, и они, вероятно, никогда не покидали подвал.

    Также-Ран: Среди компаний, претендующих на внедрение цифровых дисплеев, была National Union Radio Corp., но его лампа GI-21 Inditron (вверху) не могла конкурировать с Nixie. Фото: Йенс Боос

    Окруженный электронными устройствами с цифровыми показаниями, трудно представить время, когда числовые дисплеи практически не существовали. Однако в аналоговом мире они вам действительно не нужны. Когда Босвау изобретал свою лампу, большинство индикаторов цепи принимали форму лампочек или аналоговых панельных измерителей.

    Затем в 1947 году появился транзистор и возникла цифровая электроника.Теперь вы можете надежно определять дискретные состояния устройства без использования механических переключателей и выполнять быстрые вычисления без использования компьютеров размером с комнату.

    После всех этих вычислений появилось множество чисел, которые, конечно, вы захотите отобразить. Но ни одна из существующих технологий не подходила для этой задачи. В частности, ни один дисплей не выдержал бы сильных вибраций, широкого диапазона температур и других требований космических исследований и реактивной авиации последнего поколения.Ясно, что нужен был лучший числовой индикатор.

    Несколько компаний приняли вызов. Первые патенты на лампу числового дисплея после Босвау были поданы Northrop Aircraft [PDF] в июне 1950 года. Однако я не нашел никаких доказательств того, что компания серьезно их разрабатывала, и что в последнее время не было никаких трубок Northrop.

    Более успешный претендент появился в мае 1954 года, когда National Union Radio Corp., известный производитель электронных ламп, представила свою линейку индикаторных трубок с неоновым наполнением [PDF].Согласно рекламе, устройство, получившее название Inditron, стало результатом «четырех лет исследований и разработок [и] двух лет пилотного производства».

    Подобно более раннему изобретению Босвау, Индитрон состоял из небольшой стеклянной колбы, содержащей набор согнутых вручную цифр, которые были электрически изолированы друг от друга. Контакты от каждой цифры выведены через стеклянную заглушку на внешнюю сторону трубки, где они подключены к источнику питания. Цифры служили катодом, но фиксированного анода не было.Вместо этого числа, которые не использовались, действовали как анод. Допустим, вы отображали 7. Внешняя схема подключила бы это число к отрицательному выводу, а числа 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 и 9 подключили бы к положительному выводу. Излишне говорить, что схема, необходимая для постоянного изменения конфигурации анода, была сложной.

    Тем временем инженеры Ericsson Telephones в Англии разрабатывали простой дисплей, на который в 1951 году они получили британский патент.Вместо того, чтобы иметь отдельные провода для каждой цифры, как у Inditron, трубка подсвечивала соединительные сегменты, чтобы сформировать каждое число, во многом подобно семисегментным числам, которые сегодня распространены в микроволновых печах и цифровых часах. Позже, в 1958 году, Ericsson подала заявку на патент на более совершенный числовой индикатор, но это было сделано слишком поздно. К тому времени началось правление Никси.

    Golder Age: после того, как в 1955 году компания Burroughs Corp. представила трубку Никси, она быстро стала устройством для отображения числовых значений.ZM1020 был одним из самых распространенных типов. Фото: Йенс Боос

    Как и другие компании, Burroughs, крупный производитель калькуляторов, компьютеров и другого бизнес-оборудования со штаб-квартирой в Плимуте, штат Мичиган, также интересовался числовыми дисплеями. Но у нее не было собственного опыта для их разработки, поэтому компания пошла и купила необходимое ноу-хау. В 1954 году Берроуз приобрел Haydu Brothers, производителя электронных ламп в Плейнфилде, штат Нью-Йорк.J., известный своими высокоточными производственными возможностями. Он также нанял инженера Саула Кучинского, бывшего сотрудника National Union Radio, который работал над Inditron, руководить лабораторией в Исследовательском центре Берроуза в Паоли, штат Пенсильвания. Эти два шага дали Берроузу все необходимое для разработки числового индикатора. трубка.

    Haydu Brothers была основана в 1936 году двумя братьями венгерского происхождения, Джорджем и Золтаном Хайду, и их отцом Джоном Хайду. Он быстро завоевал репутацию производителя прецизионных металлических деталей, используемых для изготовления электронных ламп.Берроуз хотел, чтобы компания Haydu производила его высокоточные лампы, в частности, линейку ламп переключения луча под торговой маркой Trochotron.

    Лампы переключения луча в основном использовались в качестве высокоскоростных счетчиков, но они не могли отображать счет. Для этого Кучинскому пришлось сконструировать новое устройство, и он опирался на свой опыт в «Национальном союзе». Команда Паоли приступила к работе над дисплеем, похожим на Inditron, но значительно улучшенным. Между тем, Кучинский также был генеральным директором бывшего завода Haydu в Нью-Джерси, где он мог наблюдать за созданием прототипов устройств лаборатории Paoli.

    В электронном письме на мой адрес 2011 года Роджер Вулф, инженер Берроуза, вспоминал первую неудачную попытку команды: «Мы провели испытание на жизнеспособность трубки в одночасье. Когда мы пришли на следующий день, на купол трубки было распылено столько катодного материала, что цифры больше не были видны. Мы изобрели трубку с 24-часовым сроком службы! »

    После некоторой работы, писал Вулф, они обнаружили, что добавление паров ртути значительно продлит срок службы трубки. Распыление было вызвано ударами ускоренных ионов неона на катод.Но когда ионы неона сталкиваются с более тяжелыми молекулами ртути, их энергия падает ниже точки, при которой они могут повредить катод.

    «Мы закрепили крошечную ампулу с запечатанной внутри ртутью, намотали несколько витков провода сопротивления вокруг ампулы, [и] соединили концы провода с двумя штырями [трубки]», — написал Вулф. Затем трубка была запечатана, и команда пропустила ток через провод, который нагрел и сломал ампулу, выпустив ртуть.

    В августе 1955 года Берроуз представил свою новую индикаторную трубку на Wescon — Western Electronic Show and Convention в Калифорнии — которая на протяжении многих лет была ведущей U.Событие S. Electronics. Вскоре после этого компания начала отгружать клиентам первые трубки. В декабре того же года компания подала заявку на патент на свою «индикаторную лампу свечения» [PDF]. Эти устройства были механически лучше, чем трубки с цифровым дисплеем, которые все еще предлагались Национальным союзом: у них были специальные аноды, сделанные из проволочной сетки, и вместо ручных — гнутые проволоки, катодные цифры вытравлены из тонкого листового металла. Добавление ртути продлило срок службы трубок до более чем 200 000 часов.

    К тому времени лампы также приобрели свое отличительное название.Легенда гласит, что первый концептуальный рисунок индикаторной трубки Кучинского назывался «Эксперимент с числовым индикатором № 1», что было сокращено до NIX1. Вулф сказал мне, что «помимо того, что Кучинский был инженером, он обладал талантом к маркетингу и считал, что успешные торговые марки часто имеют в себе k или x (например, Kodak, Xerox и т. Д.). Следовательно, «Никси» полностью соответствовал его убеждениям ».

    Распознавание имени: инженер Burroughs Corp. Сол Кучинский дал числовым индикаторам компании название «Nixie», потому что он считал, что успешные бренды часто имеют х в них. Фото: Братья Хайду / Йенс Боос

    Кажется справедливым, что человек, стоящий за трубкой, тоже назвал ее. Джей Сковронек, менеджер по надежности, работавший с Кучински, описывает его как «скромного парня, который любит отдавать должное людям за их вклад. Но Саул был движущей силой, которая оживила Никси ».

    Компании в США и за рубежом поспешили лицензировать технологию Nixie у Burroughs, которая также поставляла лампы в качестве OEM-продуктов, которые можно было интегрировать в системы других компаний.Трубки быстро превратились в и в устройство для отображения числовых значений в мультиметрах, счетчиках и другом научном и промышленном оборудовании. Появилось замечательное разнообразие трубок, от миниатюрных версий для настольных инструментов до больших трубок с цифрами высотой 13 сантиметров, которые можно было прочитать издалека. На протяжении 1960-х годов более двух десятков компаний в США, Европе, Советском Союзе, Индии, Китае и Японии производили и поставляли Nixies.

    Этот период, с 1955 по 1960-е годы, был золотым веком Nixie, но его замена уже разрабатывалась.В 1962 году Ник Холоньяк-младший, работавший в General Electric Laboratories в Сиракузах, штат Нью-Йорк, сумел контролировать электролюминесценцию смешанного кристалла фосфида арсенида галлия, и родился светодиод. Но потребуется несколько лет, чтобы превратить устройство в продаваемый продукт.

    Между тем продажи Nixie росли. Еще в 1971 году в редакционной заметке Electronic Buyers ’News было предсказано, что« светодиоды могут следовать исторической схеме и стать еще одним «также запущенным» »и заявлено, что« лампы Nixie никуда не денутся.”

    Это противопоставление светодиодов как новой технологии, бросающей вызов действующему Никси, может показаться вам забавным, но это потому, что вы знаете, чем история заканчивается. Что вы могли не знать , так это то, что первые коммерческие светодиоды не были такими яркими и надежными, как сегодня. Инженеры продолжали продлевать срок службы устройств, одновременно повышая их эффективность и яркость, а также расширяя диапазон цветов и областей применения. С появлением цифровых интегральных схем стало больше смысла использовать низковольтные устройства считывания, такие как светодиоды, а не высоковольтную трубку Никси, которой обычно требовалось 200 вольт или более для ионизации неона и получения красивого яркого свечения.Медленно, но верно Никси исчезли из виду. Советский Союз был последней страной, в которой трубы непрерывно производились до начала 1990-х годов.

    Big & Beautiful: лампа F9020AA Nixie производилась во Франции, начиная с 1962 года, и использовалась в часах высокого класса. На пике своего развития сотни типов Nixies производились более чем двумя десятками компаний по всему миру. Фото: Йенс Боос

    Наша история могла бы закончиться на этом , если бы не появилось еще одно, гораздо более крупное изобретение: всемирная паутина.Очень быстро Интернет позволил поклонникам Nixie tube со всего мира общаться и обмениваться идеями, фотографиями и видео своих проектов. Основной площадкой для виртуальных встреч стала группа Yahoo Neonixie-l, которая десять лет спустя перешла в одноименную группу Google. Постоянные поставки ламп Nixie и вспомогательной электроники начали появляться на онлайн-аукционах и на сайтах электроники. Иногда молодые люди, которые никогда не сталкивались с Никси в дикой природе, наталкивались на группу и были очарованы яркими изображениями странно светящихся дисплеев.Винтажные лампы Nixie начали появляться в потребительских товарах, таких как часы, шахматные доски и даже наручные часы.

    Теперь вы можете задаться вопросом: если трубки Nixie больше не производятся широко, разве они не исчезнут полностью в какой-то момент?

    Это правда, что наиболее распространенные типы винтажных «Никси» все еще доступны, но их цены во многих случаях выросли в 10-20 раз за последние десятилетия или два. Самая большая лампа Nixie, CD47, сейчас продается примерно за 1000 долларов США; еще в 2000 году его можно было купить за 100 долларов или меньше.Некоторые люди, увидев возможность и проблему, решили сделать свои собственные трубки Nixie вручную. Среди этих новых пионеров Nixie — Александр Завада из Польши, Рон Сойланд из США и вышеупомянутый Далибор Фарни. Видео на YouTube, где Фарни демонстрирует свою работу с Никси, набрало 1,3 миллиона просмотров.

    Фарни производит свои лампы небольшими партиями и продает их для получения прибыли, тем самым гарантируя, что ушедшая технология остается в поле зрения.

    В пророческих словах той передовой статьи 1971 года: трубки Nixie должны остаться.

    Эта статья опубликована в печатном выпуске за июль 2018 года как «История Nixie Tube».

    Варианты счетчика звонков


    Введение

    В поисках экзотических часов в Интернете я наткнулся на фантастические часы, сделанные Питером-Тьерк де Бур из Голландии [1]. В этих удивительных часах в качестве логических элементов используется только неоновая лампочка (рис. 1). Неоновые лампочки используются в так называемых кольцевых счетчиках.Увлечение Питера-Тьеркса неоновыми кольцевыми счетчиками было вызвано книгой Дж. Б. Дэнса «Электронные счетные схемы» [2], которую отказались от библиотеки Технического университета Твенте. К счастью, в библиотеке Делфтского технического университета до сих пор хранится книга «Танцы». Это действительно фантастическое и исчерпывающее описание всех видов счетных схем, известных в 1967 году. Недавно я обнаружил, что полную книгу можно скачать на сайте Dieters Nixie World. Щелкните здесь, чтобы загрузить zip-архив с полной книгой с его сайта (36Мб!).Спасибо, Дитер!

    Рисунок 1. Никси-часы на основе счетчиков с неоновой трубкой, изготовленные голландским радиолюбителем
    Питером-Тьерк де Бур (PA3FWM). Щелкните здесь или на картинке, чтобы увидеть его фантастический проект.

    Глава 3 (Счетные трубки, заполненные газом с одним катодом и их схемы) содержит раздел, озаглавленный «Простые трубки с холодным катодом». Это объясняет работу счетчика неоновых колец, и я должен признать, что никогда не слышал о счетчиках неоновых колец. Это очень увлекательные простые схемы.Их работа основана на том факте, что эти лампы демонстрируют гистерезис при включении и выключении. Представьте, что к неоновой трубке приложен потенциал, который находится между напряжением тушения и напряжением зажигания. Теперь трубку можно включить, подав короткий импульс, который поднимает потенциал над трубкой выше его напряжения зажигания. Точно так же трубка может быть отключена коротким импульсом, который понижает потенциал ниже напряжения тушения. Таким образом, неоновая трубка эквивалентна элементу логической схемы с памятью.Поэтому в технических данных эти лампы часто называют переключающими диодами.

    Рис. 2. Две иллюстрации из ноябрьского номера журнала Electronics Illustrated за 1966 год, на котором изображен десятичный компьютер космической эры
    [4]. Щелкните здесь или на картинке, чтобы загрузить полную версию статьи. Взгляните на этот замечательный сайт Альберта Бредекампа, который на самом деле создал этот неоновый калькулятор!

    Цифровые схемы, в которых использовались эти неоновые лампы, были популярны в течение относительно очень короткого времени, скажем, между 1950 и 1970 годами.С одной стороны, цифровые схемы стали популярными только после войны, а с другой стороны, изобретение и разработка транзистора быстро сделали эти неоновые переключающие лампы устаревшими. В 1958 г. компания Electronics опубликовала статью под названием «Элементарный компьютер», действующий как безмолвный противник человеческого противника в древнем времяпрепровождении [19]. В статье описывалась схема, в которой тиратроны, реле и цифровые неоновые вентили использовались для создания машины, которая могла играть в Tick-Tack_Toe. Восемь лет спустя эти цифровые неоновые схемы, по-видимому, все еще были популярны, так как Electronics Illustrated в ноябре 1966 года представила обширный проект, в котором описывался электронный калькулятор на основе кольцевых счетчиков неоновой трубки (рис.2) [4]. Хотя это была грубая и неуклюжая машина, в которой в качестве входных данных использовался телефонный набор, она была объявлена ​​десятичным компьютером космической эры. В общем, я обнаружил, что эти лампы и схемы достаточно увлекательны, чтобы провести небольшое исследование и посмотреть, смогу ли я сам построить часы на основе кольцевых счетчиков. Вместо того, чтобы сначала закончить весь проект, а затем написать на нем полную страницу, я решил — как и в моем проекте часов Decatron — написать эту страницу в форме веб-журнала, так что я буду добавлять главы по мере продвижения проекта.Так что проверяйте эту страницу время от времени, если вас интересуют счетчики с неоновыми кольцами.

    Счетчики звонков для чайников

    Схема счетчика неоновых колец была первоначально предложена Джоном Мэнли и Элли Бакли из Массачусетского технологического института. В своей статье «Неоновый кольцевой счетчик в электронике», январь 1950 года, они обсуждали трехдесятилетный кольцевой счетчик, полностью состоящий из неоновых трубок и германиевых диодов, способный увеличивать, уменьшать, сбрасывать и настраивать. Счетчик будет считать до 30.000 импульсов в секунду (рис. 2а). В 1950 году надежные германиевые диоды были очень новыми и передовыми компонентами (первое сообщение прессы о германиевых диодах в Голландии было в 1946 году). Глядя на принципиальную схему на рис. 2а, мы видим, что схема кольцевого счетчика устроена несколько иначе, чем мы привыкли сегодня. Также обратите внимание, что символ схемы для диода еще не превратился в символ, который мы используем сегодня, но на самом деле все еще очень напоминал конструкцию точечного диода.

    Рисунок 2а. Две иллюстрации из номера Electronics за январь 1950 года, на которых изображен оригинальный трехдесятилетний неоновый счетчик
    , предложенный Мэнли и Бакли, и принципиальная схема их основной счетной ячейки.
    Щелкните здесь или на картинке, чтобы загрузить статью полностью.

    Логические схемы, такие как кольцевые счетчики, сделанные из неоновых трубок, основаны на том факте, что для газоразрядной трубки, такой как неоновая трубка, напряжение зажигания может быть выше, чем напряжение тушения.Это своеобразное поведение проиллюстрировано на рис. 3, где мы находим неоновую трубку, подключенную через токоограничивающий последовательный резистор, подключенный к источнику переменного напряжения. Вымышленная неоновая трубка в этом примере имеет напряжение зажигания , (Вс) 140 В. Напряжение зажигания также называется напряжением зажигания или напряжением зажигания . Поддерживающее напряжение (Вм), рабочее или напряжение тушения трубки предполагается равным 100 В.

    Рис. 3. Простая схема неоновой трубки при различных условиях смещения, объясняющая последствия
    разницы в напряжении зажигания (Vs) и поддержании (Vm) напряжений газоразрядной трубки.
    В этом примере Vs = 140 В и Vm = 100 В

    На рис. 3А напряжение питания увеличено с нуля до 80 В. Поскольку оно все еще значительно ниже напряжения зажигания, трубка не загорится, и ток будет равен нулю. Поскольку при нулевом токе на последовательном резисторе нет падения напряжения, напряжение на лампе будет идентично напряжению питания.Затем напряжение питания медленно увеличивают до 120 В (рис. 3B и C). Поскольку оно все еще ниже напряжения зажигания, трубка не ударяется. Однако, когда напряжение питания теперь повышается до 140 В, трубка воспламеняется (рис. 3D). После зажигания напряжение на трубке упадет до поддерживающего напряжения 100 В, и начнет течь ток. Ток, протекающий через трубку, ограничен резистором и может быть рассчитан как напряжение питания минус поддерживающее напряжение, деленное на номинал резистора.Дальнейшее увеличение напряжения питания будет линейно увеличивать ток, поскольку напряжение на трубке в основном ограничено до Vm = 100 В. В качестве альтернативы, когда напряжение питания теперь снижается до, скажем, 120 В, что все еще выше поддерживаемого напряжения 100 В (рис. 3E), ток будет уменьшен, но трубка все равно останется зажженной. Только когда напряжение питания окончательно упадет ниже поддерживающего напряжения, трубка погаснет, и ток вернется к нулю (рис. 3F).

    Рисунок 4.Двухступенчатый кольцевой счетчик на разных этапах своей работы.

    Обладая этими знаниями, теперь легко понять, как работает счетчик неоновых колец. На рис. 4 изображен двухступенчатый кольцевой счетчик на разных этапах своей работы. Основной строительный блок счетчика состоит из последовательно соединенных неоновой трубки, диода и резистора, подключенных к следующему каскаду посредством конденсатора. Предположим, что неоновые трубки, используемые в этом примере, также имеют напряжение зажигания 140 В и поддерживающее напряжение 100 В.Кроме того, предположим, что в исходной ситуации неоновая трубка V1 включена, а V2 выключена (рис. 4A). Поскольку V1 включен, напряжение на V1 будет его поддерживающим напряжением 100 В. Оставшееся напряжение будет делиться между R1 и общим анодным резистором, что приведет к падению напряжения на R1 на 20 В. Поскольку V2 выключен, падение напряжения на R1 будет нулевым. В результате C2 будет заряжен до 20 В, как показано на рис. 4A. На этой странице я назову напряжение на C2 катодным переносом смещения.

    Затем на вход счетчика C1 (рис.4Б). Этот отрицательный фронт на короткий момент (напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно) снизит анодный потенциал обеих ламп до 80 В. Поскольку это напряжение значительно ниже поддерживаемого напряжения 100 В, V1 погаснет. Обе лампы выключены. Поскольку в настоящее время ни в одной из ветвей не течет ток, падение напряжения на R1 будет равно нулю. Однако C1 был заряжен до 20 В, так что катод V2 будет иметь потенциал -20 В (смещение катодного переноса) по отношению к земле.Обратите внимание, что C2 останется заряженным, потому что D2 заблокирован, а V2 выключен.

    Потенциал анода не останется равным 80 В, поскольку общий анодный резистор начнет заряжать C1, вызывая повышение потенциала общих анодов (рис. 4C). Если ничего не произойдет, это приведет к увеличению анодного напряжения до 200 В. Этого никогда не произойдет, потому что, когда потенциал анода достигает 120 В, напряжение на V2 (катод которого был смещен как -20 В) достигает напряжения зажигания 140 В, и зажигается V2 (рис.4D). Свечение теперь передается счетным импульсом от трубки V1 к трубке V2.

    Рисунок 5. Пример семиступенчатого неонового кольцевого счетчика.

    Посредством каскадирования любого произвольного количества секций и передачи последней секции первой секции получается кольцевой счетчик (рис. 5). Отрицательный импульс на входе, который достаточно велик, чтобы снизить напряжение на светящейся трубке ниже его поддерживающего напряжения (Vm), переключит свечение на следующую трубку в кольце. Если длительность импульса короче времени деионизации, трубка снова воспламенится при повторном приложении поддерживающего напряжения.Время деионизации обычно составляет порядка нескольких миллисекунд. Это ограничивает скорость кольцевых цепей диодов с холодным катодом до прибл. 1 кГц [2, стр.41].

    Подробнее о пусковом и поддерживающем напряжениях

    В предыдущем разделе мы видели, как работа счетчика неоновых колец основана на том факте, что поддерживающее напряжение неоновой трубки значительно ниже, чем напряжение зажигания. В идеальном мире, где все неоновые трубки были бы абсолютно одинаковыми с нулевыми допусками на технологический процесс, потребовалась бы разница всего в несколько вольт между зажигающим и поддерживающим напряжением.Однако на самом деле никакая лампа не будет такой же, что приведет к тому, что разница в напряжении включения и поддержания напряжения будет все меньше и больше. Кроме того, эти напряжения могут со временем изменяться из-за старения. Интуитивно мы чувствуем, что желательно, чтобы разница между напряжением зажигания и поддержанием была как можно большей, а смещение катодного переноса должно составлять примерно половину разницы между ними. В следующих нескольких абзацах мы попытаемся прийти к более научным выводам.

    Рисунок 6. Упрощенная схема базового кольцевого счетчика.

    На рис. 6 показана упрощенная принципиальная схема основной секции кольцевого счетчика, показанной на рис. 4. Для простоты диоды и конденсаторы не показаны. Мы предполагаем, что V1 загорелся, так что напряжение на V1 является поддерживающим напряжением. Ток, протекающий через V1, вызывает падение напряжения на Rcat (смещение катодного переноса для следующей секции) I * Rcat. Сумма Vm и I * Rcat, очевидно, должна быть меньше напряжения зажигания V2.

    Рис. 7. Графическое представление последствий изменения процесса для смещения катодного переноса.

    На рис. 7 это проиллюстрировано графически. Дополнительно были включены вариации от трубки к трубке с помощью двух полугауссовых распределений. Среднее значение поддерживающего напряжения, например обозначается как Vm, а минимальное и максимальное поддерживающие напряжения в кольце представлены как Vm, min и Vm, max соответственно. Теперь очевидно, что наихудшая ситуация возникает, когда V1 — это трубка с самым высоким поддерживающим напряжением кольца Vm, max, а V2 — это трубка с самым низким напряжением зажигания Vs, min.Для обеспечения правильной работы даже в этом случае I * Rcat должно быть меньше Vs, min Vm, max.

    Рисунок 8. Схема, используемая для оценки нижнего предельного значения I * Rcat.

    В то время как предыдущий анализ устанавливал значение верхней границы для I * Rcat, схему на рис. 8 можно использовать для получения значения нижней границы. Он изображает трехступенчатый кольцевой счетчик на стадии, когда V1 только что погас отрицательным импульсом на общем анодном узле, так что конденсатор был заряжен до катодного переключающего смещения I * Rcat.Напряжение на аноде снова растет, так что V2 должен ударить первым.

    Рис. 9. Графическое представление вывода нижнего предельного значения катодного переходного напряжения.

    В схеме на рис. 8 возникает худшая ситуация, когда неоновая трубка V2 имеет самое высокое напряжение зажигания кольца. Когда разница между напряжением зажигания этой трубки и минимальным напряжением зажигания в кольце меньше, чем I * Rcat, последняя трубка ударит вместо V2.Другими словами: Vs, max — Vs, min Если предположить, что все трубы одинаковы, без изменений процесса:

    тогда наше состояние сводится к: взяв среднее значение: это именно то, что мы думали интуитивно!

    После всех этих размышлений правильная процедура установки значений компонентов в кольцевом счетчике теперь становится немного яснее. Если у вас достаточно трубок, рекомендуется сначала отсортировать их таким образом, чтобы в итоге получилось десять трубок с минимальными вариациями Vm и Vs.Наилучшим подходом сейчас является усреднение I * Rcat между полученными нами значениями нижней и верхней границ. В техническом описании лампы указан номинальный ток (обычно порядка 1 мА). Теперь мы можем рассчитать Rcat из:

    Обратите внимание, что когда известны только средние значения поддерживающего и пускового напряжений (Vm, avg и Vs, avg), это сводится к: Значение анодного резистора теперь следует из: Выбор напряжения питания определяет входное сопротивление цепи.Чем выше напряжение питания, тем выше анодный резистор и, следовательно, выше входное сопротивление. Высокий входной импеданс означает, что предыдущей ступени легче подтянуть общий анодный узел ниже Vm, чтобы продвинуть счетчик. По той же причине может потребоваться смещение трубки при несколько меньшем токе.

    Подробнее о неоновых трубках

    Неоновые лампы, или переключающие диоды, как их иногда называют, бывают двух видов: лампы с катодами, покрытыми барием, и трубки с металлическими катодами с напылением (см. Также раздел «Переключающие лампы серии ZA100X от Philips»).Чтобы понять, почему катоды должны быть подготовлены в любом случае, мы должны понимать, что из-за остаточных молекул кислорода в газе трубки катод всегда будет покрыт монослоем оксида. Этот слой имеет очень высокую работу выхода, а это означает, что для освобождения электрона от поверхности катода потребуется большое количество энергии. Теперь, когда небольшое количество материала с очень низкой функцией, такого как барий или цезий, осаждается на этом оксидном слое, материал с низкой работой выхода обменивается электроном с кислородом, что приводит к образованию дипольного слоя.Дипольный слой эффективно снижает рабочую функцию катода до очень низкого значения.

    В подавляющем большинстве неоновых трубок используется катод, покрытый барием. Катоды, покрытые барием, имеют два преимущества. Прежде всего, металлические катоды необходимо очистить на месте — распылением. Во время распыления катода на оболочку трубки также будет осаждаться непрозрачная металлическая пленка, так что свечение будет видно только на концах трубки, где осаждено меньше материала [3].Второе преимущество состоит в том, что из-за низкой работы выхода бариевого покрытия нормальный видимый свет можно использовать для фотоэлектрической грунтовки трубки. Вероятно, это требует небольшого объяснения. Для надежного зажигания неоновой трубки необходимо присутствие определенного количества ионов. Несколько ионов в минуту образуются в трубке космическими лучами и излучением случайных радиоактивных атомов, которые присутствуют во всех материалах, но требуется больше ионов, если разряд всегда должен инициироваться быстро [2].Искусственные методы увеличения количества ионов в лампах с холодным катодом известны как грунтовка. Помимо фотоэлектрического затравки, иногда также используется дополнительный электрод затравки или в газовую смесь добавляется немного радиоактивного газообразного трития, чтобы обеспечить надежное и быстрое поражение покрытых барием трубок даже в темноте.

    Подавляющее большинство неоновых трубок, особенно те, которые представлены сегодня на рынке, не предназначены для коммутации. Следовательно, при разработке этих трубок не было предпринято никаких усилий, чтобы максимизировать разницу между зажигающим и поддерживающим напряжениями.Обычно эти неоновые трубки имеют напряжение зажигания около 80 В и поддерживающее напряжение порядка 60 В. Вдобавок ко всему эти параметры имеют тенденцию к довольно большому изменению от трубы к трубе из-за механических допусков в их конструкциях и вариаций процесса покрытия барием, а также газовой смеси и давления. В целом, использование обычных неоновых трубок для коммутации приводит к возникновению критических цепей, требующих компонентов с низким допуском.

    Рисунок 10.A Схема, используемая для старения неоновых трубок, B испытательная схема для измерения Vs и Vm.

    Один из способов справиться с этим — собрать пробирки перед использованием. Это означает, что и Vs, и Vm измеряются для каждого отдельного устройства, а затем они разбиваются на группы с более или менее похожими характеристиками. И Питер-Тьерк де Бур с его часами с кольцевым счетчиком [1], а также авторы калькулятора счетчика с кольцевым счетчиком в Electronics Illustrated [4] придерживаются этого подхода. Поскольку характеристики пробирок имеют тенденцию изменяться при первом включении, рекомендуется выдержать пробирки перед сборкой.В «Иллюстрированной электронике» предлагается процедура старения ламп с использованием переменного напряжения [4 с.44]. Я использовал переменный трансформатор, чтобы получить напряжение изолированной сети от нуля до 180 В (рис. 10А). Многие неоновые лампы можно состаривать параллельно, каждая из которых имеет собственный последовательный резистор.

    Рисунок 11. Неоновые пробирки на стойке для выдержки.


    В ящике на работе я нашел несколько, как я понимаю, довольно старых газовых трубок. Я решил посмотреть, каково распределение ударных и поддерживающих напряжений для этого набора ламп и как на них повлияло старение.Сначала я измерил как Vs, так и Vm, используя простую схему, показанную на рис. 10B. Хотя эти трубки можно использовать в обоих направлениях, я предположил, что катод и анод, используя печать на трубке в качестве ориентира. Оказалось, что замена анода и катода дала почти точно такие же значения для Vs и Vm. Затем распределение значений Vs и Vm было построено на рис. 12 (вверху). Поразительные напряжения представлены красной кривой, а поддерживающие напряжения представлены черной кривой.Красная точка, например, 70 В указывает на наличие двух ламп с напряжением зажигания от 70 до 71 В. Среднее напряжение зажигания и поддержания для этих ламп составляло 68,8 В и 56,9 В соответственно, так что средняя разница составляла всего 12 В. Обратите внимание, что в этом наборе ламп были даже лампы с более низким напряжением зажигания, чем поддерживающее напряжение некоторых других ламп.

    Рис. 12. Распределение напряжения зажигания и поддержания напряжения для набора из 21 неоновой трубки
    до (вверху) и после (внизу) старения.


    Пробирки выдерживали в течение 3 дней с использованием схемы, изображенной на рис. 10А. Напряжение переменного тока было отрегулировано на ток около 1 мА на трубку. После старения Vs и Vm каждой трубки были измерены снова, снова как в прямом, так и в обратном режиме. Распределения Vs и Vm после старения показаны на рис. 12 внизу. Относительно большие изменения Vs и Vm произошли, в результате чего произошли сдвиги как в положительном, так и в отрицательном направлении. Средние значения Vs и Vm уменьшились примерно на 1,5 В, так что средняя разница осталась 12 В.Несколько случайных тестов во время старения показывают, что наибольшее изменение параметров произошло в течение первых нескольких часов. Очень небольшая разница между Vs и Vm уже заставила меня пессимистично сделать кольцевой счетчик с этим набором трубок. И действительно, несмотря на значительные усилия, получить надежную операцию счета с этими пробирками оказалось невозможным.

    Мой первый счетчик неоновых колец

    К счастью, «Radio Service Twente» все еще имеет запас старых добрых неоновых ламп в форме капли [5], и при количестве сотен ламп они стоят всего 15 евроцентов за штуку! Помимо этого, у них есть большой запас излишков и «снятых с производства компонентов», и если вы когда-нибудь окажетесь в Ден Хааг (Гаага) [6], вам обязательно стоит навестить их.Еще лучше, совместите это с посещением Stuut en Bruin, которые находятся прямо за углом (см. Следующий раздел).

    Рисунок 13. Десятиступенчатая тестовая схема счетчика неоновых колец.

    Быстрое измерение на десяти лампах показало, что напряжение зажигания ламп варьировалось от 93,7 В до 101,4 В со средним значением 97,5 В, в то время как поддерживающее напряжение варьировалось от 66,4 В до 72,0 В со средним значением 68,6 В, средним значением. разница 28,9В! Согласно теории, рассмотренной в предыдущем разделе, я должен был сначала состарить трубки, а затем снова измерить их.Однако на этот раз мне не хватило терпения. Идеальный катодный резистор для этих ламп, при условии, что ток 1 мА должен был быть 7 кОм. Из-за отсутствия резисторов с таким номиналом я использовал резисторы 12 кОм (рис. 13). Большинство кольцевых счетчиков имеют счетный импульс, емкостно связанный с общим анодным узлом. Я решил использовать высоковольтный транзистор, чтобы снизить анодное напряжение практически до нуля во время фактического счетного импульса. Это сработало отлично, но оказалось абсолютно необходимым включить C0 для увеличения времени нарастания анодного напряжения.Без C0 схема вообще не работала бы. Для подсчета входных импульсов я использовал TTL-совместимый сигнал с скважностью 10%.

    Хотя характеристики компонентов не были идеальными, а лампы не подвергались старению, счетчик надежно работал при напряжениях питания от 185 В до 250 В вплоть до частоты приблизительно 500 кГц. При напряжении питания ниже 185 В счетчик начинал пропускать определенные лампы таким образом, что эта лампа пропускала один цикл, но ударяла в следующий. При напряжении питания выше 250 В счетчик начинает отсчет с удвоенной тактовой частотой.

    Рис 14.Для определения электрических характеристик длина кольцевого счетчика была уменьшена до двух ступеней.

    Чтобы включить электрические характеристики форм сигналов внутри кольцевого счетчика, количество ступеней было сокращено до двух, схема также известна как триггер с переключателем. Верхняя кривая на изображении осциллографа на рис. 14 показывает общее анодное напряжение, а нижняя кривая отображает катодное напряжение неоновой трубки V2. Оба сигнала измерялись датчиком 10: 1. В точке A транзистор T1 проводит ток, так что анодное напряжение снижается практически до нуля, тем самым гася обе лампы.Когда T1 выключен, конденсатор Со заряжается через анодный резистор Ra, что приводит к логарифмическому увеличению анодного напряжения (постоянная времени τ = 82 кОм * 27 нФ = 2,2 мс). В точке B анодное напряжение достигло такого значения, что пробивает V1, что немедленно приводит к снижению анодного напряжения до поддерживающего напряжения (около 75 В). В цикле, предшествующем этому циклу, зажигался V2. Ток, протекающий через V2, приводил к падению напряжения на R2, который заряжал C2 примерно до 10 В. Во время импульса счета (точка A), C2 быстро разряжается посредством R2 (точка C) с постоянной времени τ = 12k * 10nF = 120 & micro.В точке B конденсатор Со заряжается до прим. 105V. Однако, как только V1 поражает, Co выводится через R1 на Vm + I * 12k. Этот резкий переходный процесс усиливается дифференцирующим фильтром, образованным C1 и R2, что приводит к резкому пику D.

    Пока V1 включен, падение напряжения на R1 заряжает C1 примерно до 1 мА * 12 кОм = 12 В. Когда в следующий раз во время следующего счетного импульса (точка E) падение напряжения на R1 уменьшится до нуля, катод V2 будет смещен до -12 В: смещение катодного переноса (точка F).Когда в следующий раз анодное напряжение снова возрастет, V2 ударит (точка G) перед V1 из-за отрицательного смещения переноса, присутствующего на его катоде. Обратите внимание, что согласно рисунку 14 напряжение зажигания в динамических условиях оказывается немного выше, чем в статических условиях (105 + 12 = 117 В против 97,5 В). Резкий пик H 30 В снова объясняется быстрым разрядом C0 от напряжения зажигания 105 В до поддерживающего напряжения 75 В.

    Рис. 15. Щелкните здесь или на картинке, чтобы просмотреть видеоролик YouTube о кольцевом счетчике.

    Коммутационные лампы серии ZA100X от Philips

    В разделе «Подробнее о неоновых трубках» мы уже видели, что существует два типа неоновых трубок: трубки с покрытием барием , , которые составляют, возможно, более 99,99% всех неоновых трубок, и гораздо более редкие трубки с распыленным катодом . Трубки, покрытые барием, имеют два преимущества; во-первых, колба не покрыта металлом — как это было бы в случае трубки с распыленным катодом — так что свечение хорошо видно, а во-вторых, при нормальном окружающем освещении задержка пробоя незначительна из-за фотоэлектрической затравки низкоуровневой лампы. катод с покрытием из бария.

    Обычные индикаторные трубки с покрытием из бария, такие как NE2 в NT2, обычно имеют напряжение пробоя порядка 80-90 В и поддерживающее напряжение около 60 В. Таким образом, средняя разница между этими двумя параметрами составляет порядка 20–30 В. В предыдущем разделе мы видели, что этого достаточно для создания логической схемы, такой как кольцевой счетчик, но, безусловно, недостаточно большого размера, чтобы создать надежную конструкцию, которая может быть произведена. на промышленном уровне и надежно работают в течение многих лет, несмотря на старение трубок с течением времени.Поэтому для коммутационных устройств были разработаны специальные неоновые трубки. Путем оптимизации газовой смеси и давления и / или увеличения расстояния между электродами были разработаны такие трубки, как XC25 и XC26, которые давали напряжения пробоя 130–160 В и 150–175 В соответственно, при том же поддерживающем напряжении ок. 60В. Однако проблема старения, вызванная диффузионными процессами в слое бария, осталась.

    Потребность в трубках с более жесткими допусками без явлений старения побудила Philips разработать серию неоновых переключающих трубок с катодами, очищаемыми напылением металла.Катодное распыление — это явление, которое происходит во всех газоразрядных трубках. Атомы ионизированного газа (например, неона) ускоряются к катоду электрическим полем. Попадая на катод, они иногда выбивают атом металла с поверхности катода. Затем этот атом диффундирует через оболочку трубки и, наконец, оседает на аноде или на стенке трубки. Во время очистки распылением трубка нагревается до прим. 400C, при этом трубка работает при очень высоком уровне тока.На этом заключительном этапе производства неизбежный оксидный слой на катоде удаляется распылением с катода. В то же время распыленные атомы никеля или молибдена, которые диффундируют через трубку, будут связываться с любыми оставшимися атомами кислорода, которые присутствуют в газе. Наконец, нанесенный металлический слой на стеклянную оболочку предотвратит дальнейшую диффузию загрязняющих веществ из стекла. Эта элегантная процедура была разработана Пеннингом и Мубисом в 1946 году в Philips Research. Их методика впервые позволила изготовить очень стабильные лампы сравнения напряжения, такие как 85A1 [3, стр. 197].В двух статьях Philips Research Reports 1946 года они объясняют принципы катодного распыления [10] и геттерирования металлов [11]. Документы дают очень приятное впечатление о прекрасных экспериментах, которые проводились в те дни.

    Рисунок 16. Трубка переключения ZA1002 (шкала миллиметровая).

    В неоновых трубках серии ZA100x используется особая структура электродов, чтобы предотвратить полное покрытие внутренней части трубки металлом, что сделало бы свечение невидимым.Трубки состоят из центрального катодного стержня из молибдена, окруженного цилиндрическим анодом в виде сетки. Когда катод распыляется, материал осаждается на стенке трубки, чтобы действовать как газопоглотитель, в форме, соответствующей отверстиям в сетке. В результате стенка трубки не полностью покрывается металлом, и свечение остается отчетливо видимым. Дополнительным преимуществом концентрического расположения является то, что небольшие отклонения от концентричности существенно не влияют на поле на катоде, что приводит к уменьшению колебаний от трубки к трубке.

    ZA1000 и ZA1002 — это переключающие диоды, ZA1001 — это релаксационные диоды, подходящие для схем синхронизации, а ZA1003 и ZA1004 — это индикаторные трубки, подходящие в качестве считывающих диодов для транзисторных схем [3.p227]. Статистический пробой трубок сокращается до менее 1 мс при перенапряжении 10-20 В за счет включения небольшого количества трития. Однако задержка не уменьшается в достаточной степени для схем синхронизации, где лампа действует как релаксирующий генератор на относительно низких частотах, и где важно, чтобы трубка подавала одинаковое напряжение на каждый импульс.На более высоких частотах проблем нет, поскольку у лампы недостаточно времени для полной демонстрации между импульсами, а остаточного заряда достаточно, чтобы перекрыть зазор. Для преодоления проблемы низких частот в лампе, разработанной для схем синхронизации, ZA1001, к основному газу добавлено небольшое количество тяжелого газа (Kr или Xe), который имеет длительное время деионизации. Таким образом, комбинируя быстрый и медленный процесс деионизации в одном разряде, трубка может колебаться в сравнительно подключенном частотном диапазоне.

    Рисунок 17. Некоторые члены семейства ZA100x и их оригинальные коробки.

    Для применений в качестве считывающей трубки для транзисторных схем наполнение газом выбирается так, чтобы обеспечить меньший разброс напряжения пробоя, чем значение сигнала, подаваемого транзистором. Исследование напряжения пробоя газовых смесей показывает, что характеристика пробоя неона плюс небольшой процент аргона (например, 0,1%) имеет плоскую характеристику на минимуме Пашена. Это означает, что неизбежно небольшие различия в давлении и расстоянии между электродами отдельных трубок практически не влияют на потенциал пробоя.Используя такую ​​смесь, разброс напряжения зажигания был достаточно низким, чтобы ламповый тип ZA1003 мог надежно управляться транзистором 12 В, а тип ZA1004 — транзистором 6 В. Разница между пробивным и поддерживающим напряжением для этих ламп невелика. Для ламп типа ZA1000 и ZA1002, используемых в дифференциальных схемах, где требуется большая разница между Vs и Vm, используется чистый неон с давлением наполнения, превышающим давление, соответствующее минимуму кривой Пашена. При таком заполнении газом Vs-Vm составляет примерно 60 В.Для семи трубок ZA1002 у меня есть значения (Vs, Vm): (169,1,105,0), (171,0,105,2), (170,5,105,0), (170,0,104,8), (171,0,104,9), (170,0,104,9). ), (171,0,105,2). Таким образом, максимальное изменение Vs составляет 2 В и 0,5 В в Vm! Для этих трубок светоотдача значительно выше, чем для трубок, заполненных неон-аргоном.

    Рис. 18. Техническое описание серии ZA100x из [9]
    Щелкните здесь или на картинке, чтобы увеличить изображение.

    Коммутационные лампы серии ZA100x предположительно были разработаны примерно в 1961/1962 годах, но вскоре устарели из-за транзисторных переключающих схем, а через несколько лет — снова из-за ИС.Они очень редкие. Поиск в Google дал лишь несколько совпадений. Мне посчастливилось найти несколько ZA1002 в давно забытой коробке старых вещей в исследовательской лаборатории Philips. Я уже потерял всякую надежду когда-нибудь найти другие лампы из серии ZA100x, когда мне довелось побывать в магазине Стюут и Брюин [7] в (снова) Ден Хааг (Гаага) [6]. К сожалению, Стуут и Брюин мне не мешают, так что, должно быть, я посетил их более десяти лет назад. Это старый магазин, который работает более 60 лет.Придя в магазин, я очень удивился, увидев на витрине индикатор настройки 6AL7 (волшебный глаз)! Эта лампа имеет прямоугольный флуоресцентный экран с видом сверху и встречается в Голландии довольно редко. Это был единственный 6AL7, который имелся в наличии у управляющего магазином, потому что ему приходилось брать его из витрины, которая, по его словам, не открывалась уже двадцать лет (я уверен, что он немного преувеличил). Я был так увлечен этой трубкой, что он дал ее мне бесплатно! Я решил, что это, должно быть, мой счастливый день, поэтому спросил менеджера, слышал ли он когда-нибудь о серии неоновых ламп ZA100x.Посмотрев на меня несколько секунд, как будто на него ударила молния, он поманил меня зайти за прилавок в темный угол своего магазина, где у него была стена, полная трубок NOS, большинство из которых от Philips, и все еще в их оригинальных картонных коробках, большинство из которых немного поражены плесенью в этом предположительно влажном углу. К моему удивлению, он произвел почти полную серию ZA100x из этой чудесной коллекции (рис. 17). На картинке на коробках по-прежнему стоит первоначальная цена (в гульденах) — 15 фл.00. Сегодня это около 6,50 евро, а 30 лет назад было 25 евро [8].

    Срок хранения

    Как счастливый обладатель семи ламп ZA1002, я, очевидно, хотел создать и протестировать кольцевой счетчик на этих лампах. Я использовал схему на рис. 13 с некоторыми изменениями в значениях компонентов. Вместо того, чтобы использовать номинальный анодный ток и затем получить нестандартные значения резистора, я использовал стандартное значение 47 кОм для катодного резистора и рассчитал ток из I = (VsVm) / 2 * Rcat = (170-105) / 2 * 47к = 690 мкА.С анодным резистором 100 кОм номинальное напряжение питания тогда составляет Vsupl = I * (Ra + Rcat) + Vm = 690 мкА * (100 кОм + 47 кОм) +105 = 206 В. Поскольку уже было очень легко получить надежный счетчик с использованием дешевых неоновых трубок с катодом с барием, я ожидал, что счетчик с ZA1002 будет работать очень надежно в широком диапазоне питания. Однако я был полностью ошеломлен и озадачен, обнаружив, что с этими лампами было абсолютно невозможно добиться чего-либо, хотя бы и почти надежного!

    Рис. 19. Урезанный кольцевой счетчик ZA1002 и осциллограмма анодного напряжения.

    Я пробовал разные комбинации катодных резисторов и напряжений питания, но счетчик работал почти беспорядочно, почти случайно. После того, как я некоторое время возился со схемой, причина странного поведения счетчика стала ясна, когда я сократил счетчик до одной лампы. На рисунке 19 показана схема без изоляции и форма волны анодного напряжения. Из осциллограммы выяснилось, что лампа случайным образом зажигает при напряжениях от 170 (как и должно быть) до 220В.На фотографии рис. 19 за время одной экспозиции камеры зафиксировано четыре следа. Обратите внимание, что после зажигания трубки напряжение падает до постоянного значения, определяемого поддерживающим напряжением и падением напряжения на катодном резисторе.

    Рис. 20. ZA1002 во время распылительной очистки катода. На фотографии катод кажется ярче, чем был на самом деле.

    Первое объяснение, которое я мог придумать для этого странного поведения, заключалось в том, что так или иначе за эти годы катод снова был загрязнен.В книге Уэстона по лампам с холодным катодом объясняется, что лампы с холодным катодом обычно распыляются примерно в десять раз больше номинального анодного тока, пока катод не станет докрасна [3]. На рисунке 20 показан ZA1002 при катодном токе 10 мА. Через несколько минут тюбик настолько горячий, что я буквально обжег пальцы, прикоснувшись к нему. Никакого эффекта процедура не дала.

    Наконец, меня осенило, что проблема также может быть связана с заливкой трубки. Напомним, что для того, чтобы сократить время включения трубки до менее 1 мс, в газообразный неон было добавлено небольшое количество трития.Эффект радиоактивного трития заключается в том, что он ионизирует некоторые молекулы газа, поэтому всегда присутствует достаточное количество ионов для обеспечения быстрого удара плазмы. Быстрый поиск в Интернете показал, что период полураспада трития составляет около 12,3 года! Это означает, что каждые 12,3 года половина трития распадается на гелий-3. Другими словами, через шестьдесят лет после их производства (1/2) ** (60 / 12,5) = 1/64 остается только одна 64-я часть трития. Другими словами, трубка с трудом заполняется, что приводит к переменному удару трубки.Странно то, что, хотя почти каждая трубка, независимо от ее возраста, будет оставаться более или менее функциональной, пока нить накала не повреждена, имеет некоторое излучение и нет утечки, эти трубки по своей сути имеют ограниченный срок хранения. Очевидно, сотрудники Philips не могли представить, что какой-нибудь дурак будет играть с этими лампами через шестьдесят лет после их производства, иначе они наверняка добавили бы лучшее, прежде чем предупреждать!

    Разное

    В группах новостей в Интернете постоянно ходят слухи о том, что можно построить счетчик никси, просто используя руку, полную диодов и резисторов.Несомненно, эти слухи берут свое начало в представлении о том, что никси-трубка — это не что иное, как десять отдельных неоновых трубок, объединенных в одну оболочку с общим анодом. Глядя на базовую схему неонового кольцевого счетчика, показанную на рис. 13, действительно возникает соблазн подумать, что можно заменить десять отдельных неоновых трубок одной газовой трубкой (рис. 21).

    Рисунок 21. Замена десяти неоновых трубок одной газовой трубкой не работает.

    Я должен признать, что изначально я не видел причин, по которым это не должно работать! Однако быстрая попытка не дала результата.Одно из объяснений состоит в том, что разница между напряжением зажигания и поддержанием напряжения газовых трубок оказалась очень маленькой. Для нескольких трубок nixie измеренные значения (Vs, Vm) были: ZM 1020 = (133,123), IN12 = (132,125), XN12 = (128,124), ZM1080 = (131,125), ZM1040 = (127,125), CD83P = (122,119). . Кроме того, оказалось, что как только одна из цифр зажигается, другие цифры становятся настолько полностью заполненными, что их напряжение зажигания снижается до поддерживающего напряжения уже включенной цифры. На самом деле сложно говорить о поразительном, поскольку новые цифры включаются очень постепенно, когда потенциал катода приближается к поддерживающему напряжению.Итак, на первый взгляд, напряжения всех цифр становятся более-менее равными. Это подсказало схему фиг. 22А.

    Рисунок 22. Еще одна нефункциональная схема кольцевого счетчика.

    В схеме на рис. 22A предполагается, что после зажигания газовой трубки падение напряжения для каждой из цифр будет одинаковым, и, как таковое, будет представлять только постоянное падение напряжения, так что разрядная трубка может быть включена последовательно. со стандартным неоновым кольцевым счетчиком. Увы, эта схема тоже не заработала.В трехступенчатом тестовом варианте все три цифры загорались одновременно. Простая тестовая схема на рис. 22В показывает причину. Если бы мои предположения были правильными, и действительно, зажженная газовая трубка представляла бы постоянное падение напряжения для каждой из цифр, было бы невозможно зажечь V2, нажав S1. Однако это было не так. Зажженная никси-трубка, очевидно, представляет собой очень сложную нагрузку, где неподключенная цифра принимает потенциал где-то между потенциалом анода и потенциалом уже воспламененного катода.

    p.s .: Основываясь на опыте с кольцевым счетчиком на диодах Шокли (рис.30), я думаю, что сделаю последний шаг, чтобы заставить эту схему работать, связав катоды нейтрализатора с постоянным потенциалом через резистор. Факт остается фактом: ток в открытом состоянии для большинства ламп слишком велик для большинства неоновых индикаторных трубок.

    Рисунок 23. Трубка регистра GR10A от ETL (Ericsson Telephone Limited), Англия.


    Не после того, как я начал раздел о ZM1050 на этой странице, я понял, что, скорее всего, регистровые лампы будут лучшим кандидатом для идеи, изложенной на рис.21, поэтому мы решили сделать небольшое дополнение к этому разделу. Регистровые трубки относятся к Тип трубок семейства decatron. Нормальные декатроны — это настоящие счетные устройства, которые могут подсчитывать перенос тлеющего разряда от одного электрода к другому с помощью направляющих электродов. Напротив, трубки регистров — это только устройства отображения, которые имеют один анод и десять катодов, каждый из которых индивидуально подключен к гнезду трубки. Они использовались в качестве считывающих устройств высокоскоростных электронных счетных ступеней, предшествовавших более медленным декатронным ступеням.

    Рисунок 24. Российская трубка Регистра А-101.


    На рисунке 23 изображена ВАХ очень распространенной регистрационной трубки GR10A от Ericsson. После того, как трубка коснется прибл. 130 В, напряжение падает примерно на 20 В, но затем напряжение на трубке быстро увеличивается по мере увеличения тока, что указывает на высокое внутреннее сопротивление. Очень необычное поведение, которого я раньше не видел. На рис. 24 представлена ​​ВАХ российской регистрационной лампы А-101. Совершенно другое поведение! Лампы зажигают при напряжении, превышающем 350 В, и имеют поддерживающее напряжение 150 В.Теоретически это должно быть идеальным для создания кольцевого счетчика, если только плазма одной цифры не забивает другие цифры слишком сильно. Тестировать не стал по той простой причине, что у меня не было подходящего (12 пин) гнезда для этой лампы. Слабое оправдание, я признаю это, но вот оно.

    Трассировщик кривых A poormans

    Во время экспериментов, описанных в следующем разделе, я почувствовал потребность в трассировщике кривой. Измеритель кривой — это часть испытательного оборудования, которая отображает соотношение тока и напряжения компонента на экране ЭЛТ.Таким образом, вы можете, например, одним взглядом найти поразительное и поддерживающее напряжение неоновой лампы. У нас в работе есть прекрасный измеритель кривой Tektronix 370A, но во время написания этих страниц рождественские каникулы мне мало помогли. Однако с несколькими компонентами, которые почти у всех валяются, кажется возможным создать действительно очень полезный индикатор кривой poormans менее чем за десять минут!

    Рис. 25. Принципиальная схема прибора для отслеживания кривой Пурмана.

    На рисунке 25 изображена принципиальная схема измерителя кривой Пурмана. Variac (T1) и фиксированный трансформатор используются для получения переменного источника переменного напряжения 0250 В (250 = sgrt (2) * 180). Напряжение переменного тока двусторонне выпрямляется мостом B1, в результате чего получается синусоидальное напряжение с регулируемой амплитудой 0250 В. Последовательный резистор R1 измеряет ток через тестируемое устройство (DUT). Мой прицел позволяет отключать временную развертку таким образом, чтобы вход канала 2 был подключен к пластинам отклонения оси x.При подключении заземления осциллографа к узлу, соединяющему ИУ с R1, а Y-образные пластины (канал 1) к R1 и x-образные пластины (канал 2) к ИУ, становится возможным измерять ВАХ исследуемого устройства. DUT. Единственным недостатком этой схемы является то, что ось x отображается перевернутой, что означает, что положительные напряжения отображаются в отрицательном направлении оси x. Небольшое неудобство, к которому быстро привыкаешь.

    Рис. 26. Три примера ВАХ, измеренных с помощью измерителя кривой Пурмана.DIAC был BR100 / 03 от Philips.

    На рис. 26 в качестве примера показаны три ВАХ трех устройств: BR100 / 03 DIAC от Philips, очень распространенная катодная неоновая трубка с бариевым покрытием и переключающая трубка ZA1002. Начало сюжета было положено в один квадрат из правого нижнего угла участка. Начиная с начала координат, напряжение на ИУ увеличивается без протекания тока. При напряжении около 33 В срабатывает DIAC, в результате чего протекает ток, а напряжение падает до прибл.27В. Очень небольшая разница между включение и поддержание напряжений этого ЦИАП показывает, что, к сожалению, он бесполезен в качестве активного элемента в кольцевом счетчике. Неоновая трубка имеет напряжение зажигания 115 В с поддерживающим напряжением 65 В. Лампа ZA1002 имеет напряжение зажигания 175 В с поддерживающим напряжением 105 В.

    Обратите внимание, что большинство вариаторов являются автотрансформаторами, что означает, что они не имеют разделенных первичной и вторичной обмоток, а имеют только одну обмотку с регулируемым отводом.В таком трансформаторе вторичная обмотка не изолирована от сети и может быть смертельно опасной для прикосновения даже при небольшом выходном напряжении. Несмотря на то, что вариак на рис. 25 показывает две обмотки, мой вариак также является автотрансформатором (у меня не было правильного символа). Вот почему был добавлен Т2, чтобы изолировать цепь от сети. Если вы не знакомы или не знакомы со схемами, которые подключаются напрямую к сети, пожалуйста, прочтите мое введение в эту тему на моей странице с часами Tube-in-a-Tube.Если у вас нет вариака, вы можете также использовать одиночный трансформатор с фиксированным выходным напряжением, которое достаточно велико. Высокое значение R1 ограничивает ток через ИУ и, следовательно, рассеивание. На всякий случай сделайте R1 типом 1W.

    Для моего удобства вот процедура настройки прицела:

    1. Канал 2 и Канал 3 постоянного тока
    2. Ч3 выкл.
    3. Ch2 & Ch3 2 В / дел. Это означает, что одно деление на осциллографе соответствует 2 В на входе осциллографа или 20 В на наконечнике пробника 10: 1 или 20/100000 = 200 мкА на ИУ.
    4. нажмите TB-mode для меню TB, выберите источник Ch3, включите x-defl.
    5. позиция начала координат в правом нижнем углу деления, кроме одного.

    Кольцевые счетчики с шокли-диодом

    Еще за четыре года до войны, в 1936 году, дальновидный директор по исследованиям Bell Labs — Мервин Келли — нанял молодого и блестящего физика Уильяма Шокли для исследования возможности создания прочного твердотельного устройства, которое могло бы заменить ненадежные переключатели и лампы, которые были использовались в то время в телефонных системах [12].Недавние достижения в квантовой механике и физике твердого тела подсказали Шокли несколько концепций устройства, но все эти устройства не работали так, как он надеялся. Оглядываясь назад, можно сказать, что в основном это было связано с тем, что в довоенный период не было доступных хороших и чистых полупроводниковых материалов, кроме того, было еще мало понимания физики полупроводниковых поверхностей.

    Вторая мировая война прервала усилия Шокли, когда он ушел из Bell Labs и стал директором по исследованиям в Группе операций по борьбе с подводными лодками Колумбийского университета.Однако огромные исследовательские усилия во время войны с радаром привели к огромным успехам в понимании, производстве и очистке как германия, так и кремния, поскольку эти материалы были необходимы для изготовления надежных и чувствительных точечных радарных детекторов.

    Сразу после войны Шокли вернулся в Bell Labs, чтобы возглавить группу по физике твердого тела, задачей которой было разработать твердотельную альтернативу электронным лампам. И снова у Шокли была идея полупроводникового усилителя, но она снова не сработала.Никто не мог понять почему, и обескураженный, он обратился к другим проектам, оставив головоломку Бардину и Браттейну. В ходе своих исследований они обнаружили, что причина отказа устройств Шокли была связана с наличием интерфейсных состояний на поверхности полупроводника. В ходе своих исследований они впоследствии более или менее наткнулись на точечный транзистор! Следовательно, при оформлении патентов единственными изобретателями были Бардин и Браттейн.

    Шокли был возмущен тем фактом, что, несмотря на то, что он так долго искал твердотельный усилитель, он не был одним из изобретателей точечного транзистора.Он заперся почти на месяц, пытаясь создать еще лучшее устройство. В обзорной статье 1976 года сам Шокли резюмировал процесс мышления, имевший место в то время, в разделе, озаглавленном «Воля к мысли». [17] Ближе к концу того же месяца Шокли выяснил важные детали устройства собственной конструкции — переходного транзистора. В переходном транзисторе не использовались необычные точечные контакты, а требовалась только небольшая полоска кремния или германия с различными легированными областями.Хотя потребовались годы, прежде чем технология достигла такого уровня, когда действительно можно было создать переходной транзистор, Шокли был полностью уверен в превосходстве своего устройства, о чем он никогда не забывал рассказывать Бардину и Браттейну. Очевидно, отношения между тремя мужчинами испортились, и в 1951 году Бардин и Браттейн ушли, чтобы преследовать другие интересы. В 1956 году Бардин, Браттейн и Шокли снова воссоединились, когда они получили Нобелевскую премию за свою работу.

    Его репутация позволила Шокли собрать средства для открытия собственного бизнеса.В 1956 году Шокли арендовал здание в малоизвестной долине к югу от Сан-Франциско, затем заполненное абрикосовыми садами, и основал первую компанию в том, что сейчас называется Силиконовой долиной: Shockley Semiconductor Laboratory. Его первоначальный план состоял в разработке кремниевых транзисторов в то время, когда почти все транзисторы были сделаны из германия [13,14]. Однако через некоторое время его интерес к транзисторам угас, и Шокли стал одержим четырехслойным диодом, устройством, которое он изобрел, еще работая в Bell Labs.Вместо того, чтобы сосредоточиться на транзисторах, чтобы иметь хотя бы один продукт, приносящий прибыль, огромное количество усилий было потрачено на разработку четырехслойного диода, изготовление которого оказалось очень сложным.

    Четырехслойный диод, также известный как диод Шокли, был переключающим устройством, которое могло заменить по крайней мере два транзистора и два резистора [15]. Таким образом, это действительно была первая интегральная схема. Это двухконтактное устройство, которое не проводит ток до тех пор, пока напряжение на диоде не превысит определенное значение.В этот момент диод резко начинает проводить, и он остается проводящим до тех пор, пока напряжение на устройстве не упадет ниже напряжения выключения. Таким образом, устройство представляет собой однобитовую память, а также оказалось полезным в кольцевых счетчиках и генераторах. Устройство имеет собственный символ схемы, напоминающий цифру 4. Однако для того времени это было слишком сложно [16]. Для этого требовались аккуратно отполированные с двух сторон кремниевые пластины с диффузными переходами с обеих сторон. Конечное меза-устройство дополнительно было чрезвычайно чувствительным к влаге.Шокли надеялся, что в конечном итоге он заменит миллионы механических точек переключения в телефонных системах. Однако разброс параметров устройства оказался слишком большим, чтобы быть приемлемым для AT&T. В конце концов выяснилось, что Шокли был гораздо лучшим ученым, чем бизнесменом. Его стиль управления был властным и все более параноидальным, что в конечном итоге привело к тому, что восемь ключевых сотрудников (восемь предателей) покинули компанию, чтобы основать свою собственную компанию: Fairchild Semiconductor.Несколько лет спустя Fairchild была одной из первых компаний, производящих интегральные схемы, сделав четырехслойные диоды Shockleys устаревшими. В апреле 1960 года Clevite Transistor Company приобрела компанию Shockley Transistor.

    Рисунок 27. Обозначение A) и четырехслойная структура B) диода Шокли. Четырехслойную структуру можно рассматривать как структуру npn и pnp C) и D).

    На рисунке 27A показан символ схемы, который использовался для диода Шокли. Если символ повернуть на 180 градусов, как в рекламе выше, мы увидим, что символ напоминает число 4.Лучший способ объяснить, как работает четырехслойный диод (рис. 27B), — это представить его как структуру npn и pnp, соединенную, как на рис. 27C, или транзиторы npn и pnp с базой каждого транзистора, подключенной к коллектор другой (рис. 27D).

    Чтобы объяснить, как работает устройство, мы на мгновение предположим, что у нас есть внешнее соединение с базой T1. Предположим, что T1 имеет коэффициент усиления по постоянному току hFE1 (рис. 28A). Приложение небольшого внешнего тока базы Ib приведет к усилению тока коллектора Ib * hFE1.Если мы затем подключим коллектор T1 к базе pnp-транзистора T2, то ток коллектора T1 будет током базы T2 (рис. 28B). Этот базовый ток усиливается фактором hFE2 на T2, в результате чего ток коллектора T2 равен hFE1 * hFE2 * Ib. Когда, наконец, коллектор T2 снова подключен к базе T1, ток коллектора T2 будет управлять T1 и т. Д. Через эту положительную обратную связь ток будет продолжать течь через T1 и T2 — даже после удаления внешнего тока базы — при условии что выполняется условие hFE1 * hFE2> 1.

    Рисунок 28. Работа диода Шокли, объясненная с использованием двухтранзисторной эквивалентной схемы.

    Устройство с подключением к внешней базе, конечно, также известно как тиристор! Убрав внешний контакт базы, мы получим диод Шокли. Это устройство остается в выключенном состоянии до тех пор, пока напряжение питания не приблизится к пробою коллектор-эмиттер одного из транзисторов. Приближаясь к пробою, небольшое лавинное течение запустит течение. Этот ток немедленно усиливается, и из-за петли положительной обратной связи схема немедленно фиксируется, при этом напряжение на двух клеммах падает практически до нуля.Цепь можно сбросить, только отключив ток.

    Рис. 29. Влияние различных значений резистора шунтирующего эмиттер-база.

    Диоды Шокли больше не производятся, но, к счастью, мы можем эмулировать их функциональность с помощью двух транзисторов. С обычными дискретными транзисторами hFE1 * hfE2> 1 легко удовлетворяется, на самом деле коэффициент усиления обычно настолько велик, что почти невозможно предотвратить нежелательное запирание схемы. Схему можно укротить, зашунтировав переходы эмиттер-база транзисторов с помощью резисторов.Как мы увидим в следующем разделе, это уменьшит усиление транзисторов при малых токах. На рис.29 мы видим действие этого резистора при различных значениях. При R = 150 кОм схема ведет себя как почти идеальный переключатель. Кривая начинается в начале координат (нижний правый угол) с V = 0. От начала координат мы перемещаемся влево по горизонтальной линии по мере того, как напряжение в цепи увеличивается, а ток все еще остается нулевым. Когда напряжение достигает ок. 73 В, цепь фиксируется, и кривая перескакивает из нижней левой точки в верхнюю правую точку, представляя ток, равный 1.3 мА при незначительном падении напряжения. С уменьшением напряжения питания ток пропорционально уменьшается, пока мы не вернемся в начало координат. Для R = 12k кривая почти идентична, только около самой последней части кривой, когда ток падает ниже ок. 100 мкА коэффициент усиления падает ниже единицы, так что схема выпадает из защелкивания. Чем ниже сопротивление, тем выше ток, при котором цепь отключается.

    Рис. 30. Схема кольцевого счетчика с эмулированными диодами Шокли, который напрямую управляет газовой трубкой.

    Наш эмулированный диод Шокли, конечно же, является идеальным элементом для замены неоновой трубки в кольцевом счетчике. Огромная разница между напряжением зажигания и падением напряжения в открытом состоянии позволяет получить очень прочную конструкцию. На рисунке 30 изображена трехступенчатая схема кольцевого счетчика, которая напрямую управляет газовой трубкой. За исключением газовой трубки, схема в точности повторяет классическую схему кольцевого счетчика, в которой неоновая трубка заменена эмулированным диодом Шокли. В качестве шунта эмиттер-база в диоде Шокли использовался резистор 12 кОм, поскольку это значение давало хороший компромисс между чувствительностью и надежностью (рис.29). Значения R1, R2 и Ra определяют условия статического смещения.

    Рисунок 31. Определение R1, R2 и Ra.

    На рисунке 31 изображена схема кольцевого счетчика, показанная на рисунке 30, без всех компонентов, которые не имеют отношения к выбору значений R1, R2 и Ra. Диод Шокли был заменен переключателем, который может быть разомкнутым или замкнутым, что довольно хорошо отражает реальность. Прежде чем мы сможем определить значения для R1, R2 и Ra, нам нужно указать несколько величин:

    • Поскольку для большинства nixie разница между напряжением зажигания и поддерживающим напряжением составляет всего несколько вольт, мы будем использовать Vnixie для среднего значения между двумя значениями.Для лампы CD83P, которую я использовал в этом примере, Vnixie = 120V.
    • Ia — рабочий ток газовой трубки. В этом примере Ia = 1 мА.
    • Хотя говорить о поразительном напряжении не совсем правильно, мы будем использовать Vs в качестве напряжения, при котором наши два транзисторных диода Шокли будут включаться. Как видно из рис.29, Vs = 70V.
    • Наконец, нам нужно будет выбрать ток, при котором работает диод Шокли. Хотя выбор довольно произвольный, я подумал, что лучше взять I1 того же порядка, что и Ia, поэтому I1 = 1 мА.
    Если мы добавим запас 30V к напряжению nixie 120V, мы получим напряжение питания 150V. В этом случае Vsupl> Vs, которое необходимо, иначе счетчик звонков не будет работать. Запас 30 В в сочетании с током разряда 1 мА устанавливает анодный резистор на Ra = (Vsupl-Vnixie) / Ia = (150-120) / 0,001 = 30 кОм. так как у меня валялись резисторы 22 кОм, я использовал это значение. Теперь мы можем определить значение Vx для напряжения на узле между резисторами R2 и R1. С одной стороны, Vx (Vsupl-Vnixie), в противном случае ударят также цифры газовой трубки, которые должны оставаться выключенными.Итак (Vsupl-Vnixie)> Vx> Vs, в нашем примере 30V> Vx> 70V. Взяв среднее значение, находим Vx = 50V. Основываясь на токе диода Ia = 1 мА, мы находим R1 = Vx / Ia = 50 / 0,001 = 50 кОм или 47 кОм. R2 позаботится об остальном падении напряжения.

    Рисунок 32. Динамическое поведение кольцевого счетчика с эмулированными диодами Шокли.


    На рисунке 32 показано переключение трехступенчатого кольцевого счетчика с эмулированными диодами Шокли. Верхний график показывает напряжение на аноде диода третьей ступени, а нижний график показывает напряжение питания кольцевого счетчика.Когда мы смотрим на напряжение питания, мы можем видеть, как он подтягивается к земле с помощью T1 каждый счетный импульс (обозначен выкл.). Когда T1 выключен, C0 заряжается от R0, что приводит к резкому увеличению напряжения питания. Поскольку C2 был заряжен во время предыдущего счета, диод попадает в B. Напряжение питания теперь немного падает, потому что диод и некоторые другие емкости заряжены (C). В течение оставшейся части цикла зарядка C0 продолжается, но более медленными темпами, поскольку часть тока через R0 теперь протекает через диод Шокли.На верхнем графике мы видим, как напряжение на эмулированном диоде Шокли второй ступени падает до нуля, когда диод зажигается (E). Удивительно, но напряжение не падает до нуля во время следующего счетного импульса (F). Предположительно это связано с переходными зарядами в Tn3 и Tp3. Когда T1 снова выключен и C0 заряжается, напряжение на диоде Шокли точно соответствует возрастающему напряжению питания (G). В определенный момент загорается диод Шокли ступени 0. Когда он воспламеняется, он дает обратный эффект, понижая напряжение ступени 2 через C3.Во время H напряжение на диоде точно соответствует напряжению питания через R3 и D3. Во время следующего счетного импульса напряжение снова не падает до нуля из-за зарядов на переходах и конденсаторах. Теперь ступень 1 включена, так что C2 заряжен, так что после следующего счетного импульса ступень 2 снова воспламеняется (J).

    Рис. 33. Щелкните здесь или на изображении, чтобы просмотреть видеоролик на YouTube о кольцевом счетчике с эмулированными диодами Шокли.


    Замечательная схема счетчика звонков

    Хотя кольцевые счетчики с эмулированными диодами Шокли работают очень удовлетворительно, у меня возник вопрос, можно ли создать схему, которая показывала бы подходящий гистерезис, используя только один транзистор вместо двух.Поразмыслив, я вспомнил явление, которое часто наблюдал при измерении высокочастотных биполярных транзисторов. С 1988 по 2000 год я провел большую часть своего времени в Philips Research, занимаясь разработкой и производством высокопроизводительных высокочастотных биполярных транзисторов, в основном для мобильной связи. Одним из стандартных измерений, которые мы использовали для выполнения на только что изготовленном транзисторе, было измерение набора кривых Ic-Vce на кривых-кривых. Это быстрое измерение дает хорошее первое впечатление о некоторых основных параметрах транзистора постоянного тока, таких как: hFE, Veaf, BVceo, линейность, сопротивление коллектора и т. Д.

    Рисунок 34. Набор кривых Ic-Vce для BF771, измеренных на 370A Tektronix. Crve-следы.
    На транзисторе наблюдается падение hFE для токов менее 1 мА.

    На рисунке 34 показан набор кривых Ic-Vce высокочастотного транзистора BF771. Во время измерения напряжение коллектор-эмиттер (горизонтальная ось) изменяется от нуля до регулируемого максимального значения, в то время как ток коллектора измеряется (вертикальная ось). Базовый ток увеличивается при каждой развертке на постоянное значение (в данном случае 20 мкА), начиная с Ib = 0 для первой развертки.Поскольку приращение Ib является постоянным для каждой развертки, коэффициент усиления постоянного тока (или hFE, или бета) на вертикальное деление известен (в данном случае 50 на деление). Подсчитав количество делений по вертикальной оси между двумя последовательными линиями, можно определить hFE в этой точке смещения. Для идеального транзистора hFE должен быть постоянным от уровней тока в диапазоне пА до режима, когда последовательное сопротивление и начинают играть роль высокие эффекты инжекции (порядка 10–100 мА для обычных дискретных транзисторов).Однако для этого транзистора мы наблюдаем, что при Ic = 5 мА hFE = 80, в то время как для Ic оно падает ниже 50. Еще один важный параметр, который можно легко определить, — это BVceo. Это пробой коллектор-эмиттер с открытой базой (Ib = 0). На рис. 34 эта точка обозначена стрелкой с текстом BVceo snap-back. Это именно то явление, о котором я имел в виду! После пробоя транзистора примерно при 18 В напряжение пробоя снова падает до 15 В для увеличения тока коллектора. Это отрицательное сопротивление или поведение гистерезиса напоминает поведение неоновых трубок и в принципе может быть использовано для создания кольцевого счетчика.Однако разница между напряжением зажигания и напряжением поддержания слишком мала для обеспечения надежной работы.

    Чтобы понять феномен BVceo snapback, важно понимать разницу между BVcbo (пробой коллекторно-базового диода с неподключенным эмиттером) и BVceo (пробой между коллектором и эмиттером с открытой базой). На одной из моих других страниц я очень подробно объяснил связь между этими двумя нарушениями.Здесь достаточно знать, что BVceo относится к BVcbo согласно:

    BVcbo определяется только концентрацией легирования и шириной дрейфовой области коллектора и, следовательно, не зависит от условий смещения. BVceo, напротив, зависит от hFE. Высокий hFE уменьшит пробой коллектор-эмиттер. Для транзистора с hFE, который является постоянным при низких и высоких токах смещения, BVceo также будет постоянным. Однако для транзисторов, которые показывают падение hFE при низких уровнях тока, BVceo будет увеличиваться при низких уровнях тока! Этот эффект объясняет поведение возврата, которое можно увидеть на рис.34. Когда напряжение коллектор-эмиттер увеличивается для Ib = 0 (нижняя строка), ток и, следовательно, hFE очень малы, что приводит к высокому напряжению пробоя. Однако в момент выхода из строя транзистора ток и, следовательно, hFE резко возрастают, что приводит к снижению BVceo.

    Рис. 35. График Гаммеля и кривая hFE-Ic для BC550C (A и B),
    и BC550C с разными шунтирующими резисторами эмиттер-база (C и D).

    Как упоминалось ранее, эффект обычно слишком мал, чтобы использовать его для создания кольцевого счетчика.К счастью, можно вызвать эффект отдачи в каждом исправном линейном транзисторе с помощью простого резистора. На рис. 35A изображены так называемый график Гаммеля и кривая hFE-Ic (рис. 35B) обычного низковольтного BC550C общего назначения. График Гаммеля — это измерение, при котором токи коллектора и базы измеряются как функция напряжения эмиттер-база для постоянного напряжения коллектор-база. Это измерение, при котором транзистор используется в конфигурации с общей базой, дает много информации о конструкции эмиттер-база транзистора и в основном используется технологами для оценки комплекса эмиттер-база транзистора (кривые Ic-Vce дают больше информации о конструкции коллектора).Расстояние по вертикали между током коллектора и базы точно соответствует hFE, когда оба тока нанесены на график в логарифмическом масштабе. Из рисунков видно, что BC550C имеет максимальное значение hFE ок. 500, в то время как hFE все еще значительно превышает 100 для Ic = 1pA. Другими словами, совершенный высоколинейный транзистор! Линейность можно полностью нарушить, зашунтировав базу эмиттера с помощью резистора (рис. 35 C и D). Резистор имитирует ток утечки эмиттер-база, который в зависимости от значения сопротивления будет полностью доминировать над усилением тока при низких значениях тока (рис.35D).

    Рисунок 36. Влияние шунтирующего резистора эмиттер-база на искусственно вызванный отклик.

    Из вышеизложенного будет ясно, что обычный BC550C не демонстрирует поведения возврата в исходное положение (Рис. 37 No R). Однако, добавив шунтирующий резистор эмиттер-база большого номинала, можно вызвать обратное замыкание. Различные графики на рис. 36 показывают индуцированный эффект мгновенного отклика для разных значений шунтирующего резистора. Для R = 1M у нас есть хороший резкий откат, при котором транзистор выходит из строя при BVcbo 125 В, а затем быстро возвращается к BVceo 65 В.Разницы в 60 В более чем достаточно, чтобы сделать очень надежный счетчик звонков!

    BC550C — типичный европейский транзистор. Это очень дешево, Фарнелл стоит меньше шести евроцентов! Вместо BC550C можно использовать и другие транзисторы. Наиболее важные критерии выбора — это, во-первых, не слишком высокий BVcbo (скажем, 80–130 В). Во-вторых, транзистор должен иметь как можно более высокое hFE, чтобы получить большую разницу между BVcbo и BVceo. Для транзисторов BCxxxC последняя буква указывает группу биннинга hFE.Группа C имеет самый высокий hFE (400-600). Наконец, транзистор должен иметь разумную линейность, чтобы не мешать нашему трюку.

    Рисунок 37. Определение R1, R2 и Ra.

    Принципиальная схема кольцевого счетчика с возвратными транзисторами очень напоминает кольцевой счетчик на диоде Шокли (рис. 38). Прежде чем подробно обсуждать схему и формы ее сигналов, мы сначала вычислим значения сопротивления, которые определят условия смещения.На рисунке 37 показана схема кольцевого счетчика без всех компонентов, не имеющих отношения к определению резисторов смещения. Обратные транзисторы были заменены переключателями S1 и S2 и двумя стабилитронами со значением Vm. Vm в дальнейшем представляет собой BVceo (65V), а Vs представляет BVcbo (125V). Подобно процедуре, использованной в предыдущем разделе, нам сначала нужно установить некоторые важные параметры:

    • Поскольку для большинства nixie разница между напряжением зажигания и поддерживающим напряжением составляет всего несколько вольт, мы будем использовать Vnixie для среднего значения между двумя значениями.Для CD83P, используемого в этом примере, Vs = Vx = Vnixie = 120V
    • Ia — рабочий ток газовой трубки. В этом примере Ia = 1 мА.
    • Напряжение зажигания и поддерживающее напряжение транзистора с обратным замыканием составляют Vs = 125 В и Vm = 65 В (Рис. 36 R = 1M).
    • Наконец, нам нужно будет выбрать ток, при котором работает возвратный транзистор. С одной стороны, нужно, чтобы этот ток был того же порядка или даже больше, чем ток никси. С другой стороны, ток не может быть слишком большим, иначе рассеивание в транзисторе (Vm * I1) превысит максимальное указанное значение.В этом случае I1 был установлен на 1 мА, так что рассеиваемая мощность ограничена 65 мВт, что находится в пределах максимального номинала транзисторов.
    Сумма падения напряжения на nixie и напряжения включения возвратного транзистора определяет минимальное напряжение питания: Vnixie + Vm = 120 + 65 = 185 В. Если взять ок. Накладные расходы 30В, получаем напряжение питания 210В. Для тока nixie в 1 мА это фиксирует резистор анода на 30 / 0,001 = 30 кОм, я использовал 22 кОм. Vs = 125 и Vm = 65, поэтому ΔV = Vs-Vm = 60V и ΔV / 2 = 30V. Поэтому в качестве Vx мы взяли Vm + ΔV / 2 = 95V.Из ΔV / 2 и I1 = 1 мА следует, что R1 = (ΔV / 2) /I1=30/0.001=30k. Я снова использовал 22к. R2 должен принимать оставшееся напряжение питания: 210-95 = 125, поэтому 125 / 0,001 = 125 кОм. Я использовал 120к.

    Рис. 38. Тестовая схема трехкаскадного кольцевого счетчика на транзисторах с защелкиванием.

    На рисунке 38 изображена принципиальная схема трехступенчатого тестового кольцевого счетчика, использующего транзисторы с обратным замыканием (слева) и связанные с ним формы сигналов (справа). На первый взгляд, все сигналы имеют очень хорошее поведение, без особых всплесков и переходных процессов.Верхний график сигнала показывает сигнал в точке Vx (рис. 37). При каждом счетном импульсе транзистор T0 приводится в состояние насыщения, подтягивая Vx к земле. Между счетными импульсами Vx возвращается к 95V, как и должно. Стрелки над верхней кривой показывают, какая цифра nixie включается в течение трех последовательных импульсов счета. В точке A T2 включен, так что C2 будет заряжен до 30 В. Во время следующего счетного импульса (точка B) C2 остается заряженным, обеспечивая T3 предварительное смещение, так что он ударит первым, когда Vx вернется к 95 В (точка C).После срабатывания T3 напряжение снова падает до поддерживающего значения 65 В (точка D).

    Рис. 39. Щелкните здесь или на картинке, чтобы просмотреть видеоролик YouTube о кольцевом счетчике.

    Если вы внимательно посмотрите демо-ролик счетчика обратных звонков на YouTube, вы увидите, что в схеме есть один недостаток: во время фактического счетного импульса, когда T0 проводит, все цифры загораются. Очевидно, это вызвано тем фактом, что, когда Vx подтягивается к земле, чтобы вывести T1 T3 из лавины, также заземляются катоды никси-лампы.Лично я считаю, что это довольно очаровательный артефакт, но мне он не нравится, его легко исправить, добавив дополнительный транзистор параллельно T0, но с коллектором, подключенным к аноду газовой трубки. Обратите внимание, что в этом случае это должен быть транзистор с напряжением BVcbo не менее 185 В!

    Рисунок 40. Трехкаскадная схема кольцевого счетчика на транзисторных транзисторах со схемой переноса для каскадных счетных каскадов.

    Очень просто добавить к кольцевому счетчику схему переноса для каскадирования счетных каскадов (рис.40). Когда происходит переход с цифры 2 на цифру 0 (перенос в этом трехступенчатом примере), ток начинает течь через T1. Это приведет к падению напряжения на резисторе R9 примерно на 2 В. Это падение напряжения настолько мало, что не повлияет на работу счетчика звонков. После дифференцирования этого импульса на C5 и R11 этот импульс на короткое время приведет к насыщению T4 — который является частью следующей секции счета -, тем самым продвинув следующую секцию счета.

    Лично я считаю, что счетчик с защелкивающимся кольцом — это очень элегантное решение для счетчика / драйвера nixie.Он не требует устаревших энергоемких схем TTL и специальных высоковольтных транзисторов. Диапазон счета можно легко изменить, просто уменьшив (или увеличив) количество этапов счета. Я сам не пытался построить часы на основе этих схем, но уверен, что однажды сделаю это.

    Управление нейтрализатором непосредственно из ворот HEF CMOS

    Удивительнее и любопытнее! воскликнула Алиса

    Для меня это своего рода хобби — находить неортодоксальные способы управлять никси-лампами.С помощью моих часов Tube-in-Tube я попытался продемонстрировать, что в некоторых случаях низковольтные транзисторы могут использоваться для управления лампой-никси, и на этой странице также были обсуждены несколько замечательных схем счетчика-драйвера-никси. Схема драйвера, обсуждаемая в этом разделе, без сомнения, также может считаться замечательной. Идея пришла ко мне, когда я работал над схемой с лампой ZM1050. Мне пришло в голову, что тот же основной принцип, что лежит в основе лампы ZM1050, также может быть использован для безопасного и надежного управления nixie от затвора HEF4xxx или CD4xxx, при условии, что они работают от напряжения питания 15 В.Хотя схема не имеет большого практического значения, она служит хорошим введением в разделы, посвященные ZM1050. В оставшейся части этой страницы, когда я пишу ZM1050, это также означает ZM550, а когда я пишу HEF4xxx, вы также можете заменить CD4xxx.

    Рис. 41. Самый простой, но не самый элегантный способ сопряжения HEF IC с импульсной трубкой.

    Самый простой способ привязать импульсную лампу к затвору HEF4xxx показан на рис. 41. Принцип работы схемы основан на том факте, что напряжение зажигания и поддерживающее напряжение большинства газовых ламп почти совпадают.Похоже, что размах выходного напряжения 15 В затвора HEF достаточно велик, чтобы включать и выключать цифру. Когда, например, на выходе инвертора N1 низкий уровень, а на выходе других вентилей высокий уровень, загорается только нулевая цифра. Многие люди не решатся привязать выход затвора HEF напрямую к устройству, подключенному к источнику высокого напряжения. На самом деле вреда в этом нет. Основная причина в том, что ток ограничен максимум 2 мА. В случае, если на выходе затвора низкий уровень, транзистор NMOS на выходе затвора просто отводит этот ток на землю.Когда выход высокий, диод защиты выхода будет пропускать ток на шину положительного напряжения питания HEF IC. Даже если бы в ИС не было защитного диода на выходе, диод сток-колодец выходного PMOS стал бы смещенным в прямом направлении, снова передавая ток на шину Vdd.

    Рисунок 42. Управляющие неоновые лампы с приводом от затвора HEF4xxx.

    Если бы мы попытались сделать это с неоновыми трубками, которые использовались в предыдущих разделах, это не сработало бы.Неоновые трубки имеют гистерезис около 40 В (рис. 26), что делает невозможным их включение и выключение. Однако есть очень умный способ заставить его работать. Хитрость заключается в том, чтобы использовать в качестве источника питания полуволновое или двухполупериодное выпрямленное переменное напряжение. Рисунок 42 иллюстрирует эту идею, и работа на самом деле очень проста. Запускаем в момент, когда напряжение в сети пересекает ноль вольт (точка A). Неоновые лампы теперь явно выключены. Далее напряжение питания начинает расти. Обратите внимание, что, поскольку неоновые лампы не зажигаются, ток равен нулю и, следовательно, нет падения напряжения на R3, так что напряжение на общем анодном узле (верхняя кривая) равно напряжению питания (нижняя кривая).Теперь предположим, что на выходе инвертора N1 низкий уровень, а на выходе других инверторов высокий уровень. В том случае, когда напряжение питания увеличивается, очевидно, что первой ударит неоновая трубка V1 (точка B). Напряжение на V1 сразу же падает до поддерживающего потенциала 65 В, так что ни одна из других неоновых трубок не может ударить, даже если напряжение питания возрастет еще больше. Таким образом, V1 остается включенным в течение всей этой половины фазы сетевой частоты (C), даже если один из других инверторов становится низким.При следующем переходе через ноль V1 сбрасывается (точка D), и весь цикл начинается заново.

    Рисунок 43. Трубка Никси, управляемая затвором HEF4xxx и пульсирующим источником высокого напряжения.

    Тот же трюк можно также использовать в сочетании с газовой трубкой. Как упоминалось ранее, большинство газовых трубок не показывают какой-либо значительной разницы между напряжением зажигания и поддержанием напряжения. Однако можно добавить требуемую величину гистерезиса, разместив один из наших возвратных транзисторов последовательно с анодом нейтрализатора (рис.43). В точке перехода через нуль (точка A) импульсная лампа и возвратный транзистор гаснут. Поэтому, когда напряжение питания начинает расти, напряжение на нейтрализаторе будет равно напряжению питания. Из предыдущего раздела мы знаем, что возвратный транзистор срабатывает при Vs = 125 В и что Vnixie = 120 В. Таким образом, примерно при Vs + Vnixie = 125 + 120 = 245V зажигание зажигается (точка B). Напряжение на nixie теперь падает на ΔV = Vs-Vm, примерно на 65 В.

    Рис. 44. Щелкните здесь или на изображении, чтобы просмотреть видеоролик на YouTube, в котором Nixie приводится в действие HEF4049 с пульсирующим постоянным напряжением.


    Схема имеет небольшую практическую ценность, поскольку требует декодера HEF4xxx с активными низкими выходами. К сожалению, большинство декодеров 4-> 10 HEF4xxxx имеют выходы с активным высоким уровнем, и нет смысла добавлять инвертор к каждому выходу, как в тестовых схемах на рис. 42 и 43. Однако схемы хорошо демонстрируют принцип работы лампы ZM1050, который будет обсуждаться в следующем разделе.

    Z550M / ZM1050, Десятилетняя индикаторная трубка для транзисторных скалеров

    В этом разделе мы обсудим технические аспекты Z550M, в следующих разделах мы рассмотрим людей, которые изобрели его и превратили в продукт.Z550M лучше всего представить, процитировав вводный абзац раздела 10.3 из «Индикаторной трубки Z550M» Дж. Б. Дэнса [2]:

    Mullard / Philips Z550M — это уникальная трубка, которая была разработана для удовлетворения потребности в декадной индикаторной трубке, которая может работать непосредственно от электрического считывающего устройства низкого напряжения, обеспечиваемого транзисторными скейлерами (счетчиками). Требуется входной сигнал около 5 В при токе около 50 мкА. Форма дисплея отличается от других индикаторных трубок.В аноде вырезаны десять фигур в виде цифр, которые будут обозначены; они расположены по кругу, высота каждой цифры 3 мм. Разряд газа происходит за одной из цифр, так что красный свет разряда светит через вырезанную часть анода в виде цифры, которая должна быть указана. Дисплей может быть довольно ярким, так как схема управления не подает питание на основной разряд.

    Рисунок 45. ZM1050 / Z550M с этикетками Philips и VALVO.
    Фактически, все ZM1050 были произведены на заводе Philips
    , производящем основные лампы, на заводе Emmasingel в Эйндховене, Нидерланды (см. Epiloque).

    Работа ZM1050 напоминает работу схемы, описанной на моей странице счетчика звонков. Основная идея состоит в том, что десять трубок тлеющего разряда с очень согласованными характеристиками объединены в одну оболочку. На лампу подается полусинусоидальное напряжение таким образом, что небольшое дополнительное напряжение от транзистора предпочтительно зажигает один из десяти тлеющих разрядов.Затем общее анодное напряжение падает так, что ни один из других тлеющих разрядов не возникает. Специально предусмотрено, что зажигание каждого разряда инициируется отдельным стартерным анодом, который приводится в действие транзистором и требует очень небольшого тока. Этот вспомогательный разряд затем передается в основной разряд с гораздо более высоким уровнем тока. Более точное и полное объяснение работы можно найти в статье одного из изобретателей, Тео Ботдена, в Electronic Applications [3]:

    На рисунке 6 показано расположение электродов индикаторной трубки типа Z550M (ZM1050).Десять приблизительно трапециевидных пластин k действуют как эмиссионные катоды. Они установлены на кольцеобразной проводящей опоре r, заштрихованные участки которой покрыты материалом, имеющим более высокую работу выхода по сравнению с катодами k, чтобы уменьшить их электронную эмиссию. На небольшом расстоянии выше и ниже катодов устанавливаются кольцевые аноды a. Десять проволочных электродов st, стартеров, проходят через отверстия в нижнем анодном кольце и в каждой из катодных секций. В верхнем анодном кольце вырезаны цифры от 0 до 9, так что при инициировании тлеющего разряда с помощью одного из стартеров четко выделяется цифра, обращенная к соответствующему катоду.На рис. 7 в разобранном виде показана электродная система. Секции излучающего катода были распылены во время производственного процесса, чтобы получить чистую поверхность катода, в то время как распыленный материал, оседающий на стеклянной оболочке, предотвращает загрязнение газа и, таким образом, обеспечивает стабильную работу. Трубка заполнена неоном, в который добавлен небольшой процент аргона.
    Рис. 46. Схематическое изображение расположения электродов в индикаторной трубке типа ZM550. Рисунок 47. Покомпонентное изображение индикаторной трубки.

    На лампу подается несглаженное выпрямленное напряжение (см. Рис. 8), так что при полуволновом выпрямлении напряжение питания возрастает до максимума и снова падает до нуля один раз в каждом сетевом цикле. Когда напряжение питания достигает определенного значения, инициируется тлеющий разряд, который снова гаснет, как только это напряжение падает ниже поддерживаемого значения. Таким образом, очевидно, что тлеющий разряд зажигается и гаснет дважды за цикл при использовании двухполупериодного выпрямления.Как видно из рис. 8, пускатели находятся под анодным потенциалом до тех пор, пока отсутствует разряд. Однако, поскольку расстояние между каждым катодом и связанным с ним стартером намного меньше, чем расстояние между катодом и анодами, разряд между катодом и стартером будет инициирован до того, как напряжение питания поднимется до значения, при котором разряд между катодом и анод установлен. Следовательно, когда напряжение питания постепенно повышается от нуля, первым эффектом будет инициирование вспомогательного разряда между катодами и его пускателем.

    Работа индикаторной трубки типа Z550M (ZM1050) основана на том факте, что вспомогательный разряд между одним из катодов и его пускателями снижает необходимое напряжение зажигания анода Vaign между этим катодом и анодом до такой степени, что основной разряд также установлен на этом катоде. Таким образом, достаточно предусмотреть установку вспомогательного разряда на желаемом катоде, чтобы гарантировать, что основной разряд произойдет на соответствующем рисунке.Этот основной разряд вызывает внезапное падение потенциала анода до поддерживающего напряжения Vm, которое ниже самого низкого напряжения зажигания на любом другом катоде, так что разряд не может быть инициирован где-либо еще. Другими словами, применяется принцип «первым пришел — первым обслужен»; во всяком случае, что касается этого конкретного цикла напряжения питания.

    Зависимость Vaign от пускового тока Ist показана на рис. 9 для одного из положений пускового катода. Видно, что когда стартер отключен (Ist = 0), напряжение, необходимое для инициирования основного разряда, составляет примерно 135 В, но при пусковом токе, скажем, Ist = 10 & microA, это напряжение снижается примерно до 105 В, что в основном составляет из-за диффузии положительных и отрицательных носителей заряда из вспомогательного разряда в пространство между этим катодом и анодом.Таким образом, если на конкретном катоде протекает пусковой ток этого значения, основной разряд с этого катода инициируется раньше, чем с других катодов, на величину, примерно соответствующую времени, которое требуется для повышения напряжения питания от От 105 до 135 В.

    Рисунок 48. Принципиальная схема индикаторной трубки, a- аноды (заземленные), k- катоды, ст-пускатели, Vc- управляющее напряжение. Ток основного разряда ограничивается резистором Rk, ток вспомогательного разряда — резисторами Rc и Rst, причем последний имеет гораздо большее значение. Рис. 49. Зависимость напряжения зажигания Vaign основного разряда от тока Ist вспомогательного разряда для одной из комбинаций катод-пускатель.

    Катод, на котором инициируется вспомогательный разряд, можно выбрать, увеличив напряжение на желаемом пускателе немного выше, чем на других. Это можно сделать, приложив небольшое положительное управляющее напряжение Ve к резистору Rc. Соответствующий стартер достигает напряжения зажигания раньше других, так что разряд происходит в нужном месте.Если управляющее напряжение Vc передается на другой стартер, повторное зажигание произойдет на новой комбинации стартер-катод в следующем (полупериоде) и так далее. Причина использования несглаженного напряжения питания теперь будет ясна, а именно то, что для передачи разряда с одного катода на другой разряд должен быть сначала погашен снижением напряжения питания до уровня ниже поддерживаемого значения, после чего он должен быть погашен. снова поднимитесь постепенно, чтобы нужный стартер мог инициировать следующую разрядку.

    Управляющее напряжение, то есть дополнительный импульс, необходимый для инициирования вспомогательного разряда на конкретном катоде, может быть намного меньше поддерживающего напряжения, поскольку общее напряжение стартера должно быть лишь немного выше, чем напряжения на других пускателях. Управляющее напряжение всего 5 В — это все, что требуется для ZM550 при условии, что напряжение питания соответствует определенным требованиям. Сигнал всего 5В может быть подан через транзисторную схему.Если эта схема спроектирована так, что сигнал подается на стартер st1 на счет 1, на соседний стартер st2 на счет 2 и т. Д., Трубка покажет результат подсчета. Следует понимать, что не имеет значения, может ли трубка следить за операцией подсчета или нет. При условии, что после завершения счета сигнал управления подается на соответствующий пускатель, место разряда, инициированного при следующем повторном зажигании трубки, будет соответствовать окончательному результату счета.Поскольку питание для основного разряда не подается схемой управления, легко гарантировать, что этот разряд будет достаточно ярким, чтобы обеспечить четкую визуальную индикацию. Подключив анод к земле, как показано на рис. 8, можно также заземлить один из выводов транзисторной схемы управления, что значительно упрощает проектирование схемы.

    Создание Z550M / ZM1050

    Я планировал написать здесь раздел об изобретении и разработке индикаторной трубки Z550M / ZM1050.Однако при исследовании трубки я наткнулся на столько интересного материала, что решил написать о нем отдельную страницу. Нажмите на картинку ниже, чтобы узнать больше об этой удивительной трубке и людях, которые ее изобрели и разработали!

    Щелкните здесь или на изображении, чтобы перейти непосредственно на страницу
    The Making of Z550M / ZM1050.

    В ближайшее время

    ZM550 используется как счетчик звонков.
    Часы с кольцевыми счетчиками ZM550.

    Так что следите за обновлениями!

    Я заметил, что довольно много людей регулярно посещают эту страницу.
    Так почему бы не оставить отзыв? Это интересно? слишком долго? слишком много деталей? Подробнее?
    Все отзывы приветствуются по адресу:

    Благодарности

    Я хотел бы поблагодарить следующих людей за их вклад: Мистер.Филип Ленц, г-жа C.A.M.Th. ван Влодроп-Гоедмейкерс, Вил Граат, Энгель Хёфгест и Корри Панкен, а также Ад Гаст из Philips Research,

    Литература и веб-ссылки


    [1] http://wwwhome.cs.utwente.nl/~ptdeboer/ham/neonclock/
    [2] JB Dance, Electronic Counting Circuits, London ILIFFE Books
    LTD., New York American Elsevier Publishing Compagny Inc., 1967
    [3 ] GF Вестон, Трубки тлеющего разряда с холодным катодом, Лондон ILIFFE Books
    Ltd., 42 Russel Square, London, 1968
    [4] Моррис Гроссман, Постройте ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПЬЮТЕР .При быстром вращении циферблата он складывает, вычитает, умножает и делит,
    Electronics Illustrated, no. 504, ноябрь 1966 г., стр. 39–49 + стр. 115
    [5] http://www.radiotwenthe.nl./
    [6] http://www.denhaag.com/
    [7] http://www.stuutenbruin.com/
    [8] http://www.iisg.nl/hpw/calculate.php
    [9] Philips, Halfgeleiders, Electronenbuizen; zakboekje, 1966
    [10] F.M. Пеннинг и Дж. Мубис, Явление сжатия в неоновом тлеющем разряде с молибденовым катодом, Philips Research Reports, 1, 1946, стр.119
    [11] T. Jurriaanse, F.M. Пеннинг и Дж. Мубис, Нормальное катодное падение молибдена и циркония в инертных газах, Philips Research Reports, 1, 1946, стр. 225
    [12] Майкл Риордан и Лилиан Ходдесон, Crystal Fire: изобретение транзистора и рождение информации age, Sloan Technology Series, ISBN 0843932856
    [13] Википедия о Шокли.
    [14] Википедия о компании Shockley Semiconductor.
    [15] Музей транзисторов на четырехслойном диоде Шокли.
    [16] Ранняя разработка полупроводников в компании Shockley Transistor Corporation Джином Веклером.
    [17] У. Шокли, Путь к концепции переходного транзистора, IEEE Transactions on Electron Devices, vol. ED-23, No. 7, июль 1976 г., стр. 597-620
    [18] Джон Мэнли и Элли Бакли, Neon Ring Counter, Electronics, январь 1950, стр. 84-87
    [19] CE Hendrix and RB Purcell, Neon Lamp Logic Gates Play Tick-Tack-Toe, Электронное инженерное издание, 1958, 20 июня, стр. 68-69
    [20] Дж.Б. Танец, электронные схемы подсчета, лондонская ILIFFE Books LTD., New York American Elsevier Publishing Compagny Inc., 1967, стр 302-306.
    [21] Th.P.J. Ботден, С. Фроус, Десятилетняя индикаторная трубка для транзисторных скейлеров, электронные приложения, Vol. 21, No. 3, pp. 114-123
    [22] Dieters Nixie World page
    [23] Википедия про электрон.
    [24] Пол К. Левитт, 50 лет на пути к живым технологиям, Биография Системной лаборатории Эйндховена, Юбилейная книга 1952–2002 годов, напечатанная ограниченным тиражом издательством Koninklijke Philips Electronics N.V., сентябрь 2002 г.
    [25] Dr. Th.P.J. Ботден и Дж. Ленц, Новая декада (тлеющий разряд) индикаторная трубка, которая может работать от низкого напряжения и малой энергии, Philips Research Nat.Lab. Verslag Nr. 3541, подписано 10 июля 1959 г.
    [26] История лабораторий Philips в Эйндховене, 1914-1946 гг., Частное издание.
    [27] Сайт Радиомузея на 4662.
    [28] http://www.agder.net/la8ak/m11.htm
    [29] http://www.pa3esy.nl/Philips/meetinstrumenten/html/gm3121/html/gm3121_body.html

    http: // www.electricstuff.co.uk/oldbooks.html

    IN-18 Nixie Tubes — AiV Electronics

    Лампы Nixie IN-18 являются основным элементом часов AiV Nixie.

    Как устроена трубка Nixie?

    Индикатор тлеющего разряда — это ионное устройство для отображения информации с применением тлеющего разряда. По сравнению с единственным индикатором — неоновой лампой — он имеет более широкие возможности.

    Самыми известными среди индикаторов тлеющего разряда являются цифровые индикаторы Nixie Tube, состоящие из десяти тонких металлических электродов (катодов), каждый из которых соответствует одной цифре или знаку, при этом они включаются индивидуально.Электроды расположены таким образом, что разные цифры появляются на разной глубине, в отличие от плоского дисплея, на котором все цифры находятся в одной плоскости относительно наблюдателя. Трубка заполнена инертным газом — неоном (или другими газовыми смесями). При приложении напряжения 120-180 В постоянного тока между анодом и катодом вокруг катода появляется свечение. Цвет свечения определяется составом газа. Наибольшее распространение получили неоновые лампы с красно-оранжевым свечением.

    История развития

    Nixie Tubes были разработаны в 1952 году братьями Хайду и позже проданы компании Burroughs Business Machines.Название «Nixie» происходит от аббревиатуры NIX 1 — Numerical Indicator eXperimental 1. Название стало общим названием всей линейки таких индикаторов и теперь используется как общее название. Например, российские индикаторы ИН-14 в мире обозначаются как ИН 14 Никси.

    С начала 1950-х и до 1970-х годов в области преобладали индикаторы, основанные на принципе тлеющего разряда. Позже на смену им пришли вакуумные люминесцентные лампы, жидкокристаллические и светоизлучающие дисплеи, и сейчас они встречаются довольно редко.В настоящее время большинство индикаторов тлеющего разряда больше не производятся.

    Nixie Tubes использовались в калькуляторах, измерительных приборах, первых компьютерах, в аэрокосмической технике и на подводных лодках, в индикаторах лифтов и информационных дисплеях NYSE.

    В последние годы лампы Nixie Tubes становятся все более популярными благодаря своему необычному антикварному внешнему виду. В отличие от ЖК-дисплеев они излучают мягкий неоновый оранжевый свет. Несколько компаний предлагают часы с использованием Nixie Tubes. В корпусах этих часов используется дерево, сталь и акриловый пластик.Обычно эти часы имеют ограниченную функциональность и используются исключительно в эстетических целях, но часы AiV Nixie — это приятный сюрприз. Они сочетают в себе оригинальный внешний вид, который никого не оставит равнодушным, и обширный функционал, который оценят абсолютно все пользователи.

    Разновидностей индикаторов тлеющего разряда

    Существуют многочисленные варианты индикаторов тлеющего разряда: линейные (непрерывные и дискретные), знаковые, сегментные и матричные. Трубки IN-18 Nixie, применяемые в AiV Nixie, являются знаковыми индикаторами.Этот вид индикаторов тлеющего разряда, пожалуй, самый известный и узнаваемый. В большинстве случаев термин «индикатор тлеющего разряда» относится именно к ним. Также известно, что до начала 1970-х годов в советской технической литературе эти индикаторы именовались почти полностью забытым термином «номерная лампа» (по всей видимости, клак из немецкого «Ziffernröhre»).

    Индикаторы знаковые

    представлены российскими образцами с обозначениями цифрами: ИН-1, ИН-2, ИН-4, ИН-8, ИН-8-2, ИН-12А, ИН-12Б, ИН-14, ИН- 16, ИН-17, ИН-18, со знаками буквами, обозначениями физических величин и другими спецсимволами: ИН-5А, ИН-5Б, ИН-7, ИН7А, ИН-7Б, ИН-15А, ИН-15Б , ИН-19А, ИН-19Б, ИН-19В.

    Большинство знаковых указателей не являются раритетами. В большинстве случаев ламповые часы изготавливаются на основе широко распространенных индикаторов ИН-8, ИН-12 или ИН-14. Эти индикаторы легко доступны на рынке, и их цена невысока (2–5 долларов США за штуку).

    Кроме того, российские индикаторы тлеющего разряда имеют множество мировых аналогов. Традиционно импортная продукция дороже (в 1,5–2 раза для аналогичной трубки), и ее очень сложно найти на рынке.

    Почему наши часы основаны на IN-18

    Трубки ИН-18 — самые крупные знаковые индикаторы, которые производились в СССР.Высота цифр в ИН-18 составляет 40 мм, что существенно больше, чем у наиболее распространенных ИН-8, ИН-12, ИН-14 (18 мм). Такой большой размер цифр в IN-18 делает их хорошо читаемыми, особенно ночью и для людей с нарушениями зрения.

    Среди мировых аналогов есть трубки с большой высотой цифр, намного больше 40 мм. Например, японская трубка Rodan CD-47 имеет высоту цифр 135 мм. Найти эти лампы на рынке практически невозможно, а их цена превышает 1000 долларов за штуку.

    Пробирки

    International, близкие к размерам IN-18, стоят около 60 долларов США за штуку и встречаются редко. Стоимость самих ламп ИН-18 составляет порядка 30-40 долларов за штуку. Они хоть и встречаются намного реже, чем широко распространенные ИН-18, ИН-12, ИН-14, но все же есть в наличии, даже новые, со складов в необходимых количествах. Следовательно, стоимость самих ламп составляет около 20% от стоимости ламповых часов для растворов ИН-18 и еще меньше для часов на основе ИН-8, ИН-12, ИН-14.

    Учитывая размер цифр, стоимость и редкость ламп, лампы ИН-18 — единственное оптимальное решение для изготовления эксклюзивных ламповых часов.

    IN-18 Области применения

    По большому счету применение ламп ИН-18 не отличается от других индикаторов тлеющего разряда, но есть некоторые особенности. Основная из них заключается в том, что из-за конструктивных особенностей ИН-18 они подвержены эффекту «синего пятна» в большей степени, чем другие индикаторы меньшего размера. Этот эффект заключается в появлении светящихся синих пятен в центре трубки из-за неправильного срабатывания лампы.Именно этот эффект в сочетании с высокой ценой и редкостью ламп IN-18 ограничивает применение этих ламп большинством подрядчиков, занимающихся разработкой ламповых часов.

    Дело в том, что 99% схем ламповых часов управляют катодами с помощью российской микросхемы К155ИД1. Этот чип, включая его международный аналог, является единственным когда-либо созданным специализированным драйвером для индикаторов тлеющего разряда. Хотя это специализированный чип, он не может обеспечить правильное управление индикаторами тлеющего разряда, потому что напряжение разрыва для выходов управления чипом составляет всего 60 В, тогда как необходимо переключить катодное напряжение на макс.180 В. Для защиты от неисправности в микросхеме встроены стабилитроны, ограничивающие катодное напряжение до 60 В. Таким образом, напряжение анод-катод для светящейся цифры составляет 180 В, а для остальных цифр в лампе (в данный момент не светящихся) — 180–180 В. 60 = 120 В, чего недостаточно для ионизации газа и возникновения свечения. Тем не менее, все катоды несветящихся цифр находятся под напряжением, что вызывает общую мягкую ионизацию внутри трубки и приводит к появлению «синих пятен», что является недостатком IN-18.Фактически это происходит из-за неправильного срабатывания трубки. В разных пробирках ИН-18 этот эффект визуально проявляется по-разному и со временем может исчезнуть. Хотя ИН-18 без этого эффекта «синего пятна» встречаются крайне редко.

    Правильное срабатывание трубки обеспечивает полное снятие катодно-анодного напряжения с несветящихся цифр. Для реализации этого управления микросхема К155ИД1 не подходит, так как драйверы с напряжением разрыва мин. Требуется 200 В. Обычно эта схема управления предназначена для высоковольтных транзисторов.Тогда вместо одной микросхемы К155ИД1 на каждую лампу нужно установить 20 независимых компонентов (10 транзисторов и 10 резисторов). Для часов с 4 или 6 цифрами требуется 80 и 120 компонентов соответственно, что усложняет сборку, делает часы больше и делает невозможным реализацию схемы: требуется использовать только компоненты поверхностной сборки. Только несколько производителей часов по всему миру применяют эту правильную диаграмму срабатывания. Наши часы AiV Nixie имеют правильную диаграмму срабатывания трубки, предотвращающую эффект «синего пятна».

    Трубка отравления катодом

    Одним из инженерных недостатков индикатора тлеющего разряда является то, что цифры «наложены» одна на другую, перекрывая друг друга. Поэтому при редком срабатывании одних ламповых катодов и активности других частицы металла, распыляемого рабочими катодами, оседают на редко используемых катодах, что способствует их «отравлению». Сначала это приводит к неравномерному свечению редко используемых цифр (появлению тусклых участков), а по мере развития «отравления» части этих цифр вообще перестают светиться.Этот дефект характерен для всех ламп Nixie, в которых одни цифры включаются реже, чем другие. Это случай применения ламп Nixie для отображения времени: часы и десятки часов переключаются крайне редко.

    Классический метод противодействия «отравлению» катода лампы, реализованный во всех часах, включая AiV Nixie, заключается в применении различного эффекта для перетасовки всех цифр в лампе (как в игровом автомате) при изменении минут. То есть каждый раз при изменении минут все цифры меняются циклически.Этот метод существенно снижает процент «отравлений» и увеличивает срок службы ламп. Однако многим не нравится, когда при изменении минуты часы переключают цифры по кругу вместо отображения текущего времени. Поэтому в AiV Nixie этот эффект можно отключить, — предусмотрен альтернативный метод реверсирования «отравления» катода.

    Метод реверсирования катодного «отравления», применяемый в часах AiV Nixie, использует повышенный ток. Он заключается в предварительном нагреве катодов трубки повышенным током, что приводит к самоочищению катода и удалению оксидов с катодов, улучшая эмиссию электронов и восстанавливая исходную яркость свечения.Для реверсирования катодов в часах AiV Nixie предусмотрен специальный режим работы, который позволяет пользователю самостоятельно выполнять восстановление яркости лампы IN-18.

    Срок службы ИН-18

    Согласно техническому паспорту лампы ИН-18 имеют срок безотказной службы минимум 5 000 часов. В непрерывном режиме работы это всего 208 дней. Неисправность определяется как несоблюдение установленных значений следующих параметров: напряжение зажигания или ток индикации для цифр. Несмотря на заявленный производителем короткий срок службы, лампы Nixie по сути работают долгие годы.Конечно, никто не может точно сказать, сколько проработает та или иная лампа, только производитель, который установил срок безотказной работы в 5000 часов. Стоит отметить, что лампы ИН-18 не производятся более 20 лет. Совершенно новые лампы, произведенные в конце 1970-х — начале 1980-х годов, встречаются довольно часто, и они прекрасно работают.

    Долгий срок службы ИН-18 подтверждается отсутствием жалоб владельцев ламповых часов по всему миру на их выход из строя. Срок службы этих трубок сложно даже приблизительно оценить.Есть образцы часов Nixie Tube, сделанные еще во времена СССР нашими отцами, и сейчас они хорошо работают. Поэтому считается, что лампы ИН-18 могут успешно работать очень долгое время без времени.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *