Отравление катодов газоразрядных ламп

Главным элементом часов AiV Nixie являются газоразрядные индикаторные лампы ИН-18.

Газоразрядный индикатор — ионный прибор для отображения информации, использующий тлеющий разряд. По сравнению с единичным индикатором — неоновой лампой — обладает более широкими возможностями.

Наиболее известными среди газоразрядных индикаторов являются знаковые индикаторы типа Nixie tube, состоящие из десяти тонких металлических электродов (катодов), каждый из которых соответствует одной цифре или знаку, при этом они включаются индивидуально. Электроды скомпонованы так, что различные цифры появляются на разной глубине, в отличие от плоского отображения, при котором все цифры находятся на одной плоскости по отношению к зрителю. Трубка наполнена инертным газом неоном (или другими смесями газов). Когда между анодом и катодом прикладывается электрическое напряжение от 120 до 180 вольт постоянного тока, вокруг катода возникает свечение. Состав газа определяет цвет свечения. Наиболее распространены лампы, где основой наполнения является газ неон, дающий красно-оранжевое свечение.

С начала 1950-х и до 1970-х годов индикаторы, построенные на газоразрядном принципе, были доминирующими в технике. Позже они были заменены вакуумно-люминесцентными, жидкокристаллическими и светодиодными дисплеями и стали довольно редки сегодня. В настоящее время большинство наименований газоразрядных индикаторов больше не производится.

Газоразрядные индикаторы использовались в калькуляторах, в измерительном оборудовании, в первых компьютерах, в аэрокосмической технике и на подводных лодках, в лифтовых указателях и для отображения информации на фондовой бирже Нью-Йорка.

За последние годы популярность газоразрядных индикаторов возросла из-за их необычного антикварного вида. В отличие от ЖК, они излучают мягкий неоновый оранжевый свет. Несколько компаний предлагают часы, в которых используются газоразрядные индикаторы. Для корпусов таких часов применяется дерево, сталь, акриловый пластик. Обычно такие часы обладают небольшим функционалом и несут чисто эстетическую функцию, но часы AiV Nixie являются приятным исключением. Они сочетают в себе оригинальный внешний вид, который никого не оставит равнодушным, и богатый функционал, который оценят все пользователи без исключения.

Знаковые индикаторы представлены отечественными моделями со знаками в виде цифр: 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 в виде букв, обозначений физических величин и других специальных символов: ИН-5А, ИН-5Б, ИН-7, ИН7А, ИН-7Б, ИН-15А, ИН-15Б, ИН-19А, ИН-19Б, ИН-19В.

Большинство знаковых индикаторов дефицита не представляют. В большинстве случаев ламповые часы делают на основе распространённых индикаторов ИН-8, ИН-12 или ИН-14. Найти такие индикаторы в продаже не сложно, и цена на них сравнительно невысока (около 2-5 долларов за штуку).

Кроме того, существует множество зарубежных аналогов отечественных газоразрядных индикаторов. Традиционно зарубежные лампы имеют более высокую стоимость (в 1,5–2 раза дороже за аналогичную лампу), и их крайне трудно найти в продаже.

Индикаторы ИН-18 являются самыми большими знаковыми индикаторами, выпускавшимися в СССР. Высота цифр у ИН-18 составляет 40 мм, что существенно больше, чем у часто используемых ИН-8, ИН-12, ИН-14 (18 мм). Такой большой размер цифр ИН-18 делает их хорошо читаемыми, особенно ночью и для людей с плохим зрением.

Среди зарубежных аналогов существуют лампы с высотой цифр намного больше чем 40 мм. Например, японская лампа Rodan CD-47 имеет высоту цифр 135 мм. Найти в продаже такие лампы почти невозможно, и их стоимость более 1000 долларов за штуку.

Зарубежные лампы, близкие по габаритам к ИН-18, стоят около 50-60 долларов за штуку и являются редкими. Стоимость самих ИН-18 составляет около 30-40 долларов за штуку. Хотя они являются гораздо более редкими, чем распространённые ИН-8, ИН-12, ИН-14, тем не менее, их можно достать новые со складского хранения в необходимом количестве. Таким образом, стоимость ламп составляет около 20 % от стоимости ламповых часов для решений на ИН-18 и еще меньше для часов на лампах ИН-8, ИН-12, ИН-14.

Принимая во внимание размер цифр, стоимость и редкость ламп, лампы ИН-18 являются единственным оптимальным выбором для изготовления эксклюзивных ламповых часов.

Согласно паспорту на лампы ИН-18, наработка на отказ составляет не менее 5000 часов. При непрерывной работе это всего лишь 208 дней. Отказом считается выход за установленные границы следующих параметров: напряжения зажигания или тока индикации для цифр. Несмотря на столь малый заявленный производителем срок службы, газоразрядные индикаторные лампы фактически работают многие годы. Конечно, никто не может гарантировать, сколько проработает конкретный экземпляр кроме завода-изготовителя, установившего наработку в 5000 часов. Стоит заметить, что срок хранения ламп ИН-18 в паспорте не указан, и лампы ИН-18 не выпускаются уже более 20 лет. Часто попадаются новые лампы выпуска конца 70-х и начала 80-х годов, которым уже 35 лет, и они прекрасно работают.

Подтверждением долгого срока службы ламп ИН-18 является отсутствие нареканий на быстрый выход их из строя со стороны владельцев ламповых часов по всему миру. Тяжело даже приблизительно оценить срок службы данных ламп. Существуют примеры часов на газоразрядных индикаторах, сделанных еще нашими отцами в СССР, исправно работающими по сей день. Таким образом, считается, что лампы ИН-18 могут работать очень долго без каких-либо проблем.

Гораздо более актуальным является вопрос исчезновения ламп ИН-18 из продажи: складские запасы с советских времен почти все исчерпаны, новые лампы давно не выпускаются. Тематика ламповых часов стала особенно популярна в последние годы, что привело к резкому увеличению спроса на газоразрядные индикаторы. С каждым годом достать эти лампы становится всё труднее, и, соответственно, цена на них растёт.

Постоянно идут разговоры о возобновлении производства газоразрядных индикаторов частными предпринимателями в России или начала их крупномасштабного производства в Китае, но пока ничего подобного не намечается, хотя, с точки зрения современного производства, изготовление газоразрядных индикаторов так же элементарно, как изготовление лампочки накаливания.

Эти индикаторы можно разделить на две большие группы — с индикацией через боковую поверхность баллона и с торца.
Индикаторы типа ИН-1, ИН-2, ИН-12 и другие обеспечивают индикацию через купол баллона, позволяя создавать интересные конструкции часов:

Часы Nuvitron на ИН-12 а ля Fallout

В свою очередь ИН-8, ИН-14, ИН-18 и многие другие в том числе зарубежные обеспечивают индикацию через боковую поверхность баллона. Такие индикаторы отлично смотрятся торчащими из подставки без какой либо поддержки.

Самые большие отечественные ИНки — ИН-18 — имеют высоту цифры 40мм! Их цена на ebay — $200-250 за комплект из 6 штук

Хотите клевые наручные часы?
Разместить 4 индикатора в наручных часах привычного размера довольно проблематично, хотя в принципе таких проектов немало, поэтому имеют популярность и часы с двумя индикаторами, которые последовательно отображают сначала часы потом минуты. При этом, для экономии батареи индикация включается на короткое время после проведения по часам рукой.

Для управления такими индикаторами существуют специализированные микросхемы К155ИД1, К133ИД1 и SN74141. Но микросхемы это не тру.
Может быть возьмем неонки?

Да, сначала делим на 50 частоту питающей сети, сформировав секундные импульсы, этот сигнал подаем на делитель на 60, попутно формируя сигнал для новой цифры секунд, с этого делителя формируем минуты, а потом и часы. Совершенно ничего сложного.Совершенно.
Вот тут есть схема данного устройства.

Неонки не по душе? Есть декатроны.
Декатрон — это такой газоразрядный декадно-счетный прибор, на котором можно построить различные счетные схемы. 60-е годы декатроны применялись для построения электронно-вычислительных машин, а в 70-е их уже вытеснили транзисторные схемы.

В любительских часах декатроны любят ставить просто для красоты, так как прибор не смотря на достаточно низкую стоимость все же дефицитный. Обычно его используют просто как декоративную крутилку, т.н. decatron spinner.

Да, это любительские часы на декатронах. Автор специально подбирал компоненты и технологии 1959 года при разработке прибора. Вот тут есть описание и схемы.

Как релейный ~~фети~~фанат я не мог обойти часы на механике с релейно-счетной логикой

Только послушайте как мелодично оно щелкает… Эдакие старые маятниковые часы. Схемотехника такая же простая — триггеры на реле и декадно-счетная логика.

Среди любителей тоже нашлись неравнодушные к этому типу устройств:

Здесь автор взял два 10-позиционных искателя на минуты, дабы считать единицы и десятки минут. А часовой искатель взял как у меня — мой на 25 позиций, так что для отсчета 24 положений он вполне справится. Автор впоследствии переделал эти часы под вторичные, так и не задействовав секундные разряды.

Самое интересное, что такие часы выпускались и серийно. Вот пруф (Осторожно! В видео присутствует голый Jukebox[проигрыватель-автомат])

В столь жаркую летнюю пору не помешает что-то холодное и освежающее. Поэтому глупо было бы пропустить вакуумно-люминесцентные индикаторы (VFD).
Тут уже нет винтажной ламповости, так что формление гораздо более современное.
Вот вам миленькие семисегментники с цветной подсветкой:

да, у нас тут опять обилие отечественных индикаторов. На этот раз ИВшки.

С вакуумными индикаторами пришла мода помещать много разрядов в один баллон.
Например, вот симпатичные часики на ИВ-18

Вакуумные индикаторы кстати, несмотря на преимущества светодиодных и жидкокристаллических индикаторов во многих областях техники, очень даже производятся. Правда основная сфера их использования — это дисплей музыкальных центров и автомагнитол. Увы.

Напоследок мы посмотрим мои самые любимые, но самые немногочисленные до поры до времени часы, кстати самые ламповые из всех.
Часы на электронно-лучевых трубках.

Различные темы отображения на круглой трубке

Можно и вовсе воспользоваться готовым осциллографом, хотя без гашения луча картинка получается немного грязной

Трубки от осциллографа хороши тем, что в них уже встроена электростатическая система отклонения луча. В случае телевизионных трубок помимо самой трубки нужно найти еще и родную отклоняющую систему, которую потом еще нужно будет настроить. А тут лишь подать разность потенциалов на отклоняющие электроды и готово.

Надеюсь вам понравился этот ламповой теплоты пост. Оставляйте в комментариях интересные проекты часов, которые я случайно или не очень пропустил, а я пошел отмечать свой юбилей. Удачи!

Ниже речь пойдет о так называемом явлении - “отравление катода” индикаторной лампы, а именно появлению тукслых пятен на светящемся разряде. Но как нам удалось выяснить, то что в “интернетах” называется отравлением катода, имеет мало общего с тем, что происходит в индикаторных лампах. Эта же информация пригодятся и тем, что интересуется продолжительностью жизни газоразрядных индикаторов. Дело в том, что по сути срок их жизни не ограничен, а единственная серьезная проблема (ну после заводского брака, конечно), которая может возникнуть, это как раз потемнение областей свечения, которое лучше не запускать, чтобы разряд совсем не погас. В случае появления пятен, их необходимо “вылечить”, после чего индикатор прослужит вам еще много лет. Продвинутые радиолюбители смогут “лечить” индикаторы основываясь на данных этой статьи. Для остальных в скором времени появится “лечилка” индикаторов VacuumGlow, которую смогут использовать и те, кто пользуется часами других производителей.

Данная статья это рассуждение нашего незаменимого электронщика и схемотехника. Мы ее немного олитературили и предлагаем вам для ознакомления.

К сожалению в живых уже не так много людей, с которыми можно проконсультироваться относительно газоразрядных индикаторов.

В основном вся информация в интернете - это экспериментаторы как мы, или "диванные" эксперты. Но самое главное, не всё, что относится к радиолампам применимо к индикаторам.

Про эмиссию и отравление катода.

Существует некоторая неточность понятий, т.к. отравление катода, известное нам по радиолампам - это совсем не то, с чем мы боремся. В радиолампах наблюдался эффект снижения мощности в результате обеднения поверхностного слоя, вызванного активной эмиссией электронов с поверхности, другими словами металл на поверхности катода переставал быть проводником. Этот же эффект наблюдался и в кинескопе телевизоров, которые со временем теряли яркость. Но при схожести на первый взгляд, мы имеем ряд отличий: 1 - катод в лампе разогрет специально накалом, чтобы облегчить вырывание электронов с поверхности. 2 - ток через лампу намного выше, чем через индикатор. Эти 2 фактора уже говорят о том, что эмиссия электронов на порядок меньше, а соответственно срок работы на порядок больше. В итоге за пару месяцев работы это не может привести к падению излучения, при условии нет превышения заводских режимов.

Теория про оседание чего-то на других катодах.

Действительно этот эффект есть, на неонках хорошо видны темные пятна на стекле, появляющиеся со временем. Но в неонках намного выше плотность тока (при размерах катода в разы меньше, ток на них сравним с ИН-14), поэтому и эмиссия заметна сильнее. В нашем же случае (ИН-14, ИН-18), чтобы говорить о какой-то эмиссии - её следы должны быть заметны на стекле индикаторов, чего мы пока не наблюдаем.

Оседающее вещество не проводит ток и поэтому блокирует эмиссию. Почему?! Раз оно вырвалось с поверхности катода, то явно оно подчинялось электрическому полю между катодом и анодом, значит это вещество проводит ток (опять же по опыту радиоламп - непроводящее вещество как раз остается и не дает работать лампе), значит и после осаждения на другой катод, эти частицы так же будут токопроводящими. Это конечно теория но. В былые времена существовал метод восстановления кинескопов при помощи подачи обратного напряжения, получалось что частицы начинали лететь обратно в сторону пушек, оседая на спиралях и насыщая их токопроводящим материалом. Это помогало не на долго, но эффект был. Почему в нашем случае оседающий материал должен мешать, а не помогать – пока не понятно.

Про "лечение" индикаторов.

Процедуру необходимо осуществлять подачей повышенного тока на индикатор, при помощи выпрямителя и токоограничивающего сопротивления.

Напряжение знакопостоянное, но не сглаженное емкостью, амплитуда 310 В.

Время требуемое для лечения от 15 мин до 2 часов - это было в самом тяжелом случае до полной очистки от пятен.

В "лечилке" есть и второй режим, которым можно пользоваться для проверки эффекта лечения, он ограничивает ток 6 мА.

Но получилось, что пораженные части катода в лечилке при токе в 6 мА начинают слабо, но светиться.

Первое что напрашивается для исправления ситуации - повышенное напряжение. В лечилке 310 В, в часах 210 В. Но на самом индикаторе напряжение падает и всегда одно - 120 В, оно не зависит ни от тока, ни от питающего напряжения, поэтому в установившемся режиме работы это не может оказывать влияния. Но есть ещё первоначальный момент возгарания индикатора, в который до установки постоянного потока электронов и повышения тока, а следовательно падения напряжения до рабочих 120, возникает разность потенциалов между катодом и анодом в полное питание, т.е. в 310, 210, или 185 В в штатном блоке. Возможно повышенное напряжение помогает в первый момент преодолеть сопротивление на поверхности катода и начать гореть, хоть и слабо, но всем областям, даже потемневшим.

Что НА НАШ ВЗГЛЯД "лечит" катод.

Лечит его разогрев. При подаче высокого тока - лампа становится горячей, а значит катод - очень горячим, возможно это и приводит к удалению изолирующего слоя с поверхности. Область которая не светится - нагревается хуже, поэтому и чем она больше, тем больше времени требуется на восстановление. При восстановлении заметно, что темное пятно уменьшается не всё сразу, а начинает сужаться с краев, откуда и идет нагрев. Иногда возникают новые очаги горения на потемневшей области, и тогда зона горения расширяется ещё и от них.

К чему это? Широко разрекламированный в этих ваших “интернетах”метод лечения перебором всех подряд цифр - не имеет смысла, потому что лечит именно максимальный разогрев проблемной цифры повышенным током.

Про влияние повышенного напряжения на момент возгарания до конца не исследован. Будет ли лампа меньше портиться, если её зажигать бОльшим напряжением - требуется долгое тестирование, оно еще не закончено.

Короче дело происходило с ИН-18.
Я сначала разогрел газ в колбе подав на эту спиральку около 9в постоянки
при непрерывной работе лампы в часах.
Газ разогрелся так что усилилась синева вокруг катодов и начались пробои между катодами (Вспышки газа).
Вроде как цифры стали гореть равномернее, но когда лампа остыла - усё вернулось как и было до того.
Хотя грел я её около 6 часов.

Потом подумал - Ааааа всё равно выкидывать.
Взял лампочку, диод и подключив опять накал начал кратковременно подключать катоды.
Катоды ярко светились фиолетовым свечением и газ вокруг полыхал.
Лампочка при этом горела в полнакала.
При этом цифры нагревались выгибались дугой так что некоторые замыкали на соседние которые тоже загорались.
Этот способ помог.
Я думаю он и без подогрева помог бы.

У ИН-18 большая площадь катодов.
У мелких я бы не рискнул подключать через лампочку в розетку - нет гарантии что катод не расплавится.

Если будете пробовать замыкайте катоды кратковременно, не более 1сек.
Имено так я и тренировал ИН-18.
Так несколько раз.
Потом нужно подождать пока остынет газ в лампе и пробовать.

Но мой способ можно отнести к экстремальному.
Более безопасный способ - это просто повышенный ток, хотя этот способ более долгий.
Тут его выкладывали.

Ну ты садист, блин Зачем так мучать индикатор, когда гораздо проще восстановить отравленные катоды немного повышенным током? Я восстанавливал несколько ИН-1 и сильно отравленный ИН-7 током не более 5мА, и на каждый катод уходило не более получаса, обычно 20 минут вполне достаточно было. После такой тренировки катоды светились равномерно даже при пониженном токе (около 1 мА)

_________________
Фак, кот грызёт провод! Сейчас его ударит либо током, либо тапком! ))

Вернуться наверх

Неоднократно слышал, что в некоторых индикаторах появляются такие голубые пятна, но сам ни разу с этим не сталкивался. У меня есть один ИН-18, включал его на статике, ничего такого не наблюдается. Однако заметил, что в некоторых индикаторах, в том числе и в этом ИН-18, возникают такие голубые пятна вблизи анода в том случае, если индикатор включить как-нибудь неправильно. Например, если в ИН-19 (или в некоторых других) неиспользуемые выводы (они внутри обрезаны) включать как катоды, то вокруг них, как и положено, зажигается оранжевый разряд, а вот около анода вблизи этого места зажигается красивый голубой разряд. То же самое получается с ИН-18, если спиральку, намотанную на стеклянную палочку, включить как катод. Мне кажется, что в данных случаях это связано с повышенной плотностью тока около анода.
ПС явление красивое, мне нравится

_________________
Фак, кот грызёт провод! Сейчас его ударит либо током, либо тапком! ))

Вернуться наверх

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/quote

константин_KoSS_89

БП на МС34063, обычная схема.

Вернуться наверх

Сборка печатных плат от $88 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

_________________
Фак, кот грызёт провод! Сейчас его ударит либо током, либо тапком! ))

Вернуться наверх

Снижение потерь на переключения в силовых электронных системах, например, в приводах, зачастую противоречит требованиям ЭМС и ограничивается таким параметром как скорость нарастания напряжения. Простой способ решения, предлагаемый Infineon – параллельное использование двух традиционных драйверов.

_________________
А люди посмотрят и скажут: "Собаки летят. Вот и осень."

Вернуться наверх

Mornsun предоставляет разработчику широкий выбор для построения тракта электропитания электронных устройств, причём как в области AC/DC-, так и в области DC/DC-преобразования. Мы подготовили подборку полезных материалов по данной теме!

_________________
Ищу тиратрон ТХИ1-2000/4, ГРИ ИН-23, ФЭУ-103; 134; 135, ЭПЛ-1Б (очень! применялась в осц например С7-19).
Любые ГИС серий 203, 225, 233, 244, 250, 296, 801, 838 в любом состоянии. Компоненты и детали от миниатюрных твердотельных лазеров.

Вернуться наверх

_________________
А люди посмотрят и скажут: "Собаки летят. Вот и осень."

Вернуться наверх

Вам везёт.
Я специально их не искал, а они сами нашлись.
Причём есть с одним, двумя и тремя шарами внутри.
От партии не зависит.
Есть лампы 76г с шарами и без.
Есть 83г с шарами и без.
И 85г с шарами и без.
Лампы ноября 83г одной партии - одна с шаром как у ewrey другие нормальные.
Шары везде только на еденице.

Я думаю нужно просто одну из цифр в районе пятна подтянуть резистором к аноду, но на статике.
В динамике такой способ не проканает.
Короче надо попробовать.

А вот мне не нравятся шары внутри лампы - она выглядит бракованной.

Это ты щас такой умный.
А я не знал тогда про отравление катодов и хотел её просто выкинуть.
Кстати этот способ тренировки не спасает от "НЛО" - на этой лампе они есть, хоть катоды и нормально сейчас выглядят.

Есть щас у меня один индикатор который вообще таким способом не восстанавливается.
У этой лампы отгорела восьмёрка - скорее всего её сунули напрямую в розетку.

Почему все?
У меня есть и от сети, хотя я предпочитаю преобразователь т.к. он занимает мизерное пространство в сочитании с импульсным БП на 12в.

_________________
Очень нравится неон

Мой проектик часиков с термометром на любых 6ти газоразрядных лампах + куча функций
Ещё один - попроще

Светодиодный проект

Вернуться наверх

Ну два транса - это временно, пока часы ещё не завершены. А когда всё заработает, трансы убрать и питать прямо от сети.

_________________
Фак, кот грызёт провод! Сейчас его ударит либо током, либо тапком! ))

Вернуться наверх

_________________
Фак, кот грызёт провод! Сейчас его ударит либо током, либо тапком! ))

Вернуться наверх

Есть ещё знаковая версия CD47 - не помню как называется.

B7971 тоже большая - как 0,33 аллюминиевая банка размером.

PS.
У них намного больше газоразрядных ламп.
Хотя тиратронных нету и меня это слегка радует.

Вернуться наверх Вернуться наверх

И ты говоришь, что не силён в программировании?? Или ты не сам написал этот будильник-плеер?

_________________
Фак, кот грызёт провод! Сейчас его ударит либо током, либо тапком! ))

Вернуться наверх Вернуться наверх

То что сетка не покрывает индикатор полностью это все фигня , есть лампа которая вообще без сеток , оч симпатично смотрится

Вернуться наверх

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Часы на газоразрядных индикаторах в последнее время стали весьма популярными среди радиолюбителей, такие часы привлекают внимание теплым ламповым свечением, желто-оранжевого цвета. В сети можно найти множество различных вариантов и исполнений, вот и я решил разработать и собрать свой вариант часов, с возможностью синхронизации времени по спутникам GPS.

В последние годы появилось много желающих, которые хотят собрать или приобрести часы на газоразрядных индикаторах, это соответственно вызывает большой спрос на индикаторы, вследствие чего самые востребованные из них заметно подорожали, а крупные индикаторы вовсе имеют заоблачную цену.

Газоразрядный индикатор представляет собой лампу с электродами (катодами), наполненную инертным газом неоном. Катоды могут быть выполнены в виде различных знаков, обычно цифр от 0 до 9, которые располагаются друг за другом стопкой, то есть на разной глубине. При подаче напряжения между анодом и катодом величиной примерно 180 В, вблизи катода по его периметру возникает оранжево-желтое свечение газа (тлеющий разряд). Обычно для поддержания свечения требуется меньшее напряжение, чем для зажигания разряда.

Пожалуй, самый популярный газоразрядный индикатор для сборки часов, это ИН-14. Для начала я решил собрать часы на индикаторах ИН-12, потому что мне удалось приобрести их относительно дешево. Часы без особого труда можно переделать под ИН-14, в дальнейшем я выложу печатную плату для них.

Схема часов на газоразрядных индикаторах

Часы собраны на микроконтроллере PIC16F876A, для которого я написал программу на языке СИ, ниже представлена схема часов на газоразрядных индикаторах:

Для питания индикаторов необходимо высокое напряжение порядка 180-200 В, на схеме имеется стандартный DC-DC преобразователь, собранный на полевом транзисторе VT3, диоде VD1, катушке индуктивности L1 и сглаживающем конденсаторе C3, ШИМ сигнал для транзистора формирует микроконтроллер. Данный преобразователь выдает нестабилизированное напряжение, величина которого зависит от нагрузки. Этого вполне достаточно для питания индикаторов, стабилизированное напряжение не обязательно. Высокое напряжение подается на аноды индикаторов с помощью высоковольтных оптопар U1-U5, через балластный резистор R15, который ограничивает ток через катоды индикаторов. Управление катодами осуществляется при помощи отечественного высоковольтного дешифратора К155ИД1. Для отображения цифр используется метод динамической индикации, с частотой 70 Гц. Яркость индикаторов можно регулировать путем изменения длительности свечения. В общем, эта стандартная и устоявшаяся схема управления газоразрядными индикаторами.

Выходное напряжение DC-DC преобразователя зависит от многих факторов: это частота и коэффициент заполнения ШИМ сигнала, индуктивность катушки L1, ток нагрузки. По умолчанию частота равна 26,3 кГц, коэффициент заполнения 90%. Эти параметры можно изменить, записав другие значение в EEPROM память, перед программированием микроконтроллера (подробнее про настройку будет сказано ниже в статье). Увеличение частоты, а также уменьшение коэффициента заполнения снижают выходное напряжение. Уменьшать коэффициент заполнения менее 70% лучше не стоит, при этом наблюдается провал в выходном напряжении. Катушка L1 обладает индуктивностью 470 мкГн, уменьшение индуктивности увеличивает выходное напряжение. На холостом ходу без подключенных индикаторов преобразователь выдает около 250 В, при этом в качестве нагрузки выступает только резистор R2 сопротивлением 300 кОм. При подключении газоразрядного индикатора напряжение уменьшается примерно до 153В. При этом балластный резистор R15 ограничивает ток через катод индикатора на уровне 1,7 мА.

Если потребуется настройка преобразователя, то коэффициент заполнения ШИМ сигнала лучше не менять, а регулировать выходное напряжение, изменяя частоту сигнала, или подобрать катушку с другой индуктивностью. В общем, настройка заключается в установке тока через катод индикатора на уровне 1,4 – 2 мА, при этом выходное напряжение преобразователя с подключенным индикатором, должно быть не менее 150В. Ток задается балластным резистором R15, также можно подбирать номинал нагрузочного резистора R13, он также влияет на выходное напряжение.

Все детали смонтированы на двух печатных платах, индикаторы на односторонней плате, остальные элементы на двухсторонней плате. Платы соединяются между собой при помощи разъемов. Разъем питания, кнопки, зуммер, модуль часов и модуль GPS (либо гнездо 3,5 мм) монтируются с задней стороны двухсторонней платы. Из-за отсутствия металлизации, в отверстиях, где проводники подходят с обеих сторон, я прокладывал тонкий луженый провод и пропаивал совместно с выводами элементов. Перед монтажом модуля часов, из него необходимо выпаять резистор, подающий внешнее питание (5В) на батарейку (3В), иначе батарейка выйдет из-строя, также по желанию можно выпаять светодиод и микросхему памяти.

Зуммер HA1 должен быть с встроенным генератором. Отечественный дешифратор DD2 можно заменить зарубежным аналогом SN74141N, полевой транзистор VT4 можно заменить на IRLML2244, IRLML6402 и др., полевой транзистор VT3 на IRF840, высокочастотный диод VD1 на HER107, HER108, STTH110, UF4007. Транзисторы VT1, VT2 можно заменить на любые аналогичные.

Корпус для часов на газоразрядных индикаторах сделан из листового гетинакса толщиной 3мм. Я нарезал 6 прямоугольных пластин, из 4 пластин склеил каркас, с помощью быстросохнущего эпоксидного клея. В лицевой пластине сделал вырезы под индикаторы, с внутренней стороны приклеил 4 стойки с резьбой М4, соосно с отверстиями печатных плат. Корпус соответственно закрывается задней крышкой болтами М4, которые проходят сквозь отверстия печатных плат и вворачиваются в стойки лицевой панели.

Настройка часов на газоразрядных индикаторах

Для питания часов я использовал блок питания на 5В, средний потребляемый ток 0,12А, в режиме синхронизации времени до 0,2А. При первом включении, индикатор разделитель часов и минут мигает с частотой 2Гц, это означает, что время не установлено или не синхронизировано. Время можно установить вручную или синхронизировать по спутникам GPS, после чего светодиод будет мигать с нормальной частотой 1Гц.

Во время отображения текущего времени, кнопки “+” и “–” регулируют яркость светодиодов HL2-HL5 (подсветка индикаторов) от 0 до 100%, всего 10 уровней.

Для входа в меню настройки параметров, нужно одновременно нажать кнопки “+” и “–”, на индикаторах высветятся цифры [10.01], первая цифра слева – номер параметра, последние две или одна мигающая цифра справа – значение параметра.

Первый параметр это часовой пояс, который нужен для корректировки значения часов во время синхронизации по GPS, так как модуль получает всемирное координированное время UTC. Значение часового пояса можно задать кнопками “+” и “–”, в пределах от –12 до +12 (по умолчанию –1 либо 0). Если разделитель светится, то число отрицательное, и наоборот. Для перехода к следующему параметру нужно нажать кнопку “Ввод” (короткое или длительное нажатие).

Второй параметр: режим синхронизации времени по GPS, по умолчанию синхронизация отключена, на индикаторах отображаются цифры [2000]. Кнопками “+” и “–” можно выбрать значение от 0 до 4. Цифре 1 соответствует период синхронизации каждый день, 2 – каждую неделю, 3 – каждые 2 недели, 4 – каждый месяц, 0 – автоматическая синхронизация отключена. По времени, синхронизация происходит в 15.00 по определенным числам месяца, для еженедельного периода это 1, 8, 15, 22 число. Для периода 1 раз в 2 недели это 1 и 15 число, если 1 раз в месяц то 1 число.

Третий параметр – регулировка яркости газоразрядных индикаторов, по умолчанию установлена максимальная яркость, на индикаторах отображаются цифры [3020]. Кнопками “+” и “–” можно задать требуемую яркость в пределах от 1 до 20. Также предусмотрен режим ночной яркости от 22:00 до 08:00, который можно задать через EEPROM память микроконтроллера.

Далее после нажатия кнопки “Ввод”, следует настройка даты и времени, сначала настройка года, на индикаторах отображаются цифры [2000]. Затем следует настройка даты, на индикаторах отображаются слева число месяца, справа номер месяца [07.05]. Короткое нажатие кнопки “Ввод” переключает редактирование между числом и номером месяца, длительное нажатие выполняет переход к очередному параметру. Следующий параметр – день недели, можно задать значения от 1 до 7, цифра 1 соответствует Понедельнику, 2 – Вторник и т.д. И наконец, в последнюю очередь выполняется настройка времени, часов и минут.

Из меню настройки параметров можно выйти в любой момент, для этого нужно удерживать кнопку “Ввод” и одновременно нажать кнопку “+” либо “–”, также имеется автоматический выход из любого меню по бездействию в течение 2-х минут.

Описанные в этой статье часы на газоразрядных индикаторах отличаются от остальных тем, что время можно не настраивать, эти данные можно получить по GPS. Кроме автоматической синхронизации, имеется возможность запуска синхронизации в любой момент, для этого нужно удерживать кнопку “+”. На индикаторах высветятся мигающие цифры [0000], по мере поиска спутников все цифры сменятся на [1111], после чего примерно через 20 секунд произойдет обновление времени, индикатор разделитель при этом начнет мигать с частотой 1Гц. Во время синхронизации дата не обновляется. Если в течение 15 минут GPS модуль не поймает сигнал от спутников, индикатор разделитель будет мигать с частотой 2Гц, индицируя неудачную синхронизацию времени. Удерживание кнопки “–” во время синхронизации, принудительно завершит процедуру обновления времени.

GPS модуль GY-NEO6MV2 выпускается в двух вариантах: это синяя плата с большой антенной и красная плата с маленькой антенной. С маленькой антенной модуль хуже ловит сигнал от спутников, нежели с большой антенной. Я разработал печатные платы под оба варианта. Для улучшения приема и надежной синхронизации, GPS модуль можно отдельно закрепить на окне и соединить с часами при помощи кабеля. Для этого варианта на печатных платах предусмотрено место под гнездо PJ-358 (3,5 мм).

Для связи с микроконтроллером, GPS модуль должен иметь следующие настройки порта: скорость передачи 9600 бит в секунду, 8 бит данных, 1 стоповый бит. Обычно модуль поставляется с указанными настройками, если это не так, нужно изменить параметры порта через программу u-center, подключив модуль к компьютеру через USB-UART переходник.

Для настройки будильника нужно удерживать кнопку “Ввод”, на индикаторах высветится время будильника, по умолчанию 08:00. Редактирование значений часов и минут аналогично настройке времени. Далее после длительного нажатия кнопки “Ввод” следует настройка активации будильника по дням недели. На индикаторах высветятся цифры [1000], первая цифра слева – указывает на день недели, последняя мигающая цифра справа отображает состояние будильника: 0 – выключен, 1 –включен. Кнопки “+” и “–” меняют значение. Короткое нажатие кнопки “Ввод” переключает дни недели. Соответственно можно выбрать дни недели, по которым будет срабатывать будильник. Для завершения настройки нужно удерживать кнопку “Ввод”. Из меню будильника можно выйти в любой момент, таким же способом, как и для меню настройки параметров. Сигнал будильника звучит 5 минут, его можно выключить нажатием любой кнопки.

Все настройки сохраняются в энергонезависимой памяти (EEPROM) микроконтроллера.

Короткими нажатиями кнопки “Ввод” можно посмотреть соответственно дату, год, и перейти к отображению текущего значения минут и секунд.

При потере связи с часами DS3231, на индикаторах высветится код ошибки 3231.

В следующей таблице представлены дополнительные настройки часов на газоразрядных индикаторах, если потребуется изменить параметр, то перед программированием микроконтроллера необходимо записать в соответствующую ячейку EEPROM новое значение параметра.

Читайте также: