Úvod Elektrotechnická měření ESP Konstrukce Teorie Kontakt

Digitronové hodiny s IN-12A a IN-12B

Co je digitron?

Digitron je zobrazovací součástka s malou hustotou informace. Jedná se o speciální druh výbojky plněné směsí plynů, ve které hoří doutnavý výboj. Tedy můžeme říct, že digitron je speciální druh doutnavky, kde katoda je vytvarována do tvaru daného znaku (číslice, písmena, ...). V jedné skleněné baňce je více katod a jedna společná anoda v podobě mřížky. Skleněné baňky mnoha druhů digitronů jsou opatřena filtrem (červeným nátěrem).  Na společnou anodu se musí připojit ochranný rezistor, aby se zabránilo vzniku oblouku mezi elektrodami, protože by došlo ke zničení součástky (popř. celého obvodu).

Jednoduchou ukázku digitronu můžete vidět na videu níže, jedná se o digitron Z5900M, kde tečka má funkci stabilizátoru, protože nesvítí trvale, ale ani pravidelně nebliká, jedná se o stabilizační prvek, protože ne všechny katody jsou ve stejné vzdálenosti od anody a každá cifra má jinou plochu, teče každou číslicí jiný proud. Při příliš malém proudu vzniká malý úbytek napětí na ochranném rezistoru a tím velké napětí na anodě. Při větším napětí než je provozní (ale menším než je kritické) se zapálí tečka a ta zvýší proud digitronem a tím stabilizuje napětí na anodě. Když napětí klesne pod určitou hladinu, tečka zhasne.

 

Pro samočinný běh je použit obvod NE555, jako astabilní klopný obvod (AKO), dekadický (BCD) čítač MH7490A a dekodér 1 z 10 MH74141. Digitron Z5900M.

 Zapojení digitronu

Většina digitronu má anodové napětí cca 170 V. Toto příliš vysoké, oproti napájecímu napětí většiny logických obvodů (TTL +5 V). Proto nelze digitron budit přímo. Dále chceme, aby svítil pouze jeden znak, tedy potřebujeme dekodér 1 z N. Když digitron je číslicový (tedy obsahuje číslice 0 až 9)  volíme dekodér 1 z 10, při použití znakových digitronu, kde jsou pouze tři znaky, stačí 1 z 3 apod. V logice TTL je spousta dekodérů 1 z 10, uvedeme si jen tři: 7441, 7442 a 74141.

Všechny tři jsou převodníky BCD kódu na 1 z 10. Všechny jsem již viděl v zapojení s digitrony, ale správně by se měli používat pouze 7441 a 74141, protože jsou určeny pro digitrony, 7442 se používá v levných systémech, které rychle odcházejí. Při použití CMOS logiky asi správný obvod nenajdete, protože CMOS logika nepočítá s digitrony, je zaměřena na nízkou spotřebu a vysokou rychlost, chcete-li ale tuto logiku použít musíte připojit k správnému dekodéru tranzistory, které spínají jednotlivé katody, ale tyto tranzistory musí snést vysoké napětí UCB a UCE. Nedoporučuji použít tranzistory PNP, jedině při použití kombinace tranzistoru PNP a NPN.

Zde je schéma jednoduchého zapojení digitronu s budičem 74141:

Zapojení hodin

Mé digitronové hodiny obsahují digitrony typu IN-12A a IN-12B. Jedná se o digitrony sovětské výroby, jsou oválného tvaru s velikostí číslic 18 mm a usazují se do patic (tyto digitrony stojí okolo 80 Kč/ks). Dále jsem využil TTL logiku a jeden obvod CMOS. Rozdělím teď hodiny do jednotlivých částí (rozdělení je způsobeno několika důvody, jedním je omezení CAD programu a další složitostí, snažil jsem vše dělat na jednovrstvý "tišťák").

Blokové schéma

Blokové schéma

Generátor 1 Hz

Schéma generátoru 1 Hz

Generátor 1 Hz obsahuje krystal s frekvencí 215 Hz, který je připojen na jediný obvod CMOS 4060, který obsahuje řízení krystalu a dělič (čítač). Výstupní frekvence je 2 Hz proto jde do děličky, která vytvoří 1 Hz. Dělička je složena z jedné poloviny obvodu 7474 (2x DKO). Dále signál přechází přes hradlo, které slouží ke změně frekvence (pomocí hradla se nastavuje čas). Hradlo je tvořeno obvodem 7403 (4x NAND s otevřeným kolektorem).

Deska čítačů

Schéma čítačů

Základní deska obsahuje šest dekadických čítačů 7490 (lze použít i čítače 7493, bez změny na desítkách sekund, minut a hodin, se změnou všude). Pro vynulovaní je použito dvou IO 7400 (4x NAND). Protože čítač nahoru stačí hlídat jedničky na dané kombinaci a ne všechny výstupy. Čítače je možno resetovat i externě, pomocí pinu TP2. Při použití LS obvodu doporučuji použít keramický kondenzátor (10 nF) na každý čítač mezi napájecí piny (co nejblíže).

Dekodér

Jako dekodér je použit obvod 74141, jeho zapojení je výše.

Digitrony

IN-12AIN-12B

Hodiny jsou osazeny 4 ks IN-12A (ИН-12А) a 2 ks IN-12B (ИН-12Б). Jedná se o digitrony sovětské výroby IN-12A je obyčejný číselný digitron, obsahující číslice 0-9. IN-12B je vylepšen o tečku na levé straně.

 

 

Zdroj  

Jak už jsem řekl, digitrony potřebují docela značné anodové napětí v rozmezí (150-200) V. Jeho získání se většinou používá samostatné vinutí na transformátoru. Bohužel já takový transformátor neměl k dispozici, tedy jsem použil transformátor, který jsem doma měl, a to 230V/20V 30VA. Na usměrnění je použit jednocestný usměrňovač a filtrační kondenzátor kolem 5 mF kapacita muže být i o něco nižší protože zvlnění se může pohybovat i kolem 20 V! Následně je pevný stabilizátor 78S05, který vytvoří napětí pro TTL +5 V. Vysoké napětí získám pomocí kaskádového násobiče napětí, před násobičem je zařazen změkčující odpor a na výstupu je umístěn doutnavkový stabilizátor, který zajišťuje provozní napětí. Násobič má osm stupňů.

Stabilizátor 78S05 musí být dobře chlazen, musí se vyzářit přibližně 20 W! Proudový odběr se pohybuje okolo jednoho ampéru.

Závěr

Hodiny

Hodiny fungují s dostatečnou přesností (opožďují se o 1 s za den). Přesnost lze zvýšit několika způsoby, u mě v úvahu přichází nulovaní pomocí DCF77 o půlnoci tím se stanou hodiny mnohem přesnější.

Zdroje

obr. IN-12A pochazí ze stránek http://www.jb-electronics.de/html/elektronik/nixies/n_sammlung_i.htm?lang=en (6. 8. 2015)
obr. IN-12B pochazí ze stranek http://www.ebay.co.uk/cln/tiberiusvinczi/rare-display-items/85468661012 (6. 8. 2015)


Přidal Vojtěch Šotola. Naposledy upravil Vojtěch Šotola dne 2016-08-05 20:23:44.