Electronika
Nixie klok: aansturen van de buizen
TechTalk
We behandelen hier het aansturen van de nixiebuis zelf (hoogspanning). Op de meeste electronica forums wordt de 74141 aangeraden, maar er zijn andere mogelijkheden.
-

-

Het aansturen van de 74141 komt hier aan bod. Hier staat er wat meer uitleg over het verschil tussen TTL en CMOS want je kan ze normaal niet door elkaar gebruiken.

Om de nixie aanduiders aan te sturen had men vroeger niet echt de keuze: men moest één 74141 gebruiken per buis. Dit IC werd speciaal gemaakt voor deze toepassing. De buizen en het IC worden niet meer gemaakt, maar er is voldoende NOS (New Old Stock) te vinden op ebay. Let op, kies niet voor russische buizen en drivers, ze zijn minder betrouwbaar.

Het IC zal één van de kathodes van een buis aan de massa leggen (het IC heeft 10 uitgangen), terwijl de andere kathodes zvevend blijven.

Toen het IC ontworpen werd was het nog niet mogelijk hoogspanningstransistoren te bouwen. Intern is iedere transistor door een zenerdiode van 70V beschermd. Als een transistor niet in geleiding is, kan zijn spanning niet boven de 70V komen.

De spanning van 70V wordt van de voedingsspanning van 220V afgetrokken, zodat het cijfer niet oplicht (150V is te laag om het neon-lampje te doen branden). Dit werkt enkel als een ander cijfer oplicht. Het kan gebeuren dat de cijfers die niet aangestuurd worden zwakjes oplichten, maar dit is echt beperkt.

Dit fenomeen kan verholpen worden door een extra belastingsweerstand (120kΩ) te plaatsen tussen de positieve hoogspanning en iedere cathode (vergeet de gemeenschappelijke anodeweerstand niet: die dient om de stroom door de buis te beperken). De lekstroom van de uitgangstransistor loopt dan door de weerstand en niet door de buis.

De 74141 die we gebruiken om de nixie buizen aan te sturen heeft geen uitgangen in een logische volgorde 12345..., maar volledig door elkaar. Als je een flatcable gebruikt is het beter van de draden aan te sluiten in de volgorde van de pennetjes, om dan de correctie uit te voeren aan de kant van de buisvoetjes (die veel bredere contacten hebben).

Alternatieven met of zonder 74141

In sommige gevallen zijn er echter problemen met de 74141 in combinatie met bepaalde nixie buizen, waarbij het onderdrukken van cijfers die niet mogen oplichten niet mogelijk is. Kiest men een te lage voedingsspanning om het fenomeen tegen te gaan, dan is de spanning gewoon te laag om de buis te doen ontsteken.

Om het probleem op te lossen zijn er twee mogelijkheden: het gebruiken van de 74141 samen met een extra transistor om de spanning te verlagen of we kiezen voor een CD4028BE die hier als extra voordeel heeft dat die 100% compatibel is met de CD4099BE die we als geheugencel gebruiken.

In beide gevallen heeft men één extra transistor nodig per cijfer die we willen doen oplichten. De schakeling met de transistor wordt geplaatst tussen de uitgang van het IC en de cathode die we willen aansturen.

We gebruiken hier een BD127 (TO126 behuizing) die met een spanning van 250V kan werken, wat ruim voldoende is. Je kan ook een BF422 (formaat TO92) gebruiken, want het vermogen dat de transistor moet leveren is zeer laag (3mA en de transistor wordt in saturatie gestuurd, waardoor de dissipatie beperkt is).

De 74141 wordt nu gebruikt als gewone TTL uitgang, de BD127 wordt hier geschakeld zoals de ingangstransistor van een 74xx-reeks. De 74141 ziet nog enkel de spanning van 5V, de spanningsval gebeurt tussen de basis en de collector van de transistor.

Deze schakeling met gemeenschappelijke basis heeft geen stroomversterking. De stroom door de emitter komt overeen met de stroom door de nixie buis +2% (basisstroom om de transistor open te sturen). We rekenen op een stroomverstreking van 50×.

Deze schakeling kan gebruikt worden voor alle uitgangen met negatieve logica (nulniveau = cijfer aan). De transistor in gemeenschappelijke basis geschakeld keert de polariteit van het signaal niet om.

Indien je een CD4028BE (CMOS BCD to decimal decoder) zou gebruiken in plaats van de 74141, dan kan je een licht verschillende schakeling gebruiken. De uitgang van het IC heeft echter een positieve logica (nulniveau = cijfer uit). De transistor wordt hier op een normale manier via de basis aangestuurd en gaat in geleiding bij een positieve spanning en doet zo het cijfer oplichten.

De CD4028BE is een standaard-component die nog gemaakt wordt, je hebt dus niet de problemen van NOS-componenten (New Old Stock). Het is een IC van de 40xx reeks (CMOS) waarbij het interfacen gemakkelijk gebeurt.

Opgelet, bepaalde versies van de 4028 sturen een cijfer aan als een ongeldige kode doorgestuurd wordt (bijvoorbeeld 15 = 1111). Deze IC's kunnen hier niet gebruikt worden aangezien we cijfers moeten kunnen doen knipperen (instellen tijd) of doen doven (instellen alarm).

Een voorbeeld van IC dat niet gebruikt kan worden (als de betreffende cijfer moet kunnen knipperen) is de CD4028CN. De BCD-kodes boven de 9 die normaal alle cathodes zouden moeten doen doven geven hier een oplichting van de 8 of 9, wat niet de bedoeling is.

Indien je over een assortiment beschikt, kan je de verkeerde IC's gebruiken voor de tientallen (uren, minuten en seconden), waarbij de uitgangen voor 8 en 9 toch niet aangesloten zijn. De seconden moeten niet kunnen knipperen (de seconden worden niet ingesteld), maar moeten wel gedoofd kunnen worden (instellen alarmtijd).

Het vervolg: de logica voor het lezen van de drukknoppen

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's