AMATEURTELE.COM
...if your desired language isn't available, the alternative language will be shown...
Nederlands
informatie pagina voor experimenteel radio-onderzoekers
- - -

Nixie clock project

Nederlandse NIEUWE INVOER permalink: http://www.amateurtele.com/index.php?artikel=271&id=#1217
inleiding
Nixie buizen hebben mij altijd gefascineerd en jaren terug wilde ik hier al een klok van bouwen. Destijds was mijn kennis en kundig ontoereikend om dit te realiseren, maar nu lijkt het erop dat het project kan gaan slagen.

Nixie buizen
werking
Nixie buizen zijn met Neon gas gevulde (elektronen)buizen dat (in de meeste gevallen) cijfers van 0...9 weer kunnen geven door een oranje gloed om de cijfers in de buis. Dit was de eerste mogelijkheid om cijfers weer te kunnen geven. Doordat er een stroom loopt van (een van) de (in een cijfer) gevormde kathodes door het Neon gas naar de anode ontstaat er een oranje gloed om de betreffende kathode en is een "lichtgevend" karakter zichtbaar. De spanning is doorgaans + 170 VDC en een gebruikelijke stroom is 3 mA per kathode. Dit is uiteraard afhankelijk van de grootte en model Nixie buis.

soorten en maten
Nixie buizen zijn er in diverse soorten en maten nog in grote aantallen te verkrijgen. De extreem grote exemplaren zoals de Rodan CD47 zijn erg schaars en knetters duur. Tien jaar geleden was de prijs ongeveer €2.000, voor zes stuks, nu is €1.000,00 per stuk geen uitzondering! Kleinere varianten kosten ongeveer € 1,00 per buis dat een stuk aantrekkelijker is om te gebruiken.

historie
Omdat de Nixie buizen ondertussen verdrongen zijn door 7-segment displays, VFD displays en LCD/TFT displays zijn Nixie buizen nagenoeg niet meer in gebruik. Alleen liefhebbers (zoals ik) gebruiken ze nog. Temeer omdat de spanning met 170 VDC vrij hoog is, met de bijbehorende veiligheidsrisico's, worden Nixie buizen vrijwel nergens meer gebruikt.

nieuwe productie
Blijkbaar is de groep met "Nixie gekken" zo groot dat Dalibor Farny recent is gestart met het produceren van nieuwe Nixie buizen (en klokken)! Een nieuwe grote Nixie buis kost nu ongeveer €150,00. Het is veel geld, maar het is wel bereikbaar.

mijn keuze
Helaas is mijn budget zo klein dat mooie grote Nixie buizen niet mogelijk zijn. Vandaar dat ik kleinere buizen toe wil gaan passen. Diverse Nixie buizen zoals de ZM1000 en B5991 liggen op de plank als geschikte buizen.

schetsontwerp
De eerste start is een ruw schetsontwerp. Hoe graag ik met een computer werk, ontwerpen doe ik het liefst met pen en papier. Beter gezegd, met potlood, gum en vulpen. Een klok met zes cijfers vind ik het mooist. De seconden die mee tellen vind ik mooi. Temeer omdat de cijfers zo mooi verspringen en dat valt het meest op bij de seconden telling. Een zevende cijfer voor tienden van seconden houd ik niet van. Die wisselen erg snel en dat oogt nogal "zenuwachtig". Het zichtbaar maken van tiende seconden is wel mooi, maar dan in de vorm van een Dekatron buis. Er zijn diverse uitvoeren van Dekatron buizen. Het model dat ik ter beschikking heb ik er een met tien "standen".
De klok loop van 00:00:00 tot 23:59:59. Van 00:00:00 tot 11:59:59 kan ook, maar dan moet er een AM/PM indicatie bij. Dat vind ik niet mooi en mijn tijd beleving is in 24 uur, dus dat was een eenvoudige keuze. Technisch gezien zijn er zo een heleboel variaties mogelijk en de keuze van samenstelling is vooral een kwestie van smaak...



gebruikte buizen
numerieke buizen voor de tijd
Voor de zes cijfer indicaties heb ik twee mogelijkheden. De ZM1000 en de B5991 buis. De ZM1000 is verticaal op de print te monteren waarbij de B5991 de pennen aan de achterkant heeft zodat de print verticaal moet worden geplaatst. De ZM1000 heeft kleinere cijfers en de B5991 ziet er voor de gewenste toepassing er iets mooier uit. (Kwestie van smaak...) Vandaar dat de B5991 gekozen is.

Ooit heb ik een oude bedrijfsvoorraad met buisvoeten gekocht waar veel soorten buis voeten bij zitten. Naast de gebruikelijke voeten zoals Noval, Octal en dergelijke, ook de Duodecal buisvoet. Helaas waren er, van de 12, maar acht contacten geplaatst in de buisvoet. Dit was snel opgelost door twee buitvoeten te combineren tot één buisvoet met alle benodigde contacten.

Voor de B5991 was geen geschikte buisvoet voor handen. Voor CRT schermen waren er nog wel diverse buisvoeten "over". Omdat CRT buisvoeten niet meer courant zijn, heb ik de contacten van deze buisvoeten gebruikt. Eén buisvoet heeft precies 12 contacten om elk van de B5991 pennen van een contact te voorzien. Later heb ik via eBay nieuwe vergulde contact pennen gekocht die op een print kunnen worden gesoldeerd waarin de buis te plaatsen is. Er is voldoende interesse in de markt om nieuwe componenten te leveren voor oude buizen!

dekatron buis voor tiende seconden
De toegepaste Dekatron buis voor de tiende seconden was een makkelijke keuze. Ik heb namelijk maar één Dekatron buis. Dit is de GR10A van de fabrikant ETL. Deze heeft tien "posities" en is uitgerust met een Duodecal buisvoet. De stroom per contact is 60 uA. Bij + 129 VDC "ontbrand" het betreffende contact en als de spanning onder de + 105 VDC komt, "dooft de gloeid om de kathode uit".

grote buis voor uren en minuten

image is loading...



schakeling
veiligheid
Er "zwerven" diverse ontwerpen voor Nixie klokken op het internet. Goede en héél slechte ontwerpen. Oké, ze zullen ongetwijfeld werken, maar de veiligheid laat soms te wensen over. Er zijn ontwerpen waarbij géén galvanische scheiding door middel van een transformator is toegepast. Alle elektronica is daarmee gekoppeld aan het lichtnet. Dit is levensgevaarlijk. Pas altijd een transformator toe voor de veiligheid.

"Nixie driver"
Een Nixie buis werkt op ongeveer + 170 VDC bij een lage stroom (~ 3 mA). Toen er nog geen 7-segment displays waren, waren Nixie buizen algemeen toegepast. Voor het schakelen van de 170 VDC zijn ook speciale Nixie driver chips gemaakt. Deze zijn nu alleen nog uit oude voorraden te krijgen omdat deze niet meer gemaakt worden. Omdat ik een nieuw ontwerp wil, dat ook voor de toekomst geschikt is, heb ik afgezien van de Nixie driver chips. In plaats daarvan gebruik ik MPSA42 transistoren. Deze zijn ongeveer € 0,20 per stuk, dus voor € 2,00 per buis is de driver compleet. Als de transistor faalt, kan een "willekeurige" andere transistor dat 170 VDC kan verdragen worden geplaatst.

image is loading...


”domme” logica

image is loading...


weergave
Voor de weegave van de tijd is de CD4017 chip toegepast. Dit is een "Johnson counter" uit de overbekende 4000 chip serie. Elke keer als de ingang een puls ontvangt, wordt één van de tien decimale uitgangen na elkaar "hoog" gemaakt. Als uitgang "9" hoog is en er komt weer een puls binnen, springt uitgang "0" weer hoog. Door op aansluitingen 0...9 de Nixie drivers aan te sluiten, kan één buis van 0 tot 9 tellen. Door een 1Hz puls toe te passen, is de seconde teller al gerealiseerd.
Er is ook een puls uitgang op de chip dat zeer goed van past komt. Van 0...5 is deze uitgang "hoog" en van "6...9" is e uitgang laag. Deze puls gaat in de volgende chip. Als de eerste chip van 9 naar 0 springt, wordt de puls uitgang van de chip "hoog" waardoor de tweede chip van 0 naar 1 "telt". Zo worden de tientallen van seconden weergegeven. Omdat er maar 60 seconden in een minuut zit (00...59), mag 60 niet worden weergegeven. uitgang 6 is daarmee aan de reset verbonden. Als de chips naar 60 seconden willen schakelen wordt de chip gereset en wordt er 00 weergegeven. Hierbij wordt de uitgang van de tweede chip weer hoog en zo wordt de eerste minuut geteld. De minuten teller is identiek aan de seconden teller. Beide tellers open van 00...59.
De uren teller is afwijkend. Als de uren van 23(:59:59) naar 24(:00:00) springt, moet de uren teller naar 0(:00:00) springen. Dit kan met een "AND" chip. (Als uitgang 2 én 4 hoog zijn, dan beide chips resetten.) Eenvoudiger is om een diode netwerkje toe te passen. Zolang uitgang 2 of 4 laag is, blijft de reset aansluiting "laag" omdat er een stroom van de 5V aansluiting via de weerstand naar één van de twee "uitgangen" loopt. Zodra beide uitgangen "hoog" worden, wordt de 5V aansluiting niet meer "om laag getrokken" zodat er 5V op de reset komt te staan en de tellers naar 00 springen. Er zijn twee serie diodes toegepast om een spanning val van twee maal 0,7V te bereiken. Als één van de uitgangen 2 of 4 laag is, loopt er een stroom door de diodes naar de "uitgangen". Een diode neemt 0,7V spanning op waardoor op de reset uitgang 0,7V staat. Het resultaat is dat de teller gereset blijkt omdat de spanning meer dan 0V is. Door één diode in de reset draad te plaatsen wordt er 0V bereikt. Omdat dit nog kritisch is, is er voor de zekerheid een tweede diode in serie gezet zodat er beslist geen spanning op de reset komt tenzij het werkelijk nodig is.

De Dekatron teller (voor tiende seconden) is even buiten beschouwing gelaten voor de duidelijkheid. Deze werkt eigenlijk gelijk aan de seconden teller. In plaats van één van de tien Nixie cijfers wordt er echter één van de tien "punten" van de Dekatron aangestuurd. De werking is gelijk, echter werkt deze dus op 10Hz omdat de Dekatron de tienden van de seconden weergeeft en de klokpuls ui de chip dus 1Hz geeft voor de seconden teller.

De weergave is hiermee eigenlijk verbluffend eenvoudig. Er wordt maar één type chip gebruikt voor de hele klok.

timing
De klokpuls kan op meerdere methoden worden bereikt. In de eerste plaats kan het met een (kristal) oscillator, maar deze verloopt op langere termijn. Een beter/nauwkeuriger/eenvoudiger alternatief is gebruik maken van het 50/60Hz stroomnet. De netfrequentie is op lange termijn erg stabiel en is een prima bron voor een klokpuls. Door van de secundaire wikkeling van de voeding trafo een spanning te nemen en via een diode te leiden, ontstaat er een 50Hz halve sinus. Dit kan door een chip gedeeld worden door 5 (zoals door een 74HC390) om 10Hz te krijgen. Maar als de klok op 60Hz moet werken, is dat niet mogelijk. Het is mogelijk om een binaire teller te nemen met een diode netwerk zodat deze bij 5 of 6 wordt gereset, zodat er 10Hz ontstaat bij 50 of 60Hz ingang. Ik heb voor de eenvoudigste weg gekozen en dat is wederom een CD4017 "Johnson counter". Als er 50Hz in gaat, wordt één van de uitgangen opeenvolgend "hoog" van 0...9. Als uitgang 5 met de reset wordt verbonden, wordt de teller steeds bij het bereiken van de 5 gereset. Zo wordt uitgang 0 maar één op de vijf pulsen (van 50Hz) hoog. Dus zo ontstaat er een deler dat door vijf deelt. Als de reset niet met uitgang 5 wordt verbonden maar met uitgang 6, dan "deelt" deze chip door zes en dan werkt de klok op 60Hz omdat er dan ook 10Hz als klokpuls naar de Dekatron gaat. Het voordeel is dat er maar één type chip is toegepast en met een eenvoudige schakelaar de klok op twee netfrequenties kan werken.

”slimme” logica
- arduino 74HC595 HEF4094
- Flexibel ontwerp
- GPS ontvanger

image is loading...


image is loading...



voeding logica

voeding buizen

open de afdrukbare pagina door hier te klikken
klik hier voor de mobiele versie. (Beta test.)


AmateurTele.com - © 1984...2020 - Build: 20190816