pusty pusty pusty
pusty
pusty pusty forum szukaj książki linki artykuły
home pusty c c c c c c c c c
teoria dla początkujących schematy elektronika retro mikrokontrolery pusty
na dół

Elektronika w stylu retro

Zegar dekatronowy

Zegar dekatronowy to niezwykły, jeszcze bardziej retro niż zegar z lampami Nixie. Ten projekt nawiązuje do lat 50 i 60 elektroniki cyfrowej. Tak, tak już w połowie XX wieku istniało coś takiego jak elektronika cyfrowa, czego dowodem są chociażby te niezwykłe lampy liczące i jednocześnie wyświetlające wynik zliczania. Wprawdzie poza liczeniem sekund, minut i godzin ten zegar nie potrafi nic więcej i wypada blado w porównaniu z innymi zegarami cyfrowymi ale jego niezwykłość polega włóaśnie na zastosowaniu dekatronów.
   W tabelce poniżej umieszczam schemat ideowy zegara dekatronowego. Plik ze schematem ideowym zawiera niezbędną bibliotekę, a sam schemat narysowany jest w formacie programu CircuitMaker 2000.

Spakowane pliki do pobrania
Nazwa schematu/pliku Format i wielkość pliku do pobrania
CKT PCB PDF (GIF)
Zegar dekatronowy 113 KB --- ---
Zegar dekatronowy
Autorem tekstu i schematów jest: Aleksander Zawada
Zmiany jakich dokonałem w stosunku do oryginału były podyktowane stylem i układem mojej strony.

Opis dotyczy urządzenia, przedstawionego w EP 9/04.
Dekatrony
O lampach liczących jest co nieco w opisie timera do jajek. Tym razem zajmiemy się bliżej innymi typami lamp liczących czyli dekatronami. Dekatrony są lampami gazowanym, co upodabnia je do lamp „nixie”. W odróżnieniu od lamp „nixie”, które służą jedynie jako wskaźniki, dekatrony są licznikami impulsów i wyświetlaczami jednocześnie. Dekatrony są wypełnione rozrzedzonym gazem, np. neonem, neonem z dodatkiem wodoru czy helem z dodatkiem wodoru. Podobnie jak lampę „nixie” ,czy zwykłą neonówkę dekatron należy „zapalić”. Uzyskuje się to przez podanie odpowiednio dużego napięcia do elektrod lampy. Do zapoczątkowania wyładowania jarzeniowego jest niezbędne, by w gazie między elektrodami powstało nieco jonów i elektronów. Są one tam zawsze, gdyż powstają podczas jonizacji cząsteczek gazu przez promieniowanie np. tła ziemi. Niekiedy w celu obniżenia napięcia zapłonu do lampy dodawano niewielką ilość gazu promieniotwórczego, np. radonu (taki dodatek zwiększa koncentrację swobodnych jonów i elektronów). Powstałe jony i elektrony pod wpływem pola elektrycznego między elektrodami rozpędzają się i zderzają z molekułami gazu, wywołując jego lawinową jonizację i w konsekwencji zapłon.
dekatronZjonizowany gaz świeci, przy czym kolor świecenia zależy od rodzaju gazu. Dla neonu jest to kolor pomarańczowoczerwony, zaś dla helu z dodatkiem wodoru –liliowy. Aby napięcie zapłonu było możliwie małe, należy dobrać odpowiednie ciśnienie gazu i odległość między elektrodami. Ciśnienie nie może być za duże, gdyż jony i elektrony zbyt często zderzałyby się z molekułami gazu, nie będąc wystarczająco rozpędzone. Oznacza to, że miałyby zbyt małą energię kinetyczną, by wywołać jonizację gazu. Trzeba by było ją zwiększać przez zwiększenie natężenia pola elektrycznego między elektrodami (a więc należałoby zwiększyć napięcie lub zmniejszyć odległość między elektrodami), które musiałoby być bardzo duże. Obniżanie ciśnienia w lampie powoduje, że jony i elektrony zderzają się z atomami gazu rzadziej (dłuższa droga swobodna elektronów i jonów), za to uzyskują energię kinetyczną wystarczającą do jonizacji gazu przy niskim napięciu między elektrodami. Nadmierne zmniejszanie ciśnienia nie jest jednak korzystne, gdyż zmniejsza się prawdopodobieństwo uderzenia jonu lub elektronu w molekułę gazu. W celu uzyskania zapłonu trzeba by było znów zwiększać napięcie między elektrodami (lub zmniejszać odległość między nimi). Istnieje więc pewne optimum ciśnienia gazu w bańce i odległości między elektrodami, dla których napięcie zapłonu jest najmniejsze. Pewne znaczenie odgrywa również kształt elektrod i materiał, z którego są wykonane. Z wykresów, zwanych krzywymi Paschena można łatwo odczytać, dla jakiego ciśnienia i odległości między elektrodami napięcie zapłonu będzie najniższe. Na osi odciętych znajduje się bowiem iloczyn ciśnienia p i odległości d między elektrodami (najczęściej podany w Tr×cm,    760Tr (Torów)=760mmHg=1013,25 hPa), zaś na osi rzędnych znajduje się napięcie zapłonu. Na rys. 1 znajduje się wykres Paschena dla wodoru. Jak widać, optimum napięcia zapłonu dla wodoru zachodzi dla p×d=1...2 Tr×cm. Dla neonu optimum takie zachodzi dla p×d=2...2,5 Tr×cm, przy czym korzystnie jest dodać do neonu domieszkę 0,5 % wodoru. Dzięki temu napięcie zapłonu z 240V dla czystego neonu spada do 180V dla mieszaniny neonu i wodoru.

rys 1

Rys. 1 Zależność napięcia zapłonu od iloczynu odległości i ciśnienia elektrod dla wodoru

W dekatronach odległości między elektrodami są niewielkie - około 2-3mm. Znaczy to, że najmniejsze napięcie zapłonu uzyskałoby się przy ciśnieniu gazu około 7,5...12,5 Tr. Istotnie, 7,5Tr×3mm=2,25Tr×cm (optimum p×d). Aby jednak uzyskać dużą szybkość liczenia dobierano nieco inne ciśnienie gazu. Po "zapaleniu" lampy gazowanej napięcie między elektrodami maleje od wartości napięcia zapłonu do tzw. napięcia pracy. Z kolei po wyłączeniu lampy nie gaśnie ona natychmiast. Gaśnięcie trwa tyle czasu, ile potrzeba na dejonizację gazu. Trwa to dość długo - nawet do 100µs. Gdyby przed upływem tego czasu znów podać napięcie do elektrod lampy okaże się, że napięcie zapłonu jest niższe od napięcia zapłonu lampy całkowicie zgaszonej. Właśnie z tego zjawiska korzysta się w dekatronach, w których zapłon przenosi się z elektrody na elektrodę podczas zliczania impulsów.

Rodzaje dekatronów
Dekatrony można podzielić na jednoimpulsowe, które do przeniesienia zapłonu wymagają jednego tylko impulsu sterującego oraz dwuimpulsowe, wymagające pary impulsów. W projekcie użyłem dekatronów obu rodzajów, toteż opiszę je bardziej szczegółowo.
Dekatron jednoimpulsowy
Dekatron jednoimpulsowy 40-pręcikowy jest zbudowany tak, jak pokazano na rys. 2. Elektrody pręcikowe w ilości 40 sztuk są umieszczone na obwodzie koła. W środku koła znajduje się anoda A. Elektrody pręcikowe są rozdzielone na dziesięć grup. W każdej z nich znajduje się katoda główna (oznaczone 0...9) oraz trzy katody pomocnicze (podkatody). Katody główne 1...9 (czerwone punkty na rys. 2) są połączone razem wewnątrz bańki- mają więc tylko jedno wyprowadzenie na cokole. Katoda główna zerowa 0 (zielona) ma oddzielne wyprowadzenie. Znajdujące się zaraz za katodami głównymi pierwsze podkatody (szare punkty na rys. 2) są razem połączone wewnątrz bańki i mają jedno wspólne wyprowadzenie. Tak samo jest z drugimi podkatodami (białe punkty). Trzecie podkatody (czarne) są również połączone ze sobą i mają jedno wspólne wyprowadzenie poza trzecią podkatodą zerową (niebieska na rys.2), która ma oddzielne wyprowadzenie. Typowymi dekatronami jednoimpulsowymi są radzieckie lampy OГ3 (OG3), które zastosowano w zegarze.

rys. 2

Rys. 2 Schemat budowy dekatronu jednoimpulsowego 40-pręcikowego i jego schemat elektryczny

Jak pracuje taki dekatron w układzie licznika?Spójrzmy na rys.3. - układ licznika modulo 100. Ten układ był pierwotnie pomyślany jako fragment prezentowanego zegara, jednak potem zrezygnowałem z użycia lamp próżniowych PCC88, jako elementów sprzęgających poszczególne dekatrony na rzecz tranzystorów.

rys 3

Rys. 3 Schemat układu licznika modulo 100 z dekatronami jednoimpulsowymi

rys 3Rozpatrzmy pracę pierwszego dekatronu. Z chwilą podania napięć zasilania, w tym napięcia zasilania dekatronów +450V następuje zapłon pomiędzy anodą i jedną z katod głównych 1...9. Dzieje się tak dlatego, że przy zwartym wyłączniku "reset" te katody mają najniższy potencjał-potencjał masy. Potencjometr w obwodzie anody służy do ustawiania prądu lampy, tak by liczenie było stabilne przy jak najmniejszym prądzie lampy. Zapewnia to jej długą żywotność (czas życia dekatronów wynosi od 500 do 25000 godzin pracy). Po rozwarciu na chwilę przycisku "reset" zapłon przenosi się naelektrodę o najniższym potencjale- katodę zerową 0 , bowiem katody 1...9 uzyskują wtedy znaczny potencjałdodatni (podobnie jak wszystkie podkatody) ze źródła napięcia +450V za pośrednictwem opornika 1MW. Zapali się więc pręcik katody zerowej. Zwarcie z powrotem przycisku "reset" nie zmienia nic, gdyż ustaliło się napięcie pracy lampy między katodą zerową a anodą, mniejsze od napięcia zapłonu innych elektrod. Jeżeli do siatki triody PCC88 doprowadzić napięcie zmienne 50Hz o amplitudzie kilkudziesięciu V, wówczas na anodzie tej lampy będą powstawać impulsy napięcia zbliżone kształtem do impulsów prostokątnych. Dzieje się tak dlatego, że lampa "obcina" ujemną część sinusoidy oraz jej dodatni wierzchołek. Mała pojemność w umieszczona w obwodzie anodowym powoduje zróżniczkowanie impulsów, tym samym do dekatronu zostają podane krótkie ujemne impulsy o amplitudzie stu kilkudziesięciu V i czasie trwania około 20-40µs. Tym samym pod wpływem pierwszego impulsu zapłon przeniesie się z katody zerowej na znajdującą się zaraz za nią pierwszą podkatodę pomocniczą. Dzieje się tak dlatego, że ta elektroda w chwili działania impulsu zegarowego ma najniższy potencjał i znajduje się w obszarze zjonizowanego gazu. Z chwilą wystąpienia zapłonu na pierwszej podkatodzie następuje ładowanie się kondensatora 82pF, przy czym biegun dodatni kondensatora znajduje się od strony pierwszej podkatody. Tym samym potencjał podkatody pierwszej wzrasta. Jednak podczas trwania zapłonu na pierwszej podkatodzie między nią a anodą ustala się napięcie pracy (stałe) to znaczy, że potencjał anody wzrasta wraz z potencjałem podkatody pierwszej. W pewnym momencie staje się on na tyle duży, że wyładowanie musi się przenieść między anodę a drugą podkatodę (jest połączona z ujemnym biegunem kondensatora 82pF). W momencie gdy impuls zegarowy zanika (ale przed nadejściem kolejnego impulsu) potencjały podkatody pierwszej i drugiej stają się równe (kondensator 82pF rozładowuje się przez opornik 220kW) i wynoszą około +40V. Skutkiem tego jest przeskok zapłonu na trzecią podkatodę, mającą potencjał masy. W jej obwodzie znajduje się jednak drugi kondensator 82pF i rezystor 220kW. Następuje więc jego ładowanie, przy czym biegun dodatni tego kondensatora znajduje się po stronie podkatody trzeciej. Potencjał anody podąża (wzrasta) za zmianą potencjału podkatody i w pewnym momencie zapłon musi się przenieść na pierwszą katodę główną 1. Układ zliczył więc jeden impuls. Należy podkreślić, że przechodzenie zapłonu z jednej katody głównej na drugą zachodzi szybko. Tak więc w przerwach pomiędzy kolejnymi impulsami zegarowymi świecą praktycznie katody główne. Ich świecenie jest dobrze widoczne przez szkło lampy. Tym samym odczyt stanu licznika dekatronowego realizuje się bezpośrednio, obserwując, która katoda główna aktualnie świeci. Nie jest to bardzo łatwe, gdyż licznik dekatronowy mający pojemność 10n impulsów ma jakby n cyferblatów po dziesięć punktów świetlnych każdy. Kolejny impuls powoduje przejście zapłonu przez kolejne podkatody pomocnicze do drugiej katody głównej 2 itd. Przy zliczeniu dziesiątego impulsu zapłon wróci na katodę główną katodę zerową 0. Na rezystorze 22kW w obwodzie tej katody pojawi się impuls, który po uformowaniu przez drugą triodę spowoduje zliczenie impulsu dziesiątek przez drugi dekatron. Po zliczeniu 100 impulsów oba dekatrony wskażą zero. W układzie z rys.3 trzecia podkatoda zerowa jest zwarta z trzecimi podkatodami 1...9. Niekiedy trzecia podkatoda zerowa była włączona inaczej-miała oddzielny obwód z kondensatorem i rezystorem. Dzięki temu skracał się czas rejestracji dziesiątego impulsu zegarowego i następowało szybsze przestawienie następnej dekady. Kształt impulsów zegarowych jest dość krytyczny. Czas narastania impulsu musi wynosić 1...2µ s, zaś jego opadanie musi trwać przynajmniej 20µ s. Wymagany jest także pewien odstęp między kolejnymi impulsami zegarowymi. Z tego względu częstotliwość zliczania dekatronów jednoimpulsowych 40-pręcikowych dochodziła zaledwie do 20kHz.
Dekatron dwuimpulsowy
Innym rodzajem dekatronu jest dwuimpulsowy dekatron 30-pręcikowy. Taki dekatron ma 30 pręcików umieszczonych koliście. Pośrodku koła znajduje się anoda A. Podobnie, jak w dekatronie jednoimpulsowym elektrody są podzielone na dziesięć grup. W każdej grupie znajduje się katoda główna oraz dwie podkatody. Najczęściej katody główne 1...9 są połączone razem wewnątrz lampy i mają jedno wyprowadzenie, zaś katoda 0 ma oddzielne wyprowadzenie. Niekiedy jednak dekatrony takie mają oddzielne wyprowadzenia dla każdej z katod głównych. Takie dekatrony nazywa się selektorami. Takie właśnie dekatrony, typu Z562S zostały użyte w projekcie. Schemat budowy i symbol elektryczny takiego dekatronu pokazano na rys. 4.

rys. 4

Rys. 4 Schemat budowy dekatronu dwuimpulsowego 30-pręcikowego i jego schemat elektryczny

Pierwsze katody pomocnicze (podkatody) są wszystkie ze sobą zwarte i mają jedno wspólne wyprowadzenie, podobnie zresztą jak podkatody drugie. Układ pracy dekatronu dwuimpulsowego w układzie licznika dziesiętnego jest pokazany na rys.5.

rys 5

Rys. 5 Schemat układu licznika modulo 10 z dekatronami dwuimpulsowymi

Po włączeniu napięcia zasilania następuje zapłon lampy, przy czym wyładowanie ustala się między jedną z katod głównych 1...9 i anodą. Na podkatodach występuje napięcie około +60V dzięki dzielnikowi oporowemu 470kW i 56kW. Napięcie to zależy od typu dekatronu i zawiera się w granicach +40...+80V. Wciśnięcie na chwilę przycisku "reset" spowoduje rozwarcie katod 1...9 i w efekcie przeniesienie zapłonu na katodę główną 0-nastąpi skasowanie licznika i zapalenie pręcika wskazującego zero. Zwarcie przycisku nie zmienia warunków pracy i nadal "pali się" katoda 0. Jeśli do siatki triody doprowadzić impuls to zostanie on w lampie wzmocniony i odwrócony w fazie. Do pierwszej podkatody zaraz za katodą zerową zostanie więc doprowadzony impuls ujemny o amplitudzie stu kilkudziesięciu V, który zwiększy różnicę potencjałów między anodą i podkatodą pierwszą i w związku z tym zapłon przeniesie się właśnie na podkatodę pierwszą. Zapłon następnie przechodzi na podkatodę drugą, gdyż pojawi się na niej opóźniony ujemny impuls zegarowy w stosunku do impulsu na podkatodzie pierwszej. Opóźnienie to wynika z istnienia stałej czasowej elementów 39kW i 4,7nF, tworzących obwód całkujący. Impuls zegarowy na podkatodzie drugiej wkrótce jednak znika i zapłon przenosi się na najbliższą elektrodę o najniższym potencjale - pierwszą katodę główną 1. Tym samym układ zliczył pierwszy impuls. Przy pojawieniu się kolejnego impulsu zegarowego nastąpi przejście zapłonu na drugą katodę główną 2. Po zliczeniu dziesięciu impulsów zapłon znów pojawia się na katodzie zerowej. Powstający na oporniku 22kW impuls po ukształtowaniu i wzmocnieniu może sterować kolejną dekadę. Z tego opisu widać, że do sterowania dekatronu dwuimpulsowego jest potrzebna para impulsów, przesuniętych w czasie. Układ pracy z rys.5 jest prosty, gdyż przesunięcie impulsów uzyskuje się za pomocą opornika i kondensatora. Takie układy nadają się jednak tylko do dość powolnego liczenia, gdyż impulsy na podkatodach mają kształt wykładniczy zamiast prostokątnego, który umożliwiałby najszybsze liczenie. Z tego względu stosowano często wymyślne układy lampowe i tranzystorowe kształtujące impulsy. Ponieważ w latach 60 odpowiednie tranzystory wysokonapięciowe nie były łatwo dostępne, więc stosowano specjalne transformatory impulsowe, podwyższające amplitudę impulsów. Stosowano na ich rdzenie dobre materiały magnetyczne, dobrze pracujące przy dużych częstotliwościach, aby nie następowało zniekształcanie impulsów zegarowych. Dzięki temu dekatrony dwuimpulsowe 30-pręcikowe mogły liczyć z "zawrotną" szybkością 10kHz. Warto zauważyć, że po zamianie miejscami połączeń podkatod dekatronu dwuimpulsowego układ zaczyna liczyć "w tył". Jest zatem możliwa praca rewersyjna, umożliwiająca wykonanie odejmowania. Takiej możliwości nie miał omówiony wcześniej dekatron jednoimpulsowy.
Realizacja układu, który umożliwiałby przełączanie rodzaju pracy z dodawania na odejmowanie nie należała do łatwych, gdyż konieczne było użycie dodatkowych lamp i kłopotliwych transformatorów. W układzie z rys. 5 nie ma znaczenia czy zastosuje się dekatron-selektor ze zwartymi na zewnątrz lampy katodami 1...9 czy zwykły dekatron ze zwartymi katodami głównymi wewnątrz lampy. Dekatron - selektor ma jednak możliwości, o których dotąd nie wspominaliśmy. Po pierwsze - w układzie z dekatronem-selektorem jest możliwe wpisanie dowolnej liczby do licznika. Wystarczy w tym celu rozewrzeć wszystkie katody główne poza wybraną katodą, reprezentującą liczbę, którą chcemy wpisać do licznika. Dzięki temu zapłon przeniesie się właśnie na tą katodę. Po drugie - stan dekatronu-selektora można wyświetlić na innym wskaźniku (najczęściej używano wskaźników "nixie"). Wystarczy w tym celu w obwód każdej katody głównej wtrącić opornik, dodać prosty wzmacniacz tranzystorowy i podłączyć lampę nixie. Te możliwości dekatronu-selektora obrazuje rys. 6.

rys 6

Rys. 6 Wpisanie do licznika z selektorem liczby 5 oraz układ sterowania lampą Nixie z licznika dekatronowego

Na rys. 7 przedstawiam schemat wykonanej przeze mnie prostej maszyny liczącej z dekatronem-selektorem.

rys 7

Rys. 7 Schemat prostej maszyny liczącej

Czytelnik z łatwością pojmie zasadę jej działania, jeśli przeczytał dokładnie przedstawione uprzednio informacje. Możliwości maszyny są skromne (umie mniej niż pierwszak), jednak jej działanie jest bardzo pouczające a przy tym zabawne. Zamierzam ją po niewielkich modyfikacjach zastosować jako programator stacji w odbiorniku radiowym. Maszyna umożliwia wykonywanie operacji dodawania i odejmowania na liczbach od 0 do 9. Liczby (dane) wprowadza się telefoniczną tarczą numerową. Przełącznikiem "operacja" wybiera się rodzaj działania matematycznego, jakie maszyna ma wykonać. Przycisk reset służy do kasowania stanu dekatronu, zaś lampa nixie wyświetla wynik obliczeń. Rozpatrzmy przebieg wykonania operacji na tej maszynie. Przypuśćmy, że chcemy wykonać obliczenie 2+4. W tym celu trzeba po włączeniu maszyny wykonać czynności:
1. wcisnąć przycisk reset (konieczne, gdyż zapłon ustala się przypadkowo na którejś katodzie głównej)
2. przełącznik operacji ustawić na "+"
3. wykręcić na tarczy liczbę 2
4. wykręcić liczbę 4
5. odczytać wynik ze wskaźnika nixie (można też bezpośrednio z dekatronu).
Maszyna więc wykonała obliczenie: 0+2+4=6.
Przypuśćmy teraz, że chcemy wykonać obliczenie 8-3. Trzeba więc wykonać czynności:
1. wcisnąć przycisk reset
2. przełącznik operacji ustawić na "+"
3. wykręcić liczbę 8
4. przełącznik operacji ustawić na " - "
5. wykręcić liczbę 3
6. odczytać wynik.
Maszyna wykonała więc obliczenie: 0+8-3=5.
Warto zauważyć, że wykręcenie liczby 0 powoduje w rzeczywistości przesłanie 10 impulsów do dekatronu - nie ma to znaczenia, gdyż punkt świetlny w dekatronie zakończy swą wędrówkę na tej katodzie, z której ruszył. Zatem po powrocie kółka tarczy do stanu spoczynku stan licznika będzie taki sam jak na początku.
Zasilanie układów dekatronowych nie jest bardzo krytyczne. Przy powolnym zliczaniu nawet 10% odchyłka napięcia zasilania nie wpływa praktycznie na przebieg liczenia. W układach z większą prędkością liczenia była wymagana stabilizacja napięć zasilania. Jak łatwo zauważyć z rys. 5 układ licznika dekatronowego wymaga w zasadzie czterech napięć zasilania: 7V dla żarzenia próżniowych lamp pomocniczych, -9V dla siatek tych lamp, +300V napięcia anodowego dla tychże lamp i +450V dla dekatronów. Niekiedy napięcie +60V dla podkatod uzyskiwano nie z dzielników, lecz z dodatkowych źródeł napięcia. Zastosowanie tranzystorów umożliwiło wyeliminowanie napięć żarzenia i nie wygląda to dobrze w porównaniu do współczesnych układów cyfrowych, które potrzebują tylko jednego napięcia zasilania.
Oprócz omówionych typów dekatronów istniały także inne, mniej rozpowszechnione. Na przykład w 1960 roku firma Elesta wypuściła na rynek dekatrony jednoimpulsowe 20-pręcikowe typu EZ10A i EZ10B. Pierwszy z tych dekatronów zliczał do 200kHz, drugi "aż" do 1 MHz.

Zegar
Po tym nieco przydługim wstępie nadszedł czas na zaprezentowanie układu zegara - rys. 8.

rys 8

Rys. 8 Schemat elektryczny zegara

Zegar jest taktowany podwojoną częstotliwością sieci. Impulsy o częstotliwości 100Hz są uzyskiwane z anodowego uzwojenia transformatora sieciowego i są doprowadzone za pośrednictwem kondensatora C1 do bazy tranzystora T1. Po ich odpowiednim ukształtowaniu i wzmocnieniu są one doprowadzane do licznika modulo 10 z dekatronem jednoimpulsowym V1. Z jego katody zerowej odbierane są impulsy o częstotliwości 10Hz, które za pośrednictwem tranzystora T2 są podawane do dekatronu V2. Na jego katodzie zerowej pojawiają się więc impulsy z częstotliwością 1Hz (impulsy sekundowe). Podczas normalnej pracy zegara te impulsy zostają podane na tranzystor T3, który steruje dwuimpulsowym dekatronem-selektorem V3, liczącym jednostki sekund. Licznik z dekatronem V3 pracuje więc w układzie licznika modulo 10. Po zliczeniu każdych 10 sekund na rezystorze R29 pojawia się impuls, który za pośrednictwem tranzystora T4 steruje dekatron V4-licznik dziesiątek sekund. Ten układ wymaga szerszego omówienia. Licznik dziesiątek sekund musi być - jak wiadomo - licznikiem modulo 6. Zachodzi więc konieczność skrócenia cyklu liczenia dekatronu, który jest z natury rzeczy przeznaczony do liczenia modulo 10. Wykorzystałem właściwość selektora, polegającą na możliwości wpisania do licznika dowolnej liczby. Podczas pracy licznika dziesiątek sekund może on wskazywać kolejno 0,1,2,3,4 i 5. Przy zliczeniu sześćdziesiątego impulsu zapłonie na ułamek sekundy katoda 6, powodując zatkanie tranzystorów T5 i T6. Tym samym nie może się zapalić żadna z katod 0,1,2,3,4,5. Elektrody 7,8 i 9 nie mogą się też zapalić, gdyż pozostają nie podłączone. Ponieważ rezystor R39 ma dużą oporność, więc zapłon na elektrodzie 6 może utrzymać się tylko przez moment. W tej sytuacji zapłon musi się przenieść na katodę zerową. Pojawienie się impulsu na tej elektrodzie powoduje jednocześnie przeniesienie impulsu za pośrednictwem tranzystora T7 do licznika jednostek minut z dekatronem V5 (licznik modulo 10). Licznik dziesiątek minut z lampą V6 i tranzystorami T9 i T10 jest zbudowany analogicznie jak licznik dziesiątek sekund. Z tego względu nie będzie szerzej omówiony.
Licznik godzin jest zbudowany z użyciem dekatronów V7 i V8. Jak wiadomo, ten licznik musi liczyć modulo 24. Właśnie największy problem miałem z licznikiem godzin i długo trwało nim zrealizowałem dobrze działający układ skoku dobowego. Jak widać, układ licznika jednostek godzin z lampą V7 jest w zasadzie licznikiem modulo 10, z tym, że w obwodzie katody 4 znajduje się świecąca dioda transoptora To1, zaś katody 1...9 są sterowane z tranzystorów T12 i T13.
Licznik dziesiątek godzin z lampą V8, tranzystorami T15,T16 i transoptorem To2 jest licznikiem modulo 3. Zasada jego budowy jest podobna do budowy licznika dziesiątek sekund. Podczas pracy licznika godzin może się palić katoda 0,1 i 2. Gdy zapala się katoda 2 wtedy zaświeca się dioda w transoptorze To2. Załóżmy teraz, że następuje zmiana wskazania licznika godzin z 23 na 24. W tym momencie zaświecają się diody w obu transoptorach To1 i To2, w związku fototranzystory transoptorów zaczynają przewodzić. To z kolei powoduje włączenie tranzystora T12. Tranzystor T13 się wyłącza, zatem następuje odcięcie katod 1...9. W tych warunkach zapłon w dekatronie V7 przechodzi na katodę zerową. Generujący się na oporniku R71 impuls steruje za pośrednictwem tranzystora T14 dekatron dziesiątek godzin V8. Interpretuje on ten impuls jako kolejny, trzeci impuls dziesiątek godzin do zliczenia (godzina 30). Zapłon przechodzi więc na ułamek sekundy na katodę 3 lampy V8. W tym momencie tranzystory T15 i T16 wymuszają przejście zapłonu na katodę zerową lampy V8. Oznacza to, że stan licznika dziesiątek godzin zmienił się z 23 na 00. Zdaję sobie sprawę, że ten sposób realizacji skoku dobowego może wydawać się współczesnemu elektronikowi niezwykle dziwaczny, jednak dekatron nie ma bezpośredniego wejścia reset...
Parę słów na temat ustawiania zegara. Do tego celu służą przełączniki M i G, które kierują impulsy sekundowe bezpośrednio do liczników minut (włącznik M) względnie godzin (włącznik G). Wszystkie napięcia zasilania są uzyskiwane z produkowanego obecnie przez zakłady Zatra S.A transformatora sieciowego TS40/4539. Z uzwojeń anodowych jest uzyskiwane napięcie +275V dla tranzystorów T1, T2, T3, T4, T7, T8, T11, T14 a także napięcie około +540V dla dekatronów. Wysokie napięcia są prostowane za pomocą diod D1, D2. Okazało się wystarczające filtrowanie tych napięć za pomocą kondensatorów C36, C37 i C38. Napięcie dla transoptorów jest uzyskiwane z uzwojenia 9V. Napięcie to jest prostowane za pomocą diody D3 i filtrowane w kondensatorze C35.
Potencjometry P1...P8 służą do takiego ustawienia punktów pracy lamp, by poszczególne liczniki liczyły pewnie przy małych prądach anodowych lamp.
Wykaz elementów
Nazwa elementu Symbol Ilość
470 pF/630V C1 1
1nF/630V C2,C6 2
82pF/400V C3,C5,C8,C10 4
150nF/400V C4,C9 2
47nF/400V C11,C12,C15,C16
C19,C20,C23,C24
C27,C28,C32
11
10nF/400V C13,C17,C21,C25
C29,C33
6
4,7nF/400V C14,C18,C22,C26
C30,C34
6
470µF/16V C35 1
100µF/400V C36 1
22µF/400V C37,C38 2
180 0,6W 1% R1,R11,R14,R17 4
5,6k/0,6W R1 1
100k/0,6W R2,R9,R12,R19
R24,R33,R44,R53
R64,R75
10
470k/0,6W R3,R13,R23,R26
R35,R39,R43,R46
R52,R55,R63,R66
R74,R77,R82
15
47k/0,6W R5,R15,R22,R29
R31,R40,R42,R49
R51,R60,R62,R70
R71,R73
14
220k/0,6W R4,R8,R14,R18 4
1M/0,6W R6,R16,R59,R69
R83,R84
6
10k/0,6W R7,R17,R21,R30
R41,R50
6
22k/0,6W R10,R20 2
4,7k/0,6W R11 1
39k/0,6W R25,R34,R45,R54
R65,R76
6
56k/0,6W R27,R36,R47,R56
R67,R78
6
330k/0,6W R28,R37,R48,R57
R68,R79
6
20k/0,6W R38,R58,R61,R72
R81
5
1k/0,6W R80 1
1M montażowy P1,P2,P3,P4
P5,P6,P7,P8
8
OG 3 V1,V2 2
Z562S V3,V4,V5,V6
V7,V8
6
MPSA42 T1,T2,T3,T4,T7,T8
T11,T12,T14
9
MPSA 92 T5,T6,T9,T10,T13
T15,T16
7
CNAP11 lub inny To1,To2 2
1N4007 D1,D2,D3 3
bezpiecznik 500mAT B 1
podstawki pod lampy - 8
włącznik dwubiegunowy jednosekcyjny - 1
przełączniki dwubiegunowe dwusekcyjne - 2
Transformator TS40/4539 Tr1 1
Uruchomienie
Uruchomienie zegara ogranicza się do odpowiedniego ustawienia tych potencjometrów i ustawienia prawidłowej godziny. Trzeba zacząć od ustawienia potencjometru P1, ustawiając go tak, by lampa V1 poprawnie liczyła impulsy. Potem kolejno reguluje się potencjometrami P2, P3 i P4. Następnie należy ustawić przełącznik M w pozycję ustawiania minut i przeprowadzić regulację potencjometrami P5 i P6. Po tej czynności należy przełącznik M ustawić w pierwotnej pozycji, zaś przełącznik G trzeba ustawić w pozycji nastawiania godzin i przeprowadzić regulację potencjometrami P7 i P8. Należy zwrócić szczególną uwagę, czy następuje poprawne przejście skoku dobowego. Gdyby którykolwiek z liczników nie chciał pracować należy spróbować zmniejszyć wartości R28, R37, R48, R57, R68, R79 (w zależności od tego, który z liczników sprawia kłopoty) do 330kW. Gdyby to nie pomogło, należy zwiększyć pojemności C14, C18, C22, C26, C30, C34 do wartości 6,8nF. Po uruchomieniu wszystkich liczników i regulacji potencjometrami można ustawić na zegarze prawidłową godzinę za pomocą przełączników M i G.
Obudowę zegara stanowi ocynkowana blacha stalowa grubości 1,5mm, wygięta w "U" o długości 50 cm, szerokości 20 cm i wysokości 9 cm.
Na rys.9 przedstawiono rozkład wyprowadzeń dekatronu Z562S.

Wyprowadzenia lamp są zawsze rysowane tak, jakby na lampę patrzyło się od strony cokołu

rys. 9

Rys. 9 Rozkład wyprowadzeń dekatronu Z562S

Błąd dobowy zegara okazał się nieduży. Po upływie tygodnia czasu wskazanie zegara dekatronowego różniło się od wskazania zegara komputera o 3 sekundy. Należy to tłumaczyć dość dobrą stabilnością częstotliwości sieci-obecnie odchyłka częstotliwości jest dużo mniejsza od 0,5%.
Należy jeszcze wspomnieć o możliwości budowy zegara dekatronowego z tradycyjnymi układami scalonymi. Dekatrony-selektory mogą być przecież sterowane jak wskaźniki nixie np. za pomocą układu 74141. W tym celu odpowiednie katody główne łączy się z wyprowadzeniami układu 74141, zaś katody pomocnicze należy pozostawić niepodłączone. Mam pełną świadomość, że takie cyfrowe sterowanie dekatronami jest dużo łatwiejsze niż budowanie układu z dużą ilością elementów biernych i kłopotliwą regulacją punktów pracy lamp. Kto nie ma ochoty na taką zabawę może się wzorować na jakimś opisie zegara z lampami nixie (opisy zegarów z lampami nixie są powszechne w internecie). Napięcie zasilania dekatronów musi być wyższe niż lamp nixie. To stwarza ryzyko, że trwałość układu 74141 może się zmniejszyć. Autor czynił próby ze sterowaniem dekatronów za pomocą układu 74141, jednak były to próby w krótkim przedziale czasu. Niekiedy można lampy nixie w zegarze zamienić na dekatrony. Na przykład zamiast wskaźnika Z566M czy LC-631 (Dolam) można bez żadnych przelutowań w podstawce włączyć dekatron Z562S.

autor:   Aleksander Zawada
aleksander.zawada@ep.com.pl

pusty
do góry
WsteczMenuDalej
pusty

UWAGA: Wszystkie umieszczone schematy, informacje i przykłady mają służyć tylko do własnych celów edukacyjnych i nie należy ich wykorzystywać do żadnych konkretnych zastosowań bez przeprowadzenia własnych prób i doświadczeń, gdyż nie udzielam żadnych gwarancji, że podane informacje są całkowicie wolne od błędów i nie biorę odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikające z zastosowania podanych informacji, schematów i przykładów.


Wszystkie nazwy handlowe, nazwy produktów oraz znaki towarowe umieszczone na tej stronie są zastrzeżone dla ich właścicieli.
Używanie ich tutaj nie powinno być uważane za naruszenie praw właściciela, jest tylko potwierdzeniem ich dobrej jakości.

All trademarks mentioned herein belong to their respective owners.
They aren't intended to infringe on ownership but only to confirm a good quality.


Strona wygląda równie dobrze w rozdzielczości 1024x768, jak i 800x600.
Optymalizowana była pod IE dlatego polecam przeglądanie jej w IE5.5 lub nowszych przy rozdzielczości 1024x768.


© Copyright 2001-2005   Elektronika analogowa
pusty
pusty pusty pusty