Отравление катодов газоразрядных ламп

Электронное
периодическое издание

Отравление катодов выходных ламп
с помощью выпрямительных кенотронов

Сперва уточним, что процесс отравления катода (разрушение искусственно нанесённого поверхностного слоя, обеспечивающего необходимую эмиссию электронов) в общем случае происходит при попытке тем или иным способом "вырвать" из катода больше электронов (в единицу времени), чем обеспечивает его эмиссионная способность. На практике это происходит при взаимодействии термоэлектронной (то, что может дать катод) и электростатической (попытка вырвать больше) эмиссии. Условиями для этого являются : 1) недогретый катод при наличии электрического поля анода (+Еа); 2) отсутствие (или недостаток величины) "минуса" на управляющей сетке (-Ug), что явилось бы препятствием проникновения поля анода на катод (К). Эти условия будут выполнены, если аноды ламп питать от полупроводникового выпрямителя, который обеспечивает почти мгновенную подачу +Еа, когда катод ещё не нагрет. Поэтому на первый взгляд название статьи парадоксально, т.к. утверждение о том, что кенотрон защищает катод выходной лампы, вошло в схемотехнику усилителей Hi-End как аксиома с давних времён. Другой аксиомой является утверждение о якобы улучшении качества звука с применением кенотронов. Если взглянуть на схемы старых радиол или телевизоров, можно заметить, что через кенотрон запитано большое число ламп. Это означает, что кенотрон существенно мощнее любой из этих ламп, а, значит, имеет более массивный, энерционный катод. Т.е. все питаемые лампы прогреются прежде, чем кенотрон осуществит "поставку" напряжения на их аноды (+Еа) , что и обеспечит защиту катодов ламп от отравления. Однако, в усилителях Hi-End из-за стремления максимально укоротить тракт прохождения сигнала, обычно ограничиваются двумя-тремя каскадами, т.е. кенотрон имеет тот же порядок величины выпрямленного тока, что и анодный ток мощной выходной лампы. Поэтому кенотрон "поставляет" +Еа тогда, когда К выходной лампы подогрет и "готов к отравлению". Практика показывает, что кенотроны греются быстрее выходных ламп и в этом смысле ничем не лучше полупроводниковых диодов. Исключение могла бы составить комбинация из косвеннонакального кенотрона и прямонакальной выходной лампы.

В данной статье речь пойдет о том, как применение кенотрона ещё более усугубляет отравление катодов для многих типовых схем построения усилительных трактов. На рис.1 показана наиболее типовая схема двухкаскадного усилителя с ёмкостной связью.

Допустим, что питание анодов осуществляется через полупроводниковый выпрямитель. Сразу после включения питания начнет заряжаться проходной конденсатор (Спр), вызывая импульс напряжения положительной полярности (рис.2.1.) на управляющей сетке (+Ug).

Постоянная времени заряда RСпр (R - суммарное сопротивление цепи заряда, большую часть которого составляет Rg) обычно не превосходит 0,1. 0,3 с. Катод в это время совершенно холодный, поэтому никакого отравления пока не происходит. Главное, чтобы в первый момент не возникло электрического пробоя промежутка "G-К". Снижению "выброса" +Ug способствует наличие входной ёмкости мощной лампы (иногда в цепь G включают дополнительный резистор) и увеличение постоянной времени RфСф. Конденсатор Спр зарядится до величины +Еа, т.к. холодная предварительная лампа полностью заперта. Т.к. она начнёт прогреваться первой, напряжение +Еа будет плавно снижаться. Конденсатор Спр освобождаясь от избыточного заряда, начнёт разряжаться через открывающуюся Л1, общий провод и Rg, создавая на последнем падение напряжения теперь "минусом" к G. К этому времени начнёт прогреваться выходная лампа (Л2) и наличие "минуса" на её G защитит её К от отравления или, по крайней мере, заметно снизит этот эффект. Получается что полупроводниковый выпрямитель не так уж плох.

Теперь применим вакуумный кенотрон. Л1 прогреется несколько быстрее кенотрона и Л2, т.е. Спр способен зарядиться только до величины анодного напряжения Л1. К тому же кенотрон исключит быстрый заряд Спр, а значит и "выброс" большой амплитуды +Ug. Однако, задержка, а затем плавный заряд Спр, поддерживающий "плюс" на G будит происходить во время прогрева катода Л2, т.е. когда катод "готов к отравлению" (рис.2.3). Другими словами кенотрон как бы "выжидает" эту готовность и способствует не "простому, а усиленному" отравлению катода, т.к. влияние поля Ug на катод в m-раз сильнее (m - статический коэффициент усиления), чем влияние поля Еа. Кроме этого возникает опасность вывести из строя G из-за наличия сильного сеточного тока который и является током заряда Спр с началом эмиссии катода Л2. Опасность возрастает при использовании промежуточного (драйверного) каскада, где сопротивление Ra, ограничивающее сеточный ток, снижено до нескольких кОм, а Спр выбрана слишком большой ёмкости, чтобы получить частоту среза ФВЧ на инфранизких частотах. Я противник последнего с точки зрения качества звука, но эта тема выходит за рамки данной статьи.

В случае применения трансформаторной связи между каскадами эффект отравления катода можно устранить или ослабить правильной фазировкой обмоток. Во время прогрева Л1 нарастание тока в первичной обмотке должно вызвать ЭДС во вторичной, направленной "плюсом" к общему проводу, а "минусом" к G, что будет соответствовать рис.2.2. В данном случае применение кенотрона является спорным и вряд ли оправдает дополнительные затраты. С одной стороны процесс происходит при более низком +Еа, с другой стороны величина Ug так же меньше (по модулю) из-за более плавного нарастания тока в первичной обмотке, чем при использовании полупроводникового выпрямителя.

Единственная типовая схема, где кенотрон необходим, - схема с непосредственной связью между каскадами. Но здесь не так стоит вопрос об отравлении, как беспокоит пробой промежутка "G - K" с момента включения питания до начала прогрева предварительной лампы. Чтобы исключить отравление, можно поставить выключатель в цепь накала кенотрона (вместо анодного выключателя) и включать накал, когда заведомо прогреется выходная лампа. Попутно будет исключен "хлопок" в динамиках, т.е. обеспечено "мягкое" включение анода. Этот способ применим для всех рассмотренных случаев, если аудиофильский мистицизм не позволяет отказаться от кенотрона, как от нагрудного амулета, спасающего в любых ситуациях.

В заключении хотелось бы отметить тот факт, что ухучшения качества звука при замене кенотрона на полупроводниковый выпрямитель не наблюдалось, если сразу после диодного моста включить резистор сопротивлением равным внутреннему сопротивлению кенотрона. С учётом этого резистора ВАХ прямой ветви полупроводникового выпрямителя (рис. 3.1) даже по внешнему виду превращается в ВАХ вакуумного кенотрона (рис.3.2.), кроме этого, резистор создаёт дополнительное звено сглаживающего фильтра, что создавало внутреннее сопротивление кенотрона.

На выставках "Российский Hi-End" после сеансов прослушивания ко мне часто подходили люди, выражая интерес к применяемым деталям. Я вынужден был частично уклоняться от ответов, чтобы не повергнуть в шоковое состояние аудиофилов, т.к. по их убеждениям, применять такие элементы, - категорически противопоказано! В любом случае, выбор той или иной элементной базы не должен подчиняться неким общепринятым догмам. Следует разобраться в целесообразности применения для каждой конкретной схемы и конструкции.

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.

Почта

понедельник, 15 сентября 2014 г.

Процедура лечения - питание "больной" лампы повышенным током, по очереди каждый катод энное количество времени, пока не "вылечится"

Если есть желание, прибор для тренировки можно собрать из того что есть под рукой!
Вот пример:

Нужно еще добавить тумблер остановки перебора, чтобы отдельную цифру лечить.
Iggis

Добрый день. У Вас на схеме указана катушка 330 мкГн, но на фото видно маркировка 221, гугл сказал что 220 мкГн, чему верить?

Для этого прибора это не принципиально. Можете поставить 300мкГ или 220мкГ. Ток насыщения больше 1А, гантелькой.

Под гантелькой Вы подразумеваете дроссель(http://belchip.by/product/?selected_product=00000799)?

Да.
PK0406 мал размерами, по току, скорее всего, он не подойдет.
PK0810 вот это Ваш размер.

Если совсем тяжело с катушками, попробуйте повторит это: (http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=3&t=3210&start=30518)

Какого номинала лучше PK0810 без изменения номиналов на схеме?

220-330мкГ
(PK0810) - говорит о том, что основа 8мм в диаметре и 10 мм в высоту :).

Здравствуйте
Собрал девайс, но вместо перебора у меня горят все катоды и греются микросхемы, кз вроде нет
Подскажите, где копать.
С уважением, Игорь

Подскажем :). Выпаиваете микросхемы DD1 и U1. Включаете девайс и мультиметром меряете напряжение на выходе элемента "И" DD2.2(плохо видно 6 нога вроде). Там должны появляться и пропадать 5В(если там постоянно 5В или 0В = не работает генератор на МС DD2). Если меандр на ножке присутствует, то впаиваете МС DD1 и после вкл. питания проверяете наличие меандра на Q0-Q4(его отсутствие не рабочая МС, проблемы с платой). Если он там тоже присутствует, то У Вас не работает k155ИД1(U1). Маркировку ее проверьте К155ИД1, а не 555ИД1 и т.п

Здравствуйте
Значит так, у меня пробило l7805, и все 12в пошли на мс), сегодня все перепаял, вроде заработало
Есть одно но, у меня горит только цифра 6, как добиться перебора? И почему нагревается 7805? Она же расчитана на 1.5А и в схеме питает только 3 мс? Резистор R6 на 24к обязательно ставить на HV? Конденсатор С1 100мкф на 16в плюсом к 1и 2 ноге ла3 или наоборот?
С уважением, Игорь

C1 плюсом к 1 ноге. R6 обязательно. Нагревается, потому что серия 155 очень прожорливая.
Меандр на выводе 6 DD1 есть?

Так, С1 стоит правильно, R6 поставил, на выводе 6 dd2 напряжение танцует от 0.8 до 3.6 вольта (по мультиметру).
Вот меня больше волнует выход 8,9,11,12 DD1 - если резистор r1 на минимуме, то на 8,9,12 ноге до 2в на 11 ноге до 1в, если резистор r1 по максимуму, то 8,12 до 3.6в, а 9,11 до 0.1в, если резистор по середине, то 8,9 до 3.8в, а 11,12 до 0.1в. Так должно быть или я косячу?
С уважением, Игорь

DD1 вроде живая, и что не перебирает совсем?Так и горит 6? Может 155ИД1 умерла?

да вроде ид1 менял, то одна цифра горит, то все загораются, на одной ид1 загорелась 6, потом что-то щелкнуло и загорелась 7, через шесть часов пришел домой, включил девайс, опять что-то щелкнуло и загарелась тройка и все это светится одновременно(((

Если желаете поиметь проблемы с работой и настройкой, то можно :). Автор схем ушел от этого преобразователя, к схеме с диодом и транзистором. Как думаете почему?

У Вас нормально работает преобразователь, лампа светится. Зачем это нужно?

Я еще не собрал плату, просто интересуюсь, какие будут проблемы с настройкой и работой?
Какой именно диод там нужен?

Доброго времени. В файле платы "Плата.dip" есть линии связи между элементами U12-C3, U9-U1 (К155ИД1). Это ошибка или они там нужны?

Лучше бы на рисунке отметили .

Эти связи уже разведены через резисторы 0 Ом, не обращайте внимания.

А чем можно заменить mpsa92 sot23? Протравил плату и только потом понял что их у меня нет (есть аналогичные в корпусе TO-92), да и в продаже не нахожу. Если заменить на MPSA92 TO-92 полагаю работать должно, ведь по сути одно и тоже. Или ошибаюсь?

Спасибо. Еще вопрос: элементы U1-U12 0 1206, чем можно заменить? И что за элемент U16 0805?

За типоразмер понял, вот только зачем вообще нужен U16? По схеме номинала нет и нулем он не отмечен (да и в том месте нет дорожек которые могли бы мешать организовать контакт - посмотрите как раз у вывода HV).

Если посмотреть на схему, то там стоит резистор R6 24K 0,5W, по факту на разведенной плате (Плата.dip) его нет, а на его месте стоит этот самый U16.

Прибор не знает какие лампы и каким током вы будете тренировать.

Поставьте U16 = 24кОм. Если он будет сильно греться , то вместо него поставите перемычку или 0 Ом , а сам резистор поставите внешний = не SMD.
Если лампа сильно "синит" или горит очень ярко,то резистор нужно увеличить.

Все, собрал наконец. Спасибо Вам за ответы.

Резистор не греется, но синева присутствует, хотя на мой вкус не слишком.
Скорость перебора регулируется (правда в какой то момент подвисало несколько раз - дотронулся до резистора отверткой и перебор опять пошел).

В каких единицах SMD конденсаторы: пико- или нанофарады?

С8 в пФ, остальные в мкФ

Спасибо, заработало с пол-тычка.

Здравствуйте. Подскажите принцип работы прибора. Как я понял он перебирает знаки поочередно, допустим 1, 2, 3 и т.д.? R1 как я понял меняется частота перебора. Я собрал прибор, работает интересно, сначало зажглась двойка и запятая, и это все мерцает с частотой где то 1 герц, частота регулируется резистором, потом зажглась шестерка и четверка и все это моргает, другие цифры не зажигаются. На 6 ноге D1 напряжение с 0.7 до 3.5 меняеится, на выходе ие5 тоже какие то импульсы идут,. Может быть ИД1 неисправна или не правильно работает?

На микросхеме DD2 собран генератор который генерирует меандр, частота которого меняется резистором R1. DD1 - счетчик, который считает импульсы от генератора и результат выдает на выводах Q0-Q3 в двоичной форме. U1 - дешифратор(с ключами),который преобразовывает двоичный код с выводов счетчика в десятичный.

Если на вход дешифратора(U1) подать комбинацию больше 9, то он будет в неопределенном состоянии: или погасит все цифры, или засветит несколько.

Заработало устройство, ид1 дохлая была хоть и новая не паянная, да и генератор на ла3 не хотел работать, заработал сам собой, до резистора переменного дотронулся рукой и генератор заработал, не знаю в чем там дело но работает пока даже при перетыкании питания.

Доброго времени суток. Имелось и у меня с десяток разных ГРИ с отравленными катодами. В принципе я их собирался выкинуть, но случайно почитав данную статейку решил не торопиться. Сие устройство собрал за 2 вечера, включил и оно не заработало. Поиски с лупой дали свой результат - вытравилась дорожка соединяющая выводы IC1. Запаял перемычку - заработало. Решил восстановить четыре лампы ИН-1 Напаялся проводками, включил и оставил в таком виде на пару часов. Все разряды восстановились - светят целиком, а не кусками как раньше. Поставил вторую лампу тренироваться. Немного греется 7805, но это нормально. транзистор силовой поставил IRF840, mmbta92 не нашел, поставил BC856. Дроссель самодельный - гантелька 330uH. Конденсатор 10uF x 400v не нашел, поставил от энергосберегайки 6,8uF ч 400v. Резистор 24 ком напаял навесом обычный на 0,25 вт вместо smd. Пока все работает, ничего не свистит, микросхемы и полевик чуть теплые. Конструкцией доволен, автору респект.

Добрый день!
Подскажите, это нормально что на выходе напряжение 460В?
И IRF740 через 1 минуту уже нагревается до неприличия, запах гари начинает идти!?

У Вас обрыв обратной связи. Возможно на переменнике или с делителем что то.

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.