Wskaźnik wysterowania nixie (IN-9)

Wskaźnik wysterowania nixie (IN-9)

Witam w moim drugim artykule na Majsterkowie. Jest wiele sposobów na wakacyjny chillout, ja lubię coś budować słuchając dobrej muzyki :) Jako że ostatnio wpadła mi w ręce lampa nixie bargraph ИН-9 (IN-9), postanowiłem zbudować steampunkowy tzw. vu-meter, czyli wskaźnik wysterowania audio.

Założenia

    Chciałem, by wskaźnik :

  • Nie wymagał jakiegoś „egzotycznego” zasilania (tą kwestię omówię w dalszej części wpisu)
  • Miał wbudowany rozgałęziacz sygnału audio (odpada potrzeba stosowania jakiś fikuśnych trójników)
  • Był zbudowany tylko z układów analogowych, żadnych zbędnych mikrokontrolerów
  • Miał tryb manualny, w którym mógłby służyć jako zwykła lampka
  • Jak to na steampunk przystało, miał subtelny, ładny wygląd bez jakiś zbędnych bajerów
Mówiąc bajery, miałem na myśli coś takiego ;)

Sterowanie lampą

Lampa IN-9 jest lampą nixie, działa na zupełnie innej zasadzie niż technologia VFD, którą wykorzystałem w moim poprzednim projekcie (ło tu). Nixie to tzw. lampy wyładowcze, posiadają tylko anodę i katodę (jedną lub więcej – przy wyświetlaczach może być ich aż 10). Gdy pomiędzy anodą a katodą pojawi się wysoka różnica napięć, gaz wokół elektrody ujemnej zaczyna świecić. Kolor wyładowania i napięcie zapłonu zależy od użytej mieszanki i ciśnienia w bańce. Lampa IN-9 jest wypełniona neonem, napięcie potrzebne do jej zapalenia wynosi około 150-200V. Długość paska świecącego gazu zależy od przepływającego prądu, przy około 10mA katoda świeci się cała. Na rynku są dostępne bardzo podobne lampy, IN-13. Różnią się tylko dodatkowym, trzecim wyprowadzeniem do sterowania i mniejszym zapotrzebowaniem na prąd.

IN-9

Opublikuj swój projekt i odbierz 50% rabatu do wykorzystania w sklepie Nettigo.pl

 200V · 0,01A to 2W. Przy takiej mocy nie jest niczym dziwnym, że lampa rozgrzewa się podczas pracy do około 40°C

Jeśli pomylimy katodę z anodą, będzie to można poznać po świecącej kuli gazu wokół siatki anodowej. Drut, z którego została wykonana katoda, jest przymocowany z góry przez krótki odcinek grubszego pręcika, wtopionego w ceramiczną końcówkę lampy. Gaz w okół tego grubszego 5mm drutu nie powinien świecić, jeśli tak jest, oznacza to zbyt wysokie napięcie podłączone do lampy. Także jakieś niebieskawe łuki przeskakujące przy wprowadzeniach A i K wewnątrz lampy, są tego oznaką.

Zasilanie

Do zasilania całego wskaźnika używam zwykłego zasilacza 12V/400mA (zasilacz to dużo powiedziane, to tylko trafo i cztery diody), podłączanego do gniazda DC z tyłu obudowy.

DSF_8001

200V napięcia anodowego otrzymuję z lekko przerobionej przetwornicy Mirleya. Wstawiłem dławik o większej indukcyjności (470µH), także zamontowałem większy kondensator filtrujący na wyjściu: 4,7µF/400V. W sumie obniżanie napięcia z 230V do 12 a później znowu podnoszenie do 200 jest trochę bez sensu, ale tak można zasilać wskaźnik nawet z akumulatora :D

Uwaga ! W układzie przetwornicy występują wysokie napięcia ! Zachowaj szczególną ostrożność !

P9150_Schemat
Oryginalny schemat przetwornicy

Kondensator C1 filtruje napięcie wchodzące do układu i też tłumi zakłócenia z niego wychodzące. NE555 z R1, R2, R3 i C2 generuje wysoką częstotliwość sterującą IRF740, który zwiera drugi zacisk cewki do masy. W momencie odłączenia zasilania przez T1, w dławiku indukuje się nagły skok napięcia, który przechodzi przez diodę D1. Napięcie wyjściowe zostaje następnie wygładzone przez C4. R5, R6, P1 i T2 służą tutaj za pseudo-sprzężenie zwrotne. Jeśli napięcie zbytnio wzrasta na wyjściu, T2 załącza się i tym samym zmniejsza się częstotliwość NE555. Płytkę przetwornicy wykonałem oczywiście metodą termotransferu :) Ścieżki zostały zabezpieczone przed utlenianiem, kalafonią rozpuszczoną w nitro. Do IRF740 przykręciłem mały radiator z blachy aluminiowej 3mm. Podczas długiej pracy rozgrzewa się on do ok. 60°C. Na szczęście maksymalna temperatura pracy dla tego mosfeta to 150°C.

2015-06-05 18.20.18 2015-06-05 23.22.02

Sygnał audio

Sygnał audio nie jest tak naprawdę niczym innym jak zmieniającym się napięciem. Przedział częstotliwości wynosi od 20Hz do 20kHz (ludzka słyszalność), gdzie basy i tony niskie to 70-300Hz, głos to już pasmo 1kHz itd. Amplituda to zazwyczaj około 1Vpp, czyli przedział od -500mV do 500mV (peak-to-peak). Niestety obciążalność wyjścia w urządzeniach jest znikoma, a samo napięcie zbyt niskie, by sterować bramką tranzystora lampy.
500px-Line_levels

Sterowanie

Jak już mówiłem, sygnał audio jest zbyt słaby by sterować tranzystorem. Co zrobić ? Wstawić jakiś mikrokontoler ? Oczywiście, że nie ! Z pomocą przychodzi wynaleziony w 1941 roku, wzmacniacz operacyjny :D Posiada on dwa wejścia : odwracające (-)  i nieodwracające (+). Za pomocą odpowiednio podłączonych rezystorów, można dokładnie wyznaczyć wzmocnienie wzmacniacza.

 

Op-amp
Przykładowa konfiguracja wzmacniacza.
lm358
Pinout LM358 opisanego w dalszej części wpisu :)

Niestety większość wzmacniaczy potrzebuje zasilania symetrycznego (napięcia dodatniego oraz ujemnego o tych samych wartościach). To dodatkowo komplikuje sekcję zasilania, trzeba budować inwertery i tak dalej. Jako że napięcia ujemnego na wyjściu nie potrzebuję (bo tranzystor i tak nie będzie się włączał), wykorzystałem dość popularny wzmacniacz: LM358. Jest on podwójnym op-ampem w jednej obudowie i nie wymaga napięcia symetrycznego do pracy. A oto pełen schemat drivera lampy :

IN-9-nixie-driverDzięki opornikom 210Ω, zarówno kanał prawy jak i lewy sterują wskaźnikiem, nie zakłócając się przy tym nawzajem. Kondensator 0,1µF oraz rezystor 330Ω działa jako filtr środkowo-przepustowy, dzięki czemu pokazywany jest wyższy zakres częstotliwości, niż tylko basy. Co ciekawe, cały układ można by powielić np. 10 razy, podobierać filtry i mielibyśmy pełen analizator widma akustycznego. Następnie można wyregulować czułość przy pomocy potencjometru 5kΩ. Następuje wzmocnienie pierwszego stopnia na LM358, jakieś 22x. Następnie drugi wzmacniacz operacyjny (LM358 jest podwójny) finalnie podwyższa napięcie 211x. Taki sygnał przechodzi następnie przez zabezpieczenie przed zbyt wysokim napięciem na tranzystorze (rez. 68Ω i dioda zenera 5,1V), zostaje odrobinę odfiltrowany przez elektrolit 220µF i przez opornik 33kΩ steruje tranzystorem regulującym prąd lampy (pełne włączenie tranzystora następuje przy 5V na wyjściu op-ampa).

nixie-driver
Wzór ścieżek sterownika
2015-07-09 19.18.40
Gotowy sterownik
2015-07-09 19.17.50
Od strony ścieżek

Tryb manualny

Układ można także przestawić w tryb manualny, w którym wskaźnik jest zwykłą lampką, sterowaną pokrętłem. Po prostu przełącznik przełącza sygnał wejściowy tranzystora, ze wzmacniacza operacyjnego, na wyjście potencjometru 5kΩ (jest podwójny) podłączonego skrajnymi wyprowadzeniami do zasilania. Dzięki takiemu rozwiązaniu, można płynnie regulować gałką czułości długość świecenia paska.

Niestety, metalowa obudowa potencjometru wprowadza ogromne zakłócenia do układu, wskaźnik reaguje nawet na dotknięcie ręką drewnianej obudowy. Aby temu zapobiec, podłącz metalową puszkę do masy np. przylutowując do niej kabelek.

 

Panel sterowania

Panel sterowania został wytrawiony z miedzianego laminatu i przykręcony mosiężnymi śrubkami M3. Z tyłu przykleiłem czarną taśmę izolacyjną, by wytrawione napisy miały czarny, nie żółtawy (jak laminat) odcień. Panel też jest zabezpieczony przed utlenianiem, kalafonią w nitro.

2015-07-10 22.45.18

Front
Wzór w odbiciu lustrzanym.

DSF_8002

Od lewej :
  1. Potencjometr czułości.
  2. Podwójny przełącznik trój-pozycyjny SPDT – w lewo tryb manualny, w prawo sterowanie muzyką, w pozycji środkowej wyłączony
  3. Dwa, połączone ze sobą równolegle, wejścia jack 3,5mm

Obudowa

W sumie to właśnie obudowa była najtrudniejszą rzeczą w tym projekcie. Została wykonana ze sklejki wodoodpornej 4mm. Wycięcia pod kątem 45° wykonałem przy pomocy dremela i pilnika. Boki górnej części są wzmocnione „żebrami” ze sklejki 6,5mm. Całość jest połączona na „wikol”, małe gwoździki i śruby M3. Dolną pokrywkę można zdjąć, by dostać się do elektroniki. Na końcu całość pomalowałem ciemną lakierobejcą. Samą lampę zamontowałem w „kloszu” z polutowanych drutów 2,3mm (łączenia zeszlifowałem i pomalowałem miedzianą farbą), przyklejonych żywicą epoksydową. Inspirację wziąłem z lamp ostrzegawczych, stosowanych w łodziach podwodnych :D Na przykład takich.

2015-07-07 16.18.14
Ochronny „klosz” na lampę
2015-07-09 18.50.35
Dolna część obudowy
2015-07-09 18.51.17
Dolna klapka
2015-07-09 20.41.53
Górna część obudowy z żebrami
2015-07-11 20.42.13
I z przyklejonymi bokami
2015-07-10 14.54.19
Wycięty dremelem otwór na przedni panel
2015-07-11 20.41.50
Oszlifowana obudowa, przed bejcowaniem
I w trakcie
I w trakcie
Wnętrze
Wnętrze
Steampunk i cyberpunk :D
Steampunk i cyberpunk :D

Efekt finalny :

I to by było na tyle :) Dziękuję za przeczytanie, w razie jakichś sugestii, proszę napisać w komentarzu, do zobaczenia :D

 

Ocena: 4.81/5 (głosów: 97)
Nettigo - patron działu Elektronika

Podobne posty

41 komentarzy do “Wskaźnik wysterowania nixie (IN-9)

  • Fachowo, jasno i wyraźnie. Czułem się jakbym czytał tekstową wersję RS Elektronika :)

    Gdybyś zrobił lepsze zdjęcia dałbym 6 gwiazdek, a tak to tylko 5 :)

    Odpowiedz
  • Piękne cudo! Uwielbiam wszystkie typy lamp elektronowych :D
    Ja jednak zrobiłbym wersję stereofoniczną z dwiema lampami, ale i tak wygląda bosko! Gratuluję wykonania ;)

    Odpowiedz
    • Dziękuję :D Niestety, miałem tylko jedną lampę, więc nie mogłem z oczywistej przyczyny zrobić stereo. Można zbudować podwójny układ na jakimś poczwórnym wzmacniaczu operacyjnym. Co do lamp to tylko mam jakiś taki strach przed kineskopami (niebezpieczne ze względu na próżnię i nap. anodowe) :)

      Odpowiedz
  • No i tak trzymać , widzę że kolega wziął sobie do serca rady innych użytkowników, swoją droga obudowa tego projektu jest stylistycznie o niebo lepsza od poprzedniego, można by się tylko przyczepić do pokrętła potencjometru – ten czerwony kolor nijak mi tam nie pasuje (może czarny?) Ogólnie projekt bardzo mi się podoba, lubię takie klimaty – daję zasłużone 5*

    Odpowiedz
  • Za wygląd 5 ale za elektronikę tylko 3, lm358 jest na tyle tani że było wstawić jeszcze jedną kość w układzie wtórnika na wejściu aby uzyskać porządną separacje kanałów, w aktualnym układzie podłączają to urządzenie równolegle ze wzmacniaczem uzyskujemy spore przesłuchy między kanałami. Rozwiązanie z rezystorami jest naprawdę nieszczęśliwe wręcz rodem z chińskich jamników bym powiedział

    Odpowiedz
    • Racja, właśnie nie wiedziałem jak zrobić dobrą separację kanałów :D W najbliższym czasie zrobię modernizację, wystarczy przecież tylko wsadzić osobną płytkę z drugim WO przed wejście.

      Odpowiedz
  • Witam. Jakie należałoby wprowadzić zmiany w ten schemat, by wyłapywane były jedynie czestotliwości audio powiedzmy 100-600Hz….. 700-2500Hz itp. nawiązuję do Twojej wzmianki że da radę zrobić wielosłupkowy analizator widma. Tu jednak koniecznym byłaby jakaś ingerencja w ten układ i w każdym nieco inne zmiany powprowadzać, ale jakie i gdzie(?)
    Pozdrawiam

    Odpowiedz
    • Wszystko zależy od filtra na wejściu. Aktualnie jest to (tak jak już pisałem) filtr górno-przepustowy. Częstotliwość graniczna zależy od wartości rezystora i kondensatora (aktualnie to 0,1uF i 330Ohm). Jeśli chciałbyś, żeby filtrowane były częstotliwości nie od granicznej do nieskończoności tylko od zera do granicznej, bądź od granicznej do granicznej, musisz zmieniać konfigurację elementów :D Wszystkie schematy i kalkulatory do obliczania częstotliwości znajdziesz bez problemu w necie :)

      Odpowiedz
      • Witam. Dziękuję za odpowiedź, już teraz kapuję co i jak. Wcześniej nie zapoznałem się z ogólną zasadą jak to w ogóle działa: ) A proszę mi powiedzieć bo śledzę w necie schematy tych filtrów, i niektóre są z 3 wzmacniaczami, tzn 2 x układ LM358, no i jeden wzmacniacz (pół LM358)nieużywany. To po prostu po to żeby mógł słabszy sygnał trafiać do tego filtra? Jest to po prostu bardziej wzmocnione według Pana? czy zastosowanie tego trzeciego wzmacniacza ma inny cel?
        pozdrawiam: )

        Odpowiedz
      • Widzę że masz dużą wiedzę na temat elektroniki, może mógłbyś mi podpowiedzieć bo jakoś nigdzie nie mogę uzyskać odpowiedzi. Czy do zegara z tego projektu http://mirley.firlej.org/zegar_nixie mógłbym użyć zamiast lamp lc513 lampy lc531? Wiem że te lampy mają inaczej rozmieszczone wyprowadzenia wiec trzeba będzie odpowiednio podłączyć oraz podkręcić troche napiecie na przetwornicy bo te chodzą na wyższym. Ale tak poza tym czy będzie działać poprawnie ? Mam okazję zakupienia 6 lamp lc531 po dobrej cenie oraz jakoś bardziej mi się poda zegar na nich niż lc513

        Odpowiedz
      • Dzięki wielkie, schemat otrzymałem. Przy okazji zapytam. Chcę zrobić wskaźnik na 2 lampach oddzielnie lewy kanał i prawy, czyli zrobić 2 oddzielne układy? czy da się zrobić to jakoś prościej ?

        Odpowiedz
        • Przetwornica WN może zostać jedna, niestety układy ze wzmacniaczami operacyjnymi trzeba zrobić podwójnie :/ Także ten pseudo „sumator sygnałów” na wejściu, złożony z dwóch rezystorów 210Ohm, możesz pominąć :D

          Odpowiedz
        • Taki zestaw widziałem dziś na allegro. Rozglądam się codziennie w temacie nixie i przyuważyłem ‚Analizator widma nixie’. Za kilkadziesiąt zł koleś sprzedaje 2 lampy, 2 filtry i zasilacz. Na filmie u niego wygląda to dosyć ciekawie.

          Odpowiedz
  • @MarkFive ciekawe, ze strony układowej wszystko jest bardzo podobne do mojego (tylko inne rozmieszczenie elementów) :D Ale do mosfeta przetwornicy przydałby się tam radiator, obie lampy pobierają już sporo energii.

    Odpowiedz
    • No niby coś tam mozna dokręcić dla uciekania ciepła:P Myślałem czy sobie to kupić i na łatwiznę pójść, bo ten film fajnie wygląda. Słupki skaczą dość radośnie;D A schemat może jakiś z internetu ten sam albo podobny. W końcu te filtry chyba podobne w budowie.
      Czytam nieprzerwanie od niedawna o tych wskaźnikach VU i znalazlem taki film gdzie w opisie twórca pyta widzów czy wiedzą czemu te dwie lampy po lewej się tak głupio zapalają
      https://www.youtube.com/watch?v=Hs91jhrXU4I
      Widziałem na innych vu ze tez tak się robi: ( Ciekawe czy to od długiego używania czy one są wadliwe. Ciekawe ile taka lampa działa bez awarii

      Odpowiedz
      • Oj dłuuugo może działać :) U mnie też czasem jest taki efekt, jak lampa długo stoi wyłączona, albo jak odetnę na chwileczkę zasilanie W pierwszym przypadku to wskazywałoby na zasilanie, że jest za niskie. A drugi oznaczałby po prostu że wyładowanie w gazie jeszcze nie zgasło całkiem i później zapaliło się „od końca”. Myślę że właśnie to jest przyczyną takiego działania w tamtych lampach i powinien ustawić coś w rodzaju prądu podtrzymania (nawet przy zerowym sygnale świeci się kilka milimetrów u dołu).

        Odpowiedz
  • Mam pytanko co do pary rezystorów 1.5k przy zasilaniu lampy. Wnioskuje, że są ograniczeniem prądowym. Tylko nie rozumiem czemu maja taką wartość? max prąd potrzebny dla lampy to 0.01A . Z prawa ohma wynika, że powinny tam być dwa rezystory 30k. albo jeden 15k ograniczy to prąd do max 0.012A. Robiąc testy przy zasilaniu bezpośrednim lampy rezystory 0.5w gotowały się, co jest zrozumiałe, bo moc wydzelana na rezystorze wynosi ponad 2w. Zabieram sie do zrobienia analizatora na 22 lampach po 2 na oktawę i staram sie dopytac co i jak, pozwoli to uniknąć problemów.

    Odpowiedz
  • A ja trochę z zupełnie innej beczki. Zafascynowała mnie również muzyka, którą puściłeś do zobrazowania efektu zmian elektronowego UV-metru. Starałem się znaleźć to jakimś programem do rozpoznawania, ale pudło. A chciałbym jej sobie przy robotach jakichś w większej całości posłuchać. Jak nie sprawi to jakiegoś kłopotu, to podaj proszę namiary na ten utwór. Z góry dziękuję! :-)

    Odpowiedz
  • Chciałbym zbudować taki wyświetlacz widma sygnału audio z użyciem 18 lamp (3 dekady po 6 lamp). Ale im więcej o tym czytam tym większy mam mętlik w głowie :D… Panie Janku, nakierował by mnie Pan na „dobrą stronę mocy” ?

    Odpowiedz

Odpowiedz

anuluj

Nie przegap nowych projektów!

Zapisując się na nasz Newsletter będziesz miał pewność, że nie przegapisz żadnego nowego projektu opublikowanego w Majsterkowie!

Od teraz nie przegapisz żadnego projektu!

Masz uwagi?