1. THÔNG BÁO TUYỂN ADMIN DIỄN ĐÀN 2013
    Tìm kiếm nhà trọ - Ở ghép
    THÔNG BÁO BÁN ÁO SPKT.NET CHO THÀNH VIÊN DIỄN ĐÀN


    HÃY TÌM KIẾM Ở ĐÂY TRƯỚC KHI ĐẶT CÂU HỎI
    {xen:phrase loading}

Nixie clock - Đồng hồ dùng bóng đèn điện tử !

Thảo luận trong '091011' bắt đầu bởi thuongdt, 2 Tháng mười 2010.

  1. thuongdt New Member

    Số bài viết: 791
    Đã được thích: 0
    Điểm thành tích: 0
    Hôm nay vào đọc blog của anh Minhdt, thấy cái này quá hay nên post cho AE có kinh nghiệm tham khảo. Em xin khất vài năm nữa hy vọng sẽ hiểu mạch.

    [IMG]
    Vào những thập niên 60 , khi kỹ thuật điện tử và bán dẫn còn ở thời kỳ sơ khai. Công nghệ hiển thị led 7 đoạn và LCD còn chưa hình thành trong giấc mơ của nhân loại thì bóng đèn điện tử chân không đã ra đời .Bên cạnh các bóng đèn khuếch đại được sử dụng trong các mạch âm thanh , mạch điều khiển các thiết bị quân sự... nhằm đáp ứng cho nhu cầu hiển thị số liệu trong các máy đo thì người ta đã sản xuất ra bóng đèn chân không hiển thị số và các ký tự đặc biệt có tên gọi là nixie tube

    Trong những nỗ lực tìm kiếm các thiết bị hiển thị thay cho led 7 đoạn đã quá nhàm chán tình cờ tôi đã có các bóng nixie tube và trong một lần tìm kiếm datasheets cho bóng IN14 trên internet tôi thật sự bất ngờ trước hàng ngàn thiết kế của giới moder trên khắp thế giới dành cho loại bóng nixie tube này...
    Lại một lần nữa niềm đam mê trong tôi trỗi dậy , lại nhiều đêm nữa mất ngủ ...
    Bài viết này là sự tổng hợp tất cả các kinh nghiệm trong suốt quá trình chế tạo chiếc đồng hồ nixie clock này qua nhiều phiên bản , hi vọng nó sẽ như một món quà gửi đến các bạn yêu kỹ thuật chút đam mê để cùng làm ra các sản phẩm không những độc đáo mà còn đậm nét sáng tạo và đậm chất Việt Nam ...

    I Đồng hồ dùng bóng nixie tube


    Sự hồi sinh của bóng đèn điện tử trong các thiết kế về âm thanh cao cấp phần nào nói lên rằng "dù công nghệ và kỹ thuật số có phát triển đến đâu thì vẫn không thể nào thay thế hoàn toàn cho kỹ thuật analog truyền thống " bởi lẽ giác quan và cảm nhận nghệ thuật của con người đã đạt đến độ tinh tế tới mức không có một máy móc nào mô phỏng được. Cũng chính vì vậy khi đã quá nhàm chán với sự rời rạc của DAC trong âm thanh ,của pixel trong hình ảnh , của khô cứng trong hiển thị số bằng led 7 đoạn... người ta lại tìm về những thứ một thời đã đi vào quên lãng .Những chủ đề về amplyfier đèn , về cơ đĩa than ,những bức ảnh chụp bằng phim ...luôn là những đề tài hấp dẫn mà chưa có hồi kết thúc.

    Trở lại với bóng đèn nixie tube ngày xưa chỉ được dùng trong các máy đo cồng kềnh thì bây giờ nixie tube đã có một đời sống mới - Nixie clock hay đồng hồ dùng bóng nixie tube.

    II Bên trong nixie tube có những gì?
    Cấu tạo của bóng nixie bao gồm có 2 phần đó là cực dương anode và âm cực cathodes

    [IMG]
    anode được cấu tạo bởi một màng lưới bao bọc xung quanh còn cathodes là các thanh kim loại được uốn thành các con số hoặc ký tự nằm xen kẽ lẫn nhau . Các thành phần này được cho vào ống thủy tinh hút chân không và trong môi trường của ống người ta thêm vào các chất khí ở áp suất thấp , thông thường chủ yếu là neon và thường một ít thủy ngân hoặc argon.
    [IMG]
    hình dạng thực tế của cathodes

    Hoạt động
    Đặt giữa anodes và cathodes một điện áp 170V một chiều với dòng điện cở vài miliamperes (mA) thì sẽ xuất hiện hiện tượng phóng điện và phát xạ ánh sáng mầu vàng từ cathodes
    vì cathodes được uốn thành hình các con số hoặc ký tự nên khi phát xạ ánh sáng nó sẽ xuyên qua các thành phần cathodes khác và xuyên qua cả lớp lưới anode để ra ngoài .
    [IMG]
    Để điều khiển cho bóng đèn hoạt động ta chỉ việc cấp vào anode một điện áp dương 170V và di chuyển cực âm vào các chân cathodes còn lại . Với bóng số thì có 10 cathodes tương ứng với 10 số từ 0 - 9 .
    [IMG]
    mạch thử với bóng nixie


    Dĩ nhiên trên đây là mạch thử với các cathodes được cấp bằng tay còn đồng hồ thật thì bạn phải thiết kế mạch điện để nó tự động cấp các ngõ ra hiển thị các con số vào đúng thời điểm quy định - đó chính là nguyên tắc của đồng hồ .
    Để nắm rõ hơn về cấu trúc của đồng hồ số và cách thức hoạt động của chúng xin mời bạn tham khảo link sau http://my.opera.com/minhdt/blog/?id=5960391

    III Nguyên lý hoạt động của nixie clock


    Sau khi đã nắm rõ nguyên tắc hoạt động của đồng hồ dùng led 7 đoạn ta biến đổi một chút xíu để thành đồng hồ dùng bóng nixie tube.
    Trước hết ta khảo sát cái sơ đồ khối của nixie clock
    [IMG]
    Nhìn sơ đồ các bạn sẽ nhận ra có sự khác biệt giữa điều khiển led 7 đoạn và bóng nixie tube cơ bản như sau:
    - Xuất hiện thêm khối cao áp (HV) 170V DC
    Để tạo điện trường đủ lớn giữa anode và cathodes để cho electron di chuyển tạo sự phóng điện thì bóng nixie tube cần có điện áp một chiều 170V trong khi với led 7 đoạn thì chỉ cần dòng phát quang tầm 10mA với điện áp rơi trên led > 2V
    - Các IC đếm của đồng hồ led có đầu ra TTL (0-5V) và thường lớn hơn 10mA nên kéo trực tiếp vào led còn bóng nixie tube do dùng điện áp cao nên phải có tầng đệm để kéo cathodes dùng transistor. các transistor phải là loại chịu được điện áp cao (high volt transistor)
    - Led 7 đoạn có 7 cathodes trong khi nixie tube có 10 cathode
    do vậy mạch đếm giờ phút giây phải là mạch đếm hệ 10 (decimal)

    1.Mạch cao áp

    sơ đồ
    [IMG]
    Thành phần chính của mạch dùng IC DC-DC convector MC33063 giá rẻ hoạt động ở tần số 100KHZ. Đầu ra tại chân 2 đưa vào cực G của IRF730 kích mở dòng qua cuộn cảm 100uH. Điện áp cao áp cảm ứng trên cuộn dây được nắn qua diode D1 và nạp vào tụ C5 , cầu trở r1, r2, r3 làm nhiệm vụ hồi tiếp để điều khiển cao áp . Khi lắp xong các bạn chỉnh biến trở r2 để đầu ra cao áp đạt đến điện áp 170V DC.

    2.Mạch đếm giây

    Để điều khiển 10 cathode của bóng nixie thì phải cần đến mạch đếm và chia 10 , Ứng cử viên sáng giá cho chức vụ này chính là CD4017 Decade Counter/Divider IC (datasheets http://www.national.com/ds/CD/CD4017BC.pdf)

    Mạch đếm giây có tác dụng nhận xung 1hz chuẩn từ đầu vào và đếm từ 00 - 59s sau đó tự động reset về 00 và gửi 1 xung đến mạch đếm phút
    đếm giây có sơ đồ như sau:
    [IMG]
    Tín hiệu từ modul 1hz chuẩn được đưa vào chân clock của IC4017, đầu ra từ Q0 -Q9 được đưa vào để kéo 10 cathode của bóng nixie hiển thị giây (s).
    Sau khi đếm đến giây thứ 10 thì đầu ra cary out (chân số 12 ) đưa ra 1 xung đến đầu vào clock của IC 4017 thứ 2 . Lần này ta chỉ cần đếm đến 5 (giây thứ 59) nên đầu ra Q6 được đưa trở lại chân reset để trở về 0 . một phần tín hiệu reset được đưa tới tầng đếm phút

    3.Mạch đếm phút

    Tương tự như mạch đếm giây , mạch đếm phút nhận 1 xung clock từ mạch đếm giây khi mạch đếm giây đạt đến giá trị 59 và trở về 00 và mạch đếm phút cũng gửi 1 xung clock (khi đã đạt đến 59 phút) sang mạch đếm giờ nên sơ đồ của mạch đếm phút cũng giống như mạch đếm giây
    [IMG]

    4.Mạch đếm giờ


    Khi mạch đếm phút đếm đến giá trị 59 và reset sẽ gửi 1 xung clock sang mạch đếm giờ , có 2 chế độ cho mạch đếm giờ đó là hiển thị mode 12h và hiển thị mode 24h .Nếu ở chế độ 12h thì các bạn phải làm thêm phần hiển thị AM và PM bằng 1 con flip flop như cd4013 . Trong khuôn khổ bài viết chỉ trình bày làm đồng hồ mode 24h và trên cơ sở nguyên lý các bạn có thể modify lại thành mode 12h một cách dễ dàng.
    Sơ đồ cho mạch đếm giờ như sau:
    [IMG]
    Khi số thứ nhất của giờ đến số 4 thì sẽ có mức cao đăt vào anode của opto PC817 và khi số thứ 2 của giờ nhảy đến số 2 (tức là vị trí 24h ) thì đầu ra số 2 ở mức cao qua trở R6 làm phân cực Q2 dẫn kéo kathode của opto pc817 xuống đất.
    Opto pc817 dẫn thông làm đầu ra dẫn tín hiệu mức cao từ nguồn VCC đưa vào chân reset của hai IC đếm giờ và mạch đếm giờ trở về 00
    Vì thời gian reset chỉ cở ms nên mắt người không thể thấy được số 24 mà chỉ ở 23 rồi về 00 ngay lập tức

    5.Mạch khuếch đại kéo cathode

    Đầu ra của CD4017 từ Q0 - Q9 được đưa vào khuếch đại trước khi kéo vào cathode của bóng nixie , transistor khuếch đại các bạn dùng loại MPSA42 . Sở dĩ dùng transistor này là vì nó có VCE 300V , nếu dùng loại thông thường thì trans rất dễ bị đánh thủng bởi điện áp cao của HV 170V
    Nếu không có transistor này các bạn có thể lấy loại có mã số 13001 hay có trong các thiết bị của trung quốc ...


    sơ đồ khuếch đại trên 1 bóng có dạng như sau:
    [IMG]
    để hoàn chỉnh đồng hồ bạn phải lắp 6 mạch này gắn vào 6 bóng nixie , nếu không cần hiển thị giây thì chỉ cần lắp 4 mạch mà thôi

    6.Mạch tạo 1hz chuẩn từ thạch anh


    Trong các sơ đồ nixie clock dạng analog của nước ngoài thường dùng ngay chính xung điện lưới 50HZ qua mạch chia 50 lần tạo ra 1hz nhưng đồng hồ của họ chạy rất chuẩn vì do họ dùng điện hạt nhân ! tần số điện lưới chỉ dao động khoảng một vài phần nghìn ...
    Nếu chia xung từ tần số thủy điện của Việt Nam thì một ngày đồng hồ chạy sai cở chục phút ...Chưa kể nếu cắt điện luân phiên thì không có cách nào để backup thời gian được
    Trong bài viết về đồng hồ số http://my.opera.com/minhdt/blog/?id=5960391 tôi đã trình bày về mạch chia xung từ thạch anh 32,768Khz ra 1Hz chuẩn nên sẽ không đề cập đến mạch này nữa mà chỉ đăng lại sơ đồ nguyên lý
    [IMG]
    mạch 1Hz dùng linh kiện SMD
    [IMG]
    7.Mạch backup thời gian khi mất điện

    tham khảo chi tiết tại link http://my.opera.com/minhdt/blog/?id=5960391

    sơ đồ
    [IMG]
    7.Phím bấm chỉnh giờ

    chi tiết tham khảo tại link http://my.opera.com/minhdt/blog/?id=5960391

    IV Bố trí linh kiện và lắp ráp

    Đồng hồ dùng bóng nixie clock có khá nhiều thành phần nên khi lắp ráp để gọn vào trong vỏ hộp bạn phải khéo léo bố trí , tốt nhất là làm các modul rời rạc và ghép nối chúng với nhau bằng jack cắm
    Để hoàn thiện đồng hồ chúng ta phải chế tạo các modul sau đây
    - Mạch cao áp
    - Mạch đếm (giờ , phút , giây )
    - mạch tạo xung 1HZ
    - Mạch hiển thị
    - Mạch backup thời gian
    .....

    design
    [IMG]
    [IMG]
    [IMG]
    tráng thiếc mạch in
    [IMG]
    bên trái là mạch hiển thị và bên phải là mạch đếm

    lắp ráp mạch đếm
    [IMG]
    [IMG]
    các IC CD4017 được dán phía dưới mạch in
    [IMG]
    hai mạch được ghép nối với nhau bằng connector
    [IMG]

    Hoạt động
    [IMG]
    V vỏ hộp

    Vỏ hộp của nixie clock được thiết kế từ gỗ Trắc đỏ và có độ dầy 4mm , mặt trên và dưới được ốp meka Acrilyc đen bóng
    , khi đồng hồ hoạt động sẽ phản chiếu 1 phần hình ảnh lên meka trông rất cool
    [IMG]
    dùng bóng IN-14
    [IMG]
    [IMG]
    [IMG]
    dùng bóng IN-12
    [IMG]
    [IMG]
    [IMG]
    xem thêm tại galery clock
    http://my.opera.com/minhdt/albums/show.dml?id=3318102

    Định dạng files: XPS
    Nếu máy tính bạn không đọc được xin vui lòng tải Microsoft .NET Framework 3.0 tại đây

    sau khi cài Microsoft .NET Framework 3.0 bạn Chỉ việc tải files về in ra rồi dùng công nghệ là ủi

    Modul 1HZ

    http://files.myopera.com/minhdt/files/1hz bottom.xps
    http://files.myopera.com/minhdt/files/1hz linh kien.xps

    modul cao áp

    http://files.myopera.com/minhdt/files/HV bottom.xps
    http://files.myopera.com/minhdt/files/HV sap xep linh kien.xps

    modul đếm giờ phút giây

    http://files.myopera.com/minhdt/files/counter bottom.xps
    http://files.myopera.com/minhdt/files/counter sap xep linh kien.xps
    http://files.myopera.com/minhdt/files/counter top mirror.xps

    modul hiển thị

    http://files.myopera.com/minhdt/files/display bottom.xps
    http://files.myopera.com/minhdt/files/display top mirror.xps
    http://files.myopera.com/minhdt/files/display sap xep linh kien.xps

    sơ đồ nguyên lý và giá trị linh kiện


    http://www.mediafire.com/?o7i5duhg26gh2eh
    http://www.mediafire.com/?gwp9fal7q9cc33f

    lưu ý máy tính cần phải có phần mềm vẽ mạch điện orcad mới xem được !

    Chúc các bạn thành công !

    link tham khảo
    http://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/Bruegmann-Digital-Roehren-Clock/Digital-Roehrenuhr.htm
    http://www.jb-electronics.de/html/elektronik/nixies/n_sammlung.htm
    http://www.electricstuff.co.uk/nixiegallery.html
    http://en.wikipedia.org/wiki/Nixie_tube
    http://www.tubeclockdb.com/
    http://www.educypedia.be/electronics/tubenixieclock.htm
    google with "nixie clock"
  2. croket_2512 Moderator

    Số bài viết: 2,190
    Đã được thích: 17
    Điểm thành tích: 38
    Giới tính: Nam
    bài này hay đó! nhưng kiếm mấy bóng này ko dễ đâu nha! ^^ và khoản đầu tư vào sản phẩm này cũng ko nhỏ với túi tiền sv đâu! chịu khó để dành đi! năm 3 chắc là phang được đó! :D
  3. thuongdt New Member

    Số bài viết: 791
    Đã được thích: 0
    Điểm thành tích: 0
    làm được cái đồng hồ này thì phải chăng là ngầu hết xẩy-quên đi led 7 segs và đưa về lại cái thời xa xưa
  4. angiakooo New Member

    Số bài viết: 39
    Đã được thích: 0
    Điểm thành tích: 0
  5. MrPat Member

    Số bài viết: 83
    Đã được thích: 11
    Điểm thành tích: 8
  6. quai_91 New Member

    Số bài viết: 12
    Đã được thích: 0
    Điểm thành tích: 0

Chia sẻ trang này