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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik nixie ansteuerung frage (schaltplan)


Autor: guest (Gast)
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Hi

ich plane zZ den bau einer nixie uhr...wie so viele  :)

http://www.stefankneller.de/elektronik/nixieuhr/pl...

dazu habe ich mir diese schaltung vorgenommen, nur ist mir unklar was 
die diode d3 R11 und R12 machen :?

in der beschreibung steht was von:

Stromlaufplan für die Ziffer 0 irgendeiner der 6 Ziffernröhren.
Die Bauteile R11, R12 und D3 bilden die Klemmschaltung für die 
Bias-Spannung von 85 Volt.

als bwler denkt man da natürlich sofort...kann man das einsparen xD ohne 
qualitätsverlust versteht sich

gruß

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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guest schrieb:

> Die Bauteile R11, R12 und D3 bilden die Klemmschaltung für die
> Bias-Spannung von 85 Volt.

Was genau verstehst du an diesem Satz nicht?

Autor: Stephan M. (stephanm)
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Hi,

bezüglich der Notwendigkeit dieser Biasspannung habe ich 
unterschiedliche Aussagen gelesen, manche erachten sie als notwendig, 
manche nicht. Leider ist mir da bisher keine wirklich aussagekräftige 
Erklärung untergekommen. Weiß da jemand was dazu?

Ich hab selbst so eine Uhr aufgebaut, mit 4x ZM1210. Meine Anodentreiber 
sehen sehr ähnlich aus, als Kathodentreiber habe ich allerdings zwei 
ULN2003 eingesetzt - mit Biasing über Z-Dioden auf 45V. Das spart einige 
Bauteile. Funktioniert wunderbar und vom berühmt-berüchtigten 
Ghost-Effekt sehe ich auch nix.

Stephan

Autor: guest (Gast)
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ich verstehe ihn halt nicht...

so wie ich die sache atm sehe funktioniert das ganze doch folgendermaßen

ich habe eine spannungsquelle ...sagen wir 180V
sagen wir röhre benötigt >170V zündspannung und im betrieb einen strom 
von 3mA bei 140V

die strombegrenzung übernimmt der vorwiderstand und die zündspannung 
fällt komplett an der röhre ab...macht nix muss ja eh hoch sein..

was machen also konkret die zusätzlichen bauteile? :/
oder, wofür genau ist die biasspannung?

vermutlich verstehe ich irgendetwas noch nicht...nur was ist es?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stephan M. schrieb:
> bezüglich der Notwendigkeit dieser Biasspannung habe ich
> unterschiedliche Aussagen gelesen, manche erachten sie als notwendig,
> manche nicht.

Die Biasspannung (deutsch: Vorspannung) braucht(e) man insbesondere
in der eigentlichen Nixie-Periode, also in den 1960er/1970er Jahren,
weil man damals nicht in der Lage war, ausreichend spannungsfeste
Transistoren (zu einem brauchbaren Preis) zu produzieren.  (Zur
Erinnerung: Spannungsfestigkeit hat in erster Linie etwas mit der
Reinheit des Siliziums zu tun, also letztendlich mit der Beherr-
schung der entsprechende Prozesstechnologie.)  Dadurch wollte man
nicht die vollen 200 V an den Transistoren anliegen haben, die man
für den Betrieb der Glimmstrecke benötigt.

Man nutzt sich dabei aus, dass man für einen Betrieb der Glimmstrecke
ja nur einen Spannungshub benötigt, der von der minimal notwendigen
Brennspannung (Verlöschen auch bei bester Ionisation) zur maximal
notwendigen Zündspannung (sicheres Zünden auch bei niedriger
Temperatur und keinerlei Restlicht) reicht.  Typische Werte für sowas
liegen bei vielleicht 120 V als untere Brennspannung und 180 V als
Zündspannung, man kommt also mit 60 V Spannungsunterschied aus -- und
nur diese 60 V muss der Transistor vertragen (zuzüglich einer
Sicherheitsreserve).

Die Vorspannung entspricht nun genau diesem Spannungshub.  Sie
limitiert die Kollektorspannung, die die Transistoren im
ausgeschalteten Zustand ,,sehen''.  An der Röhre liegen dann Ua -
Ubias an.  Wenn der Transistor durchschaltet, liegt an der Röhre dann
die volle Spannung Ua an, mit der die Röhre zündet.  Im Betrieb wird
sie durch den Anodenwiderstand dann etwas reduziert.

Bessere Schaltungen haben die Vorspannung noch minimal stabilisiert.

Heutige Transistoren können andererseits auch die 200 V direkt
schalten, damit braucht man die Vorspannung nicht mehr.  Dafür könnten
die entsprechenden Transistoren etwas teurer sein als die, die man mit
Vorspannung benötigt.

Autor: MaWin (Gast)
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Die Schaltung ist überflüssig.
Sie stammt aus Nixie-Plänen in denen der 74141 verwendet wurde, der nur 
60V aushält.
Die Schaltung bewirkt dort, dass bei ausgeschaltetem Ausgang nicht mehr 
als 60V an den IC-Ausgang kommen.
Damit glaubte man, die Restspannung an der Nixi auf so niedrige Werte 
drücken zu können damit sie nicht mehr leuchtet.
Diese Schaltung ist aber beim MPSA42 unnötig, weil er 300V aushält, und 
bei 200V Versorgungsspannung eh nutzlos, weil eine Glimmlampe bei 140V 
trotzdem leuchtet. Man müsste die Versorgungsspannung auf 130V senken, 
wie das bei 74141 auch gemacht wurde.

Vergiss so schlechte Schaltungen, bei denen der Autor offenbar nicht 
weiss, was er tut.

Autor: guest (Gast)
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also dient dieser ganze schaltungsteil(d3,r11,r12) garnicht der nixie 
röhre, sondern lediglich den ansteuerungs-bauteilen?

ich würde die schaltung im prinzip genauso bauen nur eben ohne diese 3 
bauteile

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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guest schrieb:
> also dient dieser ganze schaltungsteil(d3,r11,r12) garnicht der nixie
> röhre, sondern lediglich den ansteuerungs-bauteilen?

Ja.

> ich würde die schaltung im prinzip genauso bauen nur eben ohne diese 3
> bauteile

Wenn deine Transistoren die 200 V sicher vertragen, kannst du das tun.

Autor: Lochrasterfan (Gast)
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MaWin schrieb:
> Die Schaltung ist überflüssig.

ich hab' die Schaltung von Stefan Kneller auch (leicht abgewandelt) 
nachgebaut und gerade eben fertiggestellt. Ich setze einen ATmega 8 ein 
und einen 74141 als Treiber - bzw. den russischen Nachbau davon - und 
habe auf fraglichen die Dioden und die Widerstände verzichtet - es 
funktioniert bisher auch so (Läuft jetzt seit 3 Stunden).

> Sie stammt aus Nixie-Plänen in denen der 74141 verwendet wurde, der nur
> 60V aushält.
> Die Schaltung bewirkt dort, dass bei ausgeschaltetem Ausgang nicht mehr
> als 60V an den IC-Ausgang kommen.

Danke für den Tipp, MaWin, ich werde die Schaltung dann also noch 
nachrüsten ...

@ guest: Das HV-Netzteil von Stefan Kneller ist m.E. auch nicht 
notwendig. Das hier:

http://www.jb-electronics.de/html/elektronik/nixie...

tut's auch, sogar noch besser: der MOSFET bleibt wesentlich kühler ...

Autor: Stephan M. (stephanm)
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Lieber Jörg,

dankeschön für Deine Erklärung. Soweit war mir das ganze schon Klar, 
jedoch geht Herr Kellner auf seiner Homepage ja einen Schritt weiter:

"Mit einer BIAS-Spannung an den Kathoden (hier 85 Volt) werden 
Übersprechen und Abstrahlung reduziert. Die Kathoden können so keine 
Anodenfunktion innerhalb der Displaymatrix übernehmen. Damit werden 
unerwünschte Leuchterscheinungen wie z.B. Geisterbilder vermieden. Dies 
ist bei Ansteuerung der Röhren im Multiplexbetrieb wichtig und kommt der 
Lebensdauer der Röhren und einem scharfen, kontrastreichen Displaybild 
zugute."

So richtig einleuchten will mir diese Aussage aber nicht. Viele 
Schaltungen verwenden aber trotz der preiswerten Verfügbarkeit von 
geeignet spannungsfesten Transistoren nach wie vor eine Klemmspannung. 
Ich hab mir damals zusammengereimt, dass das möglicherweise mit den 
Restströmen der Transistoren zusammenhängt und so über eine positive 
Vorspannung der inaktiven Kathoden halt eben unerwünschte 
Leuchterscheinungen unterdrückt werden. Genauer untersucht habe ich das 
selber aber nicht, abgesehen von einigen vielen Stunden 
Internetrecherche.

Jörg Wunsch schrieb:
> Die Vorspannung entspricht nun genau diesem Spannungshub.  Sie
> limitiert die Kollektorspannung, die die Transistoren im
> ausgeschalteten Zustand ,,sehen''.

Genau diesen "Trick" habe ich benutzt, um die ULN2003 als 
Kathodentreiber verwenden zu können. An Pin 9 des ULN2003 sitzt bei mir 
eine 45V Z-Diode. Damit spart man sich eine Menge Bauteile.

guest schrieb:
> ich plane zZ den bau einer nixie uhr...wie so viele  :)

Die Idee mit den in Epoxydharz gegossenen Sockeln für die Nixies habe 
ich vom Herrn Kellner übernommen, funktioniert super, auch wenns ne 
rechte Friemelei ist, die Kontaktbuchsen auszurichten. Geeignete 
Kontaktbuchsen für den Bau der Sockel gibts übrigens recht preiswert bei 
Bürklin, 20 Kontakte für 1.55€ zzgl. MwSt.

Viel Spaß beim bauen,

Stephan

Autor: guest (Gast)
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>Das HV-Netzteil von Stefan Kneller ist m.E. auch nicht
>notwendig. Das hier:

>http://www.jb-electronics.de/html/elektronik/nixie...

der mc34063 ist bei mir auch geplant. danke für den link


>Die Idee mit den in Epoxydharz gegossenen Sockeln für die Nixies habe
>ich vom Herrn Kellner übernommen,

ich werde meine einfach einlöten... sind ин-14 die haben drahtbeine und 
einen abstandshalter


das schwierigste ist meines erachtens eh die verpackung...die meisten 
uhren die man im netz findet sehen gelinde gesagt scheiße aus....

das problem ist das man gewöhnlich keine fräse oder drehbank zuhause hat 
:(
hab meinen aktuellen design-entwurf mal angehängt...evtl. hilft er ja 
dem ein oder anderen...ist noch recht leicht umsetzbar...das design ist 
noch ziemlich am anfang..daher sorry für die schlechte render version, 
details kommen erst zum schluss

Autor: MaWin (Gast)
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> Danke für den Tipp, MaWin, ich werde die Schaltung dann also noch
> nachrüsten ...

Das hatte ich nicht mit "überflüssig" gemeint....

> hab meinen aktuellen design-entwurf mal angehängt...

Erstaulich, wie fix man heute ein 3d-Bild hinzaubern kann.

Wenn ich lesen muß, wie vorsichtig die Leute heute mit Nixies
umgehen "teuer, leicht kaputt" finde ich es erstaunlich, warum
man die Dinger an prädestinierter Stelle zerdeppern lässt.

> http://www.jb-electronics.de/html/elektronik/nixie...

... ist für 12V, dabei entstehen nicht ganz so hohe Verluste wie bei 5V. 
Taugen tun beide Varianten nichts, man sollte kleine Trafos wickeln oder 
eben gleich einen Netztrafo mit ca. 200 gleichgerichteten Volts 
einbauen.

Und wenn schon Schaltregler, dann kann auch der uC als Oszillator wirken 
und man spart sich den MC34063.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stephan M. schrieb:
> Die Kathoden können so keine
> Anodenfunktion innerhalb der Displaymatrix übernehmen.

Um die Verhältnisse bei einer matrixförmigen Anordnung, wie man sie
bei Multiplexbetrieb benutzt, habe ich mir allerdings auch noch keine
Gedanken gemacht.  Meine Uhr ist statisch gesteuert, schon der EMV-
Schweinerei wegen: nachdem ich den Schaltwandler für die Anoden-
spannung ,,eingeblecht'' habe, konnte ich den DCF-77-Modul wenigstens
noch mit ins Uhrengehäuse packen.  Bei Multiplexbetrieb kannste das
wohl vergessen, da muss er dann abgesetzt sein.

(Außerdem hatte ich einen Stapel alter WF-Module bekommen, sodass
die Parallelansteuerung praktisch schon vorgegeben war.)

Autor: Stephan M. (stephanm)
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Jörg Wunsch schrieb:
> Meine Uhr ist statisch gesteuert, schon der EMV-
> Schweinerei wegen: nachdem ich den Schaltwandler für die Anoden-
> spannung ,,eingeblecht'' habe, konnte ich den DCF-77-Modul wenigstens
> noch mit ins Uhrengehäuse packen.  Bei Multiplexbetrieb kannste das
> wohl vergessen, da muss er dann abgesetzt sein.

Bei meiner Uhr - 4 ZM1210 im Multiplex und einem Schaltreglerdesign für 
das man mich hier lynchen würde - mindestens 1,1m mit dem 
Reichelt-DCF77-Modul. Dem Modul hab ich neben einem Treibertransistor 
auch noch ne LED spendiert, und bei kleineren Abständen zur Uhr ist da 
nichts als wildes geblinke.

Bei größeren Abständen empfange ich dann zwar mal was sinnvolles, aber 
öfters auch "falsche" Zeitcodes, die zwar von der Parity-Bit-Prüfung 
abgesegnet werden, den nachfolgenden Plausibilitätstest aber nicht 
bestehen.

Stephan

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

noch so am Rande: nicht jede Nixie mag Multiplexbetrieb. Hängt vom 
Materiel der Elektroden und der Gasfüllung ab, Die höheren Spitzenströme 
und die "komplett aus Zeiten" können dafür sorgen, daß die Dinger 
relativ schnell ungleichmäßig leuchten oder sich Metall auf dem Glas 
ablagert.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: 900ss D. (900ss)
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MaWin schrieb:
> Vergiss so schlechte Schaltungen, bei denen der Autor offenbar nicht
> weiss, was er tut.

Von diesen Uhren (von S. Kneller) laufen bei mir 5 Stück. Eine davon hat 
ca. 4 Jahre Betrieb hinter sich. KEIN Ausfall.
Außerdem weiß ich ziemlich sicher, dass von den Uhren (mit der 
Schaltung) ein paar hundert laufen (ohne Ausfall der von der Schaltung 
herrührt).
Selbst in Spanien, Östereich, England, Chile und Paraguay funktionieren 
die Uhren fehlerfrei. Also soooo schlecht kann die Schaltung nicht sein 
;-)
Und ich kenne den Entwickler der Schaltung. Er ist nicht ganz so dumm, 
wie du (MaWin) ihn hier hinstellen willst. Und zu verbessern gibt es an 
fast jeder Schaltung etwas.

> ... ist für 12V, dabei entstehen nicht ganz so hohe Verluste wie bei 5V.
> Taugen tun beide Varianten nichts, man sollte kleine Trafos wickeln oder
> eben gleich einen Netztrafo mit ca. 200 gleichgerichteten Volts
> einbauen.

Wenn jemand nun keinen Trafo dafür einsetzen möchte, um die gesamte 
Schaltung mit 12V (Steckernetzteil) zu versorgen, was macht er dann? 
Dann ist diese Variante mit dem Schaltregler schon OK. Vielleicht ist 
der Wirkungsgrad nicht perfekt, aber meine Uhr mit 6* IN18 im 
Multiplexbetrieb zieht bei 12V gerade 250mA. Ist wohl zu verscherzen.

>
> Und wenn schon Schaltregler, dann kann auch der uC als Oszillator wirken
> und man spart sich den MC34063.
Habe einmal eine Gerät gebaut, wo das so realisiert ist. Das würde ich 
nicht wieder machen, da man dann übel die SW testen kann (beim 
Breakpoint ist der "Schaltregler" dann tot). Und sooo teuer ist der 
MC34063 auch nicht. Warum den also sparen? Da kann ich mich im uC genau 
auf die Aufgabe konzentrieren (Zeit messen und Nixies ansteuern im 
Multiplex).

Also MaWin, ich kann dir die Uhr empfehlen, wenn du dir nicht selber 
eine entwickeln kannst ;-)

Autor: 900ss D. (900ss)
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guest schrieb:
> das schwierigste ist meines erachtens eh die verpackung...die meisten
> uhren die man im netz findet sehen gelinde gesagt scheiße aus....

#räusper# dein Verpackungsentwurf entspricht auch nicht meinem 
Geschmack. Ist eben alles Geschmackssache :-)

Aber womit du das 3D-Bild erzeugt hast, das würde mich schon 
interessieren.
Danke für die Info.

Autor: 900ss D. (900ss)
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MaWin schrieb:
> Vergiss so schlechte Schaltungen, bei denen der Autor offenbar nicht
> weiss, was er tut.

Nachtrag: Und bitte MaWin, zeig mir eine Baubeschreibung einer Nixieuhr 
im Netz, die die Qualität (in der Darstellung und Aufbereitung) hat, wie 
sie bei S. Kneller zu finden ist. Selbst für Anfänger ist das perfekt 
so.

Autor: MaWin (Gast)
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> > Wenn jemand nun keinen Trafo dafür einsetzen möchte, um die gesamte
> > Schaltung mit 12V (Steckernetzteil) zu versorgen, was macht er dann?

Sagte ich:

> man sollte kleine Trafos wickeln

damit meine ich statt einen Boost-Schaltregler nur mit Spule baut man 
besser so was wie die Zündspule im Auto, dort wird auch 
hochtransformiert.

Da ist die Interwindungskapazität nicht so wirkungsgradbremsend, man 
kommt mit besserem Wirkungsgrad auf höhere Spannungen, und 5V->200V ist 
ja schon das 40-fache. Besonders kluge Leute bauen in die Spule noch 
einen Permanentmagneten.

> ich kann dir die Uhr empfehlen, wenn du dir nicht selber eine entwickeln kannst

Als ich geboren wurde, gab es noch Nixies statt 7-Segment-LEDs, für mich 
sind die also nichts besonderes. Eine meiner Uhren bestand mal aus 28 
1,15m langen Leuchtstoffröhren... (angesteuert per mechanischer 
Schleifringe).

Autor: 900ss D. (900ss)
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MaWin schrieb:
> Da ist die Interwindungskapazität nicht so wirkungsgradbremsend,

Hmmm... Wie ich schrieb, braucht die Uhr mit IN18 ca. 250mA bei 12V. 
Möchtest du evtl. etwas Strom ins Netz zurückspeisen? ;-)
Zugegeben, evtl. ist eine andere Variante eines Schaltreglers eleganter, 
aber nicht so bastlerfreundlich mit einem Trafo, den man sich dann wohl 
selber wickeln muss.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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900ss D. schrieb:
> Zugegeben, evtl. ist eine andere Variante eines Schaltreglers eleganter,
> aber nicht so bastlerfreundlich mit einem Trafo, den man sich dann wohl
> selber wickeln muss.

Naja, früher mussten wir uns noch die Netztrafos selbst wickeln, da
wird's ja wohl mal zumutbar sein, einen kleinen Schaltregler-Trafo
zu wickeln. ;-)

Ich habe bei meiner Uhr das einfache step-up-Konzept dann auch
aufgegeben wegen mieser Wirkungsgrade und einen kleinen Trafo
genommen.  Hatte allerdings noch einen rumliegen, den man dafür
passend machen konnte.  Primäre 200-V-Versorgung (über speziellen
Trafo) wollte ich nicht, weil die Uhr fürs Kinderzimmer ist, da
war mir die separat "abgesegnete" Wandwarze als Versorgung lieber.

Autor: 900ss (Gast)
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Jörg Wunsch schrieb:
> Naja, früher mussten wir uns noch die Netztrafos selbst wickeln, da
> wird's ja wohl mal zumutbar sein, einen kleinen Schaltregler-Trafo
> zu wickeln. ;-)

Früher(tm) ist nicht wirklich ein Argument. :-)

Es ist sicher auch für Bastler machbar einen Trafo zu wickeln, keine 
Frage. Es ist aber schwieriger und aufwendiger.
Und die Lösung mit der Spule ist nicht sooo schlecht. Ich finde sie 
vollkommen ausreichend für diesen Zweck.

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