LM9022 - VFD Ghosting

[Alexander H. (alexander_h732)]

Hallo Leute,

ich habe vor einigen Wochen eine Uhr mit einem VFD und LM9022 aufgebaut 
(AC Filamentspannung und -20V Anodenspannung per Kaskade).
https://radiokot.ru/circuit/digital/home/215/05.gif

Leider bekomme ich das sogenannte Ghosting (Mitleuchten von nicht 
angeschalteten Segmenten) nicht ganz weg.
Im Netz hab ich mehrere Schaltungsbeispiele mit dem LM9022 gefunden.
Die einfachere Version ohne Z-Diode
http://magictale.com/wp-content/uploads/2015/06/VFD_PSU_EXP01_CircuitDiagram_Rev.1.0.pdf

funktioniert leider genauso „gut“ wie die Version mit Z-Diode.
https://audiocircuit.dk/downloads/harmankardon/HarmanKardon-DVD22-cd-sm2.pdf
(Seite 51)

In dieser Version
https://www.maltepoeggel.de/?site=iv18clock
wird die Kaskade (hier jedoch nicht invertiert) über 100nF an Masse 
angeschlossen.

In meinem Fall liegt die Kathode(Heizung) auf -20V. Beim Einschalten 
werden Gitter/Segmente auf GND gezogen. Das ergibt ein 
Spannungspotential von 20V, sodass 5V zum Einschalten des VFDs 
ausreichen.
Um die mitleuchtenden Segmente zu eliminieren, müsste deren Potential 
(im ausgeschalteten Zustand) negativer als das der eingeschalteten 
Gitter/Segmente sein. Also zB. -5V statt GND(0V). Ist die Annahme so 
korrekt?

NORITAKE spricht von „anode cut-off voltage (Ebco) and grid cut-off 
voltage (Ecco)“ also eine negative Spannung die dafür sorgen soll, dass 
nicht eingeschaltete Segmente sicher nicht mitleuchten.
Dann wird aber noch die „Filament Bias Voltages (Ek)“ genannt. Die 
Nutzung fällt aber in meinem Fall weg, da ich mit negativer 
Anodenspannung arbeite (die auf der Kathode liegt), richtig?

Gibt es einen analytischen Weg, das Ghosting zu Erfassen (Messen der 
ungewünschten Spannung an Gittern/Segmenten) und Lösungsansätze, die 
nachvollziehbar funktionieren?
Kann ich „Nachmessen“ ob eine Schaltung wie die von Harman Kardon 
funktioniert?


Viele Grüße und vielen Dank schonmal für Eure Hilfe.
Alexander

[Hp M. (nachtmix)]

Alexander H. schrieb:
> Die einfachere Version ohne Z-Diode

Das sind ja nur die Versorgungsspannungen.
Du aber wirst ein Problem mit der Ansteuerung haben, speziell mit den 
Anstiegs- und Abfallzeiten. Evtl auch mit zu hoher  Multiplexfrequenz 
oder zeitversetzten schalten der Digit- und Segmenttreiber.
Nimm dir ein Scope und schau dir die Steuersignale an der Röhre an. Evtl 
eine kurze Dunkelphase einbauen, bevor das neue Muster ausgegeben wird.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Verwendest Du einen PT63xx VFD zur Ansteuerung?

Ich baute mir vor vielen Jahren ein eigenes VFD SPI Modul auf dieser 
Basis und es funktionierte einwandfrei. Ich kann keinen Fehler in der 
Schaltung von Dir sehen. Ist meiner Schaltung gleich.

In der russischen Schaltung sind 300K nach -24V geschaltet. Ich hoffe Du 
hattest sie nicht "eingespart" und an der richtigen Stelle 
angeschlossen:-)

Diese 300K sind notwendig. Sonst könnte ich mir nur schlechte MUX Timing 
oder leckende Transistoren vorstellen. (Haben die Transistoren genug VCE 
Spannungs Kennwerte? Deine Transistoren solltem mindestens 40V oder mehr 
haben. Sonst könnten sie schon leicht bei 24V Strom ziehen). Auch 
schlechte Transistoransteuerung wäre denkbar.

Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2)"

Ich werde später versuchen, meine Schaltung zu finden und hochzuladen. 
Bei mir steuert aber ein ausgeschlachteter PT6311 das VFD an.

[Vanye R. (vanye_rijan)]

Bei mir hat das Prinzip auch schon mit Schieberegistern und externen 
Transistoren funktioniert. Wie oben schon jemand schrieb, die Probleme 
liegen an den Schaltzeiten. Oszi raus und kucken...

Vanye

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Alexander H. schrieb:
> ich habe vor einigen Wochen eine Uhr mit einem VFD und LM9022 aufgebaut
> (AC Filamentspannung und -20V Anodenspannung per Kaskade).
> https://radiokot.ru/circuit/digital/home/215/05.gif

Hast du nicht. Zeige deine Schaltung. Im Ganzen. Am besten noch mit 
Foto vom Aufbau, denn vermutlich hast du nicht das gebaut, was 
gezeichnet ist. Sonst gäbe es nämlich kein Ghosting.

> In meinem Fall liegt die Kathode(Heizung) auf -20V. Beim Einschalten
> werden Gitter/Segmente auf GND gezogen.

Du widersprichst dir selber. Oben schriebst du noch von -20V 
Anodenspannung (offensichtlich Quatsch).

Aber auch Gitter/Segmente werden in der russischen Variante zum 
Einschalten nicht auf GND gezogen, sondern auf +5V. Und sie müssen zum 
Ausschalten per Pulldown-Widerstand (im russischen Schaltplan: 300K) auf 
die negativstmögliche Spannung gezogen werden. Negativer als das 
Filament!

Das haben wir dir im anderen Thread ALLES SCHON MAL ERKLÄRT.

Ferner: welche Firmware verwendest du? Ich rate: die fremde Firmware? 
Dann kannst du davon ausgehen daß die funktioniert. Andernfalls nicht. 
Denn Ghosting ist oft ein Zeichen für einen Softwarefehler. Der 
Klassiker ist, das Gitter (alle Gitter!) nicht erst auszuschalten bevor 
man die Segmente neu lädt.

[H. H. (hhinz)]

Axel S. schrieb:
> Oben schriebst du noch von -20V
> Anodenspannung (offensichtlich Quatsch).

Positronenröhre!

[Malte P. (maltep87)]

Alexander H. schrieb:
> In dieser Version
> https://www.maltepoeggel.de/?site=iv18clock
> wird die Kaskade (hier jedoch nicht invertiert) über 100nF an Masse
> angeschlossen.

Ist sie nicht, der Kondensator hängt an der Betriebsspannung. Hab das 
Schaltbild damals etwas blöde gezeichnet - Sorry ;-)

Zur Fehlersuche wäre tatsächlich interessant was du als VFD Treiber 
einsetzt. Guck dir die relevanten Signale mal mit nem 
Speicheroszilloskop an. Wenn es nicht an der Software liegt, könnten zu 
lange nebeneinanderliegende Leitungen ein Übersprechen verursachen. Oder 
irgendwelche Kapazitäten. Oder ggf auch Flussmittelrückstände. Das 
Gitter muss sauber abgeschaltet haben bevor du die nächsten Segmentdaten 
anlegst.

Bei meinem Wecker habe ich da auch eine Weile gesucht. Einzelne Segmente 
variieren in der Helligkeit je nach Inhalt der Stelle daneben, aber 
nicht bei jedem Aufbau. Ist dann letztendlich so geblieben. Mit dem 
Flachbandkabel zur Röhre würde ich heute nicht mehr so aufbauen. Ist ja 
nun auch schon 18 Jahre alt das Ding, aber weiterhin im Einsatz.

[Peter D. (peda)]

Wie ja schon gesagt wurde, Timing ist alles.
Daneben muß man auch den Spannungsabfall über die Heizung beachten. Zu 
beiden Enden hin muß die Spannung an Segmenten und Digits mit Reserve 
negativ sein, um sicher auszuschalten. Nur -0V reicht da nicht. Typisch 
sieht man dafür eine Z-Diode mit Lastwiderstand vor (Z-Spannung > 
Heizspannung).

[Alexander H. (alexander_h732)]

Es ist kein extremes Ghosting, aber bei bis zu -25V (Anodenspannung ist 
im Testaufbau durch die Kaskade variabel), hab ich den Effekt, dass alle 
Segmente rundherum minimal, aber sichtbar fluoreszieren. Ich vermute, je 
höher die Anodenspannung, desto mehr Ghosting.

Beim Herumprobieren ist mir aufgefallen, dass sobald ich einen 100nF C 
zwischen dem Ende der Kaskade und 3C5 (Schaltung von Harman Kardon) 
einfüge, das Ghosting fast weg ist. Aber durch die fehlende Masse geht 
die Anodenspannung auch auf 14V runter.
Könnte der Effekt Hinweise geben, woran es liegt?
Die Spannung die an den eigentlich ausgeschalteten Segmenten anliegt 
müsste man ja messen können, oder?

Ich dachte eher, dass man die Spannung, die es für die Unterdrückung des 
Ghostings braucht (Auslegung der virtuellen Masse und der Z-Diode) auch 
berechnen kann, so wie es wie auf der Seite von NORITAKE angedeutet 
wird.

https://www.noritake-elec.com/technology/general-technical-information/vfd-operation

Dort wird aber keine negative Anodenspannung erwähnt, daher bin ich mir 
unsicher, wie ich das auf mein Beispiel übertragen kann.
Dass der gesamte Aufbau kritisch auf Flussmittelreste und unsauberes 
Design reagiert ist klar, das hab ich bereits durch.😀

Ich hab jetzt mal an einem „ausgeschalteten“ Segment (F) und dem 
korrespondierenden Gitter (1) in Bezug auf GND gemessen. Segment F 
pendelt zwischen -4 bis -11V, das Gitter bleibt auf 0V. Wäre das ein 
Ansatz?

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Alexander H. schrieb:
> -25V (Anodenspannung ist
> im Testaufbau durch die Kaskade variabel)

Nochmal zum klarstellen: Eine Anodenspannung ist positiver als das 
Potenzial des Filaments. Die -25V sind die Kathodenspannung, bei VFD 
also die direkt geheizte Kathode = Heizfaden.
Ein abgeschaltetes Digit hat also -25V am Grid und -25V am Segment. Kann 
auch noch negativer sein, aber nicht positiver, dann glimmts nämlich.

[Peter D. (peda)]

Gib doch einfach mal auf allen Digits Blank aus, dann müssen alle 
komplett dunkel sein, ohne wenn und aber. Das Timing spielt dann keine 
Rolle, da Du ja kein Segment umschaltest.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Ja, genau. Die Heizung liegt auf -25V. Korrekter Begriff wäre dann in 
dem Fall Kathodenspannung?🤔 Die Anodenspannung beträgt also +25V.

Danke auch nochmal für die Klarstellung von Axel weiter oben.

„Aber auch Gitter/Segmente werden in der russischen Variante zum 
Einschalten nicht auf GND gezogen, sondern auf +5V. Und sie müssen zum 
Ausschalten per Pulldown-Widerstand (im russischen Schaltplan: 300K) auf 
die negativstmögliche Spannung gezogen werden. Negativer als das 
Filament!“

Insgesamt beträgt die Potentialdifferenz dann sogar 30V (also +30V 
Anodenspannung? Ist das korrekt?)


Wo messe ich die Spannung des Filaments? In der Mitte der virtuellen 
Masse?
Die Z-Diode soll doch genau das machen, dachte ich?
Vor der Z-Diode messe ich -25V, danach  -20V (entspricht der 
Z-Spannung).
Die Heizung liegt auf -20V, -25V liegen zum Ausschalten an den 300K 
Pull-Downs, passt scheinbar alles.
Kann es etwas bringen, mit der Zenerspannung hoch zu gehen?

Übrigens macht es absolut keinen Unterschied, ob ich vom Mittelpunkt der 
virtuellen Masse an der Heizung per 100K auf GND gehe. Ich kann die 100K 
auch weglassen und es ändert sich nichts.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Alexander H. schrieb:
> also +30V
> Anodenspannung? Ist das korrekt?)

Ja.

Alexander H. schrieb:
> Wo messe ich die Spannung des Filaments? In der Mitte der virtuellen
> Masse?

Zum Beispiel. Geht auch an einem Ende. Da ist aber immer die 
Heizspannung überlagert. Und du darfst niemals einen Schluss nach Masse 
produzieren, weil sonst der Heizfaden durchbrennen kann.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Danke nochmal für die zahlreichen Antworten. Es lag an meinem 
(Lochraster) Testaufbau.🙂

Zwei Fragen hab ich aber noch.
Was bringt der 100k Widerstand nach
Masse (3R13)?
Ich sehe keinerlei Effekt. Wenn ich ihn weglasse, ändert sich nichts.
Vielleicht hat es mit der Dimensionierung der Widerstände
(3R14/3R15) zu tun. Wie muss ich die Widerstände für die virtuelle Masse 
auslegen?
Ich habe testweise 500 Ohm gewählt, das scheint auch zu funktionieren.

Als Koppelelkos (3C15/3C13) hab ich 1uF gewählt (wegen der Bauform).

Kann das hier jemand ungefähr erklären?

[Gerhard O. (gerhard_)]

Alexander H. schrieb:
> Was bringt der 100k Widerstand nach
> Masse (3R13)?

Der sorgt mit der 6.2V Zener, daß das Elektrodenpotential gegenüber dem 
Gitter und der Anode um 6.2V positiver ist und sorgt er für einen 
stabilen Mindest-Zenerstrom.

Dadurch wird die Röhre komplett gesperrt, wenn alle Elektroden ohne 
Ansteuerung auf -24V Potential liegen.

Da es ungewohnt ist mit negativen Spannungen zu denken, mache es mal so:

Filament/Kathode hat +6.2V Spannung
Gitter ist auf 0
Anode ist auf 0
Rohre ist komplett gesperrt, kein Leuchten

Eine Anzeige ist an:
Filament/Kathode hat +6.2V Spannung
Gitter ist auf = 24V (Bestimmt welches Digit ist einzuschalten)
Anode ist auf = 24V (Segmente)

Alle anderen Gitter sind auf 0 (-24V)
Alle nicht-angesteuerten Anoden sind auf 0 (-24V)

Jetzt fließt (Anoden) Strom nur an der aktiven Röhre und die 
angesteuerten Segmente leuchten. Die Widerstände sorgen dafür, daß alle 
Elektroden ein definiertes Potential haben, wenn nicht angesteuert.