Stavba digitronových hodin I

Nenechte se zmást číslem v názvu článku, nejedná se o seriál. Jsem totiž nepřítel internetových článků na pokračování, kdy se jeden článek zcela nelogicky rozdělí po odstavcích na jednotlivé díly a člověk se pak musí proklikávat množstvím odkazů, aby se dozvěděl podstatné věci… Číslo v nadpisu je zcela záměrně proto, že tyto retro hodiny nejsou poslední, které zde budu popisovat. Jedna se o novostavbu retro digitálních hodin s moc hezkými neonovými indikátory, takzvanými digitrony.

Digitron

Vnitřek digitronu

Nevím, zda-li mám popsat, co to ten digitron vlastně je, ale cosi mi říká, že bych to měl aspoň stručně nastínit. Tak tedy… Digitron je uzavřená skleněná baňka uvnitř vyplněná neonem o nižším tlaku než atmosférickém. Kromě toho plynu jsou uvnitř také kovové elektrody, jedna anoda ve tvaru mřížky a několik katod, každá ve tvaru nějakého znaku nebo číslice. Po přivedení kladného napětí kolem 160 V až 180 V na anodu a uzemnění jedné z katod začne kolem uzemněné katody zářit doutnavý výboj. Protože je katoda vytvarována do tvaru znaku, zvenčí je vidět zářit právě tento znak. Ostatní katody jsou v nečinnosti a v podstatě zavazejí dobrému výhledu na právě zářící znak. Proud se pohybuje v řádu jednotek mA, podle velikosti znaků. Velké digitrony mohou mít proud až 10 mA, malé digitrony mají proud obvykle kolem 1 mA. Protože doutnavý výboj má tendenci lavinovitě zvětšovat proud, musí být v anodě vždy předřazen ochranný odpor. Napájecí napětí jsem již zmiňoval a jednoduchým výpočtem lze dokázat, že výkonová spotřeba může být až 1 W. U digitronů běžné velikosti občas dostupných na aukčních serverech bývá spotřeba obvykle kolem 0,5 W. Je to jeden z důvodů, proč se od digitronů upustilo. Mezi dalšími důvody je zejména vysoké napájecí napětí, které komplikuje ovládací elektroniku – musí být konstruována tak, aby odolala tomuto napětí bez újmy.

Nejčastěji se objevují digitrony s čísly, ale vyráběly se varianty se znaky jednotek (např. Hz, W, V, A, ohm, …) a předpon (kilo, Mega, mikro, …) nebo znaků +, – a ~. Tyto jsou mnohem vzácnější než obvyklé číslicové, jelikož se vyráběly v menším množství. Používaly se výhradně v měřících přístrojích.

Proč?

Vnitřek digitronových hodin IProč tedy hodiny s tak archaickými součástkami, které se musí napájet vysokým napětím, mají vysokou spotřebu a jsou složité na ovládání? Protože vypadají pěkně. To je jediný důvod, proč lidé prahnou po retro hodinách s digitrony. Jak je z fotek patrné, takové kulaté číslice na sedmisegmentovách nevykouzlíte, stejně jako nenahradíte příjemnou barvu neonového výboje. K digitronům samotným toho tedy bylo dost a nyní můžu přejít k hodinám. Na těchto hodinách jsem se snažil dosáhnout co největší věrnosti digitronům a používat k nim zásadně dobové součástky nebo alespoň dobové zapojení. Ne ve všech částech se mi to povedlo, avšak záměr byl dodržen.

Retro hodiny s digitrony na bázi TTL obvodů řízené síťovým kmitočtem 50 Hz

Zadní pohled na digitronové hodiny INa začátku byla hezká krabička z hliníkových profilů, ve které bylo původně zařízení z obvodů TTL. Uvnitř se proto krom desek plošných spojů nacházel rovněž transformátor s vinutím 8 V a pomocným vinutím 24 V. Trafo rozhodlo o konstrukci zdroje. Pro obvody TTL je použit stabilizátor Tesla 7805 v klasickém tranzistorovém pouzdře, pro digitrony jsem zvolil kondenzátorový násobič o šesti stupních připojený na vinutí 24 V. Násobič tedy generuje napětí kolem 200 V naprázdno. Na výstupu násobiče je něco jako stabilizátor, který ale (jak se později ukázalo) příliš nestabilizuje. Vytváří však alespoň úbytek napětí a omezuje napětí při chodu naprázdno (k němuž ale stejně nemůže za normálního stavu dojít).

Z usměrňovače je dále vyveden signál 50 Hz upravený na TTL úrovně a zachytávaný monostabilním klopným obvodem 74121. MKO je nastaven na periodu téměř 20 ms. Po dobu trvání log. 1 na výstupu nelze tento MKO resetovat ani prodloužit dobu trvání. Je to tedy účinné zamezení vnikání nahodilých impulzů a špiček ze sítě do vstupních čítačů a zpřesnění chodu.

Uspořádání digitronových hodin IZa klopným obvodem se nachází sada čítačů – děličů, které dělí signál 50 Hz s periodou 20 ms na signál s periodou 1 minuta. Jsou použity čítače 7490 a 7493 s různě upraveným modulem, avšak pro vypuštění jednoho pouzdra jsem byl nucen použít i CMOS čítač 4xxx. Na desce čítačů by totiž nebyl sudý, ale lichý počet pouzder integrovaných obvodů a vypadalo by to blbě. 🙂 Skutečný důvod je ten, že jsem projekt dělal na dílčí desky v lehké verzi Orla s omezením velikosti desky a další pouzdro se tam prostě nevešlo. Dnes bych to asi vymyslel jinak, ale účast v soutěži SOČ si vyžádala konkrétní software.

Za děliči je koncová skupina obvodů – čítače hodin společně s dekodéry MH74141 a digitrony. Mezi digitrony jsou dvě doutnavky. Protože jednu se mi během stavby podařilo ztratit, na její místo přišla vysvícená doutnavka z vypínače. Ovšem po sestavení hodin se ztracená doutnavka opět nalezla, přesně podle Murphyho zákona schválnosti.

Závěrem

Pohled na digitronové hodiny IHodiny takto sestavené a zprovozněné běží již od roku 2010, v době psaní tohoto článku tedy přes 4 roky. Výkonová spotřeba je poměrně velká (wattmetrem bylo naměřeno 5,5 W), ale je to daň za design. O stabilitě síťového kmitočtu jsem někde na internetu četl, že dodavatel elektrické energie musí zajistit stabilní počet kmitů denně. To znamená, že klesne-li kmitočet např. v době špičky, musí se dorovnat počet kmitů vyšší frekvencí sítě, třeba v noci. Tuto informaci nemám potvrzenou, ale toto kolísání je velmi malé. Realita je taková, že se hodiny s časovým znamením rozhlasu rozchází minimálně a seřízení je zapotřebí pouze po výpadku proudu, kdy se hodiny vynulují. Zálohování jsem právě díky řízení síťovým kmitočtem neřešil, navíc při velké spotřebě TTL obvodů by byla baterie velká a nebylo by možné ji umístit do prostoru v krabičce.

2 komentáře u „Stavba digitronových hodin I

  1. Marek

    Dobrý deň
    Chodím do štvrtého ročníka na elektrotechnickú školu a ako maturitnú prácu by som chcel postaviť vaše digitronové hodiny. A tak sa chcem spýtať či nemáte náhodou obraz z oboch strán plošného spoja v programe alebo vo väčšej kvalite.
    Za odpoveď vopred ďakujem

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *