Die VFD-Röhre
Hier handelt es sich um eine Röhre russischen Typs, mit der Bezeichnung IV-27M oder besser ИВ-27М.
So wurde dieses Projekt geboren. Zunächst galt es aber zu verstehen, wie so eine Röhre überhaupt betrieben wird.
Bei einem Hersteller, der auch heute noch VF-Displays herstellt, gibt es eine sehr gute Erklärung der Funktionsweise und Ansteuerung dieser Röhren.
Hier eine kurze Zusammenfassung der Funktionsweise:
- Die Röhre ist evakuiert (Vakuum).
- In der Röhre befindet sich ein Substrat(Anode) (meist auf Phosphorbasis), welches bei "Beschuss" mit Elektronen zu leuchten beginnt.
- Die Elektronen stammen von einer Heizung(Kathode), welche sich in Form von sehr dünnen Wolframdrähten über den eigentlichen Anzeigen befinden.
- Zwischen dem Substrat(Anode) und der Heizung(Kathode) sind Steuergitter angebracht, um die einzelnen Elemente ein- und ausschalten zu können.
Die hier verwendete Röhre besteht aus 13 Siebensegmentanzeigen. Gleiche Segmente der unterschiedlichen Stellen sind miteinander verbunden.
Über jeder Stelle befindet sich ein Steuergitter. So kommt für diese Röhre nur ein Zeitmultiplexverfahren für die Ansteuerung in Frage.
Im Netz fand ich nur ein Datenblatt in kyrillischer Schrift. Dies machte es nicht unbedingt leichter herauszufinden mit welchen Spannungen die Röhre betrieben wird.
Helfen konnte mir da nur ein "native Speaker" :-).
Hier die Erkenntnisse:
| Heizspannung | 2,7-3,5V |
| Heizstrom | 160-220mA |
| Anodenspannung | 24V (50V gepulst) |
| Anodenstrom Segment | 2,5mA gepulst |
| Anodenstrom Gitter | 10mA gepulst |
Die Pinbelegung der ИВ-27М (ACHTUNG es gibt auch nicht kompatible Version ohne "М")
| linke Seite (15 Pins) | rechte Seite (11 Pins) | ||
| Pin | Funktion | Pin | Funktion |
| 1 | Gitter 8 | 1 | n.c. |
| 2 | Gitter 9 | 2 | n.c. |
| 3 | Gitter 10 | 3 | Gitter 1 |
| 4 | Gitter 11 | 4 | Heizung |
| 5 | Gitter 12 | 5 | Heizung |
| 6 | Segment a | 6 | Gitter 2 |
| 7 | Segment b | 7 | Gitter 6 |
| 8 | Segment c | 8 | Gitter 7 |
| 9 | Segment d | 9 | Gitter 5 |
| 10 | Segment e | 10 | Gitter 3 |
| 11 | Segment f | 11 | Gitter 4 |
| 12 | Segment g | ||
| 13 | Segment dp | ||
| 14 | Gitter 14(Vorzeichen) | ||
| 15 | Gitter 13 | ||
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Heizspannung
Auf der oben verlinkten Seite werden die verschiedenen Vor- und Nachteile von unterschiedlichen Heizmethoden beschrieben.Obwohl hier nur eine relativ kleine Heizspannung (ca. 3,1V) und eine im Vergleich dazu recht hohe Anodenspannung(ca. 45V) verwendet wird,
war bei einer Gleichspannungsheizung die beschriebene Helligkeitsabnahme schon zu sehen.
So entschied ich mich, die Röhre mit Wechselspannung zu heizen. Dafür kommt ein Trafo mit zwei Sekundärwicklungen zum Einsatz.
Die "obere" Wicklung im Bild unten versorgt die Schaltnetzteile der Logik der Anodenspannungsaufbereitung.
Die "untere" Wicklung stellt die Heizspannung bereit. Die Widerstände R3 und R4 begrenzen den Heizstrom.
Die beiden Wicklungen dürfen nicht potentialfrei voneinander bleiben (sonst hätte die Anodenspannung keine Wirkung).
Über die Widerstände R1 und R2 sowie dem Kondensator C1 wird die Heizung mit der Logikmasse gekoppelt.
Und zwar heizungsseitig in einem Punkt, der im Mittel 0V führt.
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Netzteile
Die Schaltung im Bild unten stellt die Betriebsspannung für die Logik bereit (5V). |
Die Schaltung im Bild unten stellt die Anodenspannung bereit (ca. 45V mit NE555:-) ).
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Controller und Peripherie
Bei der Beschaltung des Controllers gibt es keine Besonderheiten. |
Eine RS232 Schnittstelle mit MAX3232 (auf Steckverbinder)
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Eine RTC (Man weiß ja nie, ob es nicht eine Uhr werden soll.)
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Ansteuerung der Segmente über High-Side-Treiber UDN2982
Um das Nachleuchten zu minimieren, ziehen die Widerstandsnetzwerke abgeschaltete Segmente auf Massepotential.
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Ansteuerung der Gitter über High-Side-Treiber UDN2982
Da hier immer nur ein Gitter aktiv sein kann, wird hier nochmals gemultiplext.
Dabei arbeiten die beiden 74HC238 zusammen als ein 1 aus 16 Multiplexer.
Um das Nachleuchten zu minimieren, ziehen die Widerstandsnetzwerke abgeschaltete Gitter auf Massepotential.
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fertige Ansteuerung
Bauteilliste
(Preise Stand: 21.02.2012)| Bauteil | Bestellnummer | Menge | Einzelpreis | Gesamtpreis |
|---|---|---|---|---|
| Reichelt | ||||
| Widerstandsnetzwerk 5-4 47k | SIL 5-4 47K | 6 | 0,06 € | 0,36 € |
| Widerstand 2W 12R | 2W DRAHT 12 | 2 | 0,26 € | 0,52 € |
| Widerstand 0805 470R | SMD-0805 470 | 1 | 0,10 € | 0,10 € |
| Widerstand 0805 1k | SMD-0805 1,00K | 2 | 0,10 € | 0,20 € |
| Widerstand 1206 3k3 | SMD 1/4W 3,3K | 2 | 0,10 € | 0,20 € |
| Widerstand 0805 4k7 | SMD-0805 4,70K | 3 | 0,10 € | 0,30 € |
| Widerstand 0805 10k | SMD-0805 10,0K | 3 | 0,10 € | 0,30 € |
| Widerstand 0805 22k | SMD-0805 22,0K | 1 | 0,10 € | 0,10 € |
| Widerstand 0805 33k | SMD-0805 33,0K | 1 | 0,10 € | 0,10 € |
| Elko 470μ | VF 470/16 K-F | 1 | 0,33 € | 0,33 € |
| Elko Tantal 220μ | TANTAL 220/16 | 1 | 1,10 € | 1,10 € |
| Elko 100μ | VF 100/16 K-F | 1 | 0,17 € | 0,17 € |
| Elko Tantal 22μ | TANTAL 22/16 | 1 | 0,28 € | 0,28 € |
| Elko 10μ | VF 10/63 K-D | 1 | 0,18 € | 0,18 € |
| Folko 470n | SMD-2220N 470N | 1 | 0,51 € | 0,51 € |
| Kerko 0805 100n | X7R-G0805 100N | 16 | 0,05 € | 0,80 € |
| Kerko 0805 1n | NPO-G0805 1,0N | 2 | 0,05 € | 0,10 € |
| Kerko 0805 47p | NPO-G0805 47P | 1 | 0,05 € | 0,05 € |
| Kerko 0805 22p | NPO-G0805 22P | 2 | 0,05 € | 0,10 € |
| Drossel 330μ | L-PIS2816 330μ | 1 | 0,64 € | 0,64 € |
| Drossel 100μ | L-PIS2816 100μ | 1 | 0,64 € | 0,64 € |
| Diode 1N4004 | 1N 4004 SMD | 4 | 0,05 € | 0,20 € |
| Diode MBRS1100 | MBRS 1100 SMD | 1 | 0,17 € | 0,17 € |
| Diode MBRS120 | MBRS 120 SMD | 1 | 0,14 € | 0,14 € |
| Z-Diode 5V6 | SMD ZF 5,6 | 1 | 0,06 € | 0,06 € |
| Anschlussklemme 2-polig | AKL 094-02 | 1 | 0,37 € | 0,37 € |
| Trafo 2x6V 4Watt | UI 30/7,5 206 | 1 | 5,55 € | 5,55 € |
| Micromatch Federleiste 6-polig | MM FL 6G | 1 | 0,28 € | 0,28 € |
| Micromatch Federleiste 10-polig | MM FL 10G | 2 | 0,30 € | 0,60 € |
| Micromatch Federleiste 16-polig | MM FL 16G | 2 | 0,30 € | 0,60 € |
| Micromatch Stiftleiste 10-polig | MM SL 10SK | 2 | 0,30 € | 0,60 € |
| Micromatch Stiftleiste 16-polig | MM SL 16SK | 2 | 0,32 € | 0,64 € |
| Steckverbinder 2-polig | PS 25/2G BR | 1 | 0,31 € | 0,31 € |
| Steckverbinder 3-polig | PS 25/3G BR | 2 | 0,34 € | 0,68 € |
| Sicherungshalter 22,5mm | PL OGN-22,5 | 1 | 0,36 € | 0,36 € |
| Schutzkappe | PL OGN-A | 1 | 0,27 € | 0,27 € |
| Sicherung M 100mA | MTR. 0,1A | 1 | 0,48 € | 0,48 € |
| Quarz 14,7456MHz | 14,7456-HC49U-S | 1 | 0,18 € | 0,18 € |
| Quarz 32768Hz 12,5p | 0,032768-L6 | 1 | 0,29 € | 0,29 € |
| Controller Mega32 | ATMEGA 32-16 TQ | 1 | 4,50 € | 4,50 € |
| RTC DS1307 | DS 1307Z | 1 | 1,75 € | 1,75 € |
| MOS Logik 238 | 74HC 238 | 2 | 0,26 € | 0,52 € |
| Timer NE555 | NE 555 D SMD | 1 | 0,18 € | 0,18 € |
| Pegelwandler MAX3232 | MAX 3232 CSE | 1 | 1,05 € | 1,05 € |
| Schaltregler LM2574-5 | LM 2574 N5 | 1 | 0,99 € | 0,99 € |
| FET IRFR3910 | IRFR 3910 | 1 | 0,68 € | 0,68 € |
| Transistor BC846 | BC 846B SMD | 2 | 0,04 € | 0,08 € |
| Batteriehalter CR2032 | KZH 20PCB-1 | 1 | 0,79 € | 0,79 € |
| Batterie CR2032 | CR 2032 | 1 | 0,42 € | 0,42 € |
| Flachbandkabel 16-polig | AWG 28-16G 3M | 1 | 4,00 € | 4,00 € |
| Farnell (alternativ HBE-Shop) | ||||
| SMD UDN2982 = A2982SLW-T | 1329620 | 3 | 4,220 € | 12,66 € |
| Summe: | 46,48 € | |||
Dazu kommen natürlich noch die Platinen und die Röhre.