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Eine Anzeigeart, die mir bislang in meiner Sammlung fehlte, ist die exotische ITS1 Thyratron Siebensegmentanzeige aus der ehemaligen Sowjetunion.
Diese Anzeigen waren im Gegensatz zu den meisten anderen Anzeigen dieser Ära direkt Logik kompatibel!
Nicht viel später wurden sie vollständig durch LED Anzeigen abgelöst.
Offenbar wurden sie nicht wie z.B. Nixie Röhren in riesigen Stückzahlen gefertigt, weshalb sie heute relativ selten und auch teuer sind!
Die Anzeige arbeitet nach dem Thyratron Prinzip, was bedeutet, dass die Elektroden nur einmal gezündet werden müssen und dann so lange leuchten,
bis die Versorgungsspannung unterbrochen wird.
Das hat den großen Vorteil, dass die Anzeige nur aktualisiert werden muss, wenn sich die anzuzeigenden Daten geändert haben.
Im Idealfall hat man so trotz Multiplexbetrieb eine flackerfreie Anzeige.
Die Ansteuerung der Segmente kann mit einer sehr geringen Spannung von 0,4 - 4V (0,4 - 5V bei der ITS1B) erfolgen.
Allerdings benötigt die Röhre drei weitere, weitaus höhere Spannungen, was die Ansteuerung der Röhre nicht unbedingt vereinfacht:
Über diese Anzeigen findet man nicht allzuviele brauchbare Informationen.
An der Stelle sei ein Dank an www.nixies.us angebracht, wo ich viele wertvolle Informationen zur Ansteuerung der Röhre gefunden habe!
Weitere Informationen stammen aus dem russischen Datenblatt.
Im Datenblatt gibt es auch einen interessanten Abschnitt zur Lebensdauer der Röhre:
Es wird eine Betriebsdauer von (nur!) 5000 Stunden und eine Haltbarkeit (Lagerfähigkeit) von 12 Jahren garantiert!
Diese Lagerzeit hat diese Röhre sicherlich schon überschritten.
Inbetriebnahme der Anzeige:
Ein schneller Test mit einer meiner kleinen Teslaspulen zeigt, dass noch Gas und damit Leben in der Röhre ist:
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Somit habe ich eine echte Chance die Röhre in Betrieb zu nehmen!
Das ist dabei herausgekommen:
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Um die Röhre ins richtige Licht zu rücken, habe ich eine Ansteuerschaltung und dazu eine passende Platine entwickelt. Die Demonstrationsplatine soll die Anzeige entweder von 0 - 9 zählen lassen oder als "single digit clock" die Uhrzeit anzeigen.
Aufgrund der im Datenblatt angegebenen relativ kurzen Lebensdauer der Röhre will ich sie definitiv nicht im Dauerbetrieb betreiben. |
Ein kleiner Printtransformator bildet zusammen mit einer passenden Ansteuerung einen simplen Wechselrichter.
Ich habe letztlich einen Trafo mit 2x6V, 2,3VA verwendet, weil der zuerst vorgesehene 2x9V Trafo bei 12V Versorgungsspannung nicht die nötige Ausgangsspannung erreicht hat.
Die Ansteuerung übernehmen zwei Transistoren und ein ATtiny45 Mikrocontroller mit einem minimalen Programm.
Für diesen Zweck einen Mikrocontroller einzusetzen mag wie mit Kanonen auf Spatzen schießen aussehen.
Allerdings sind diese Mikrocontroller so billig, dass eine alternative Ansteuerung aufwändiger, weniger flexibel und vermutlich auch teurer wäre.
Aktuell steuere ich den Trafo mit einer Rechteckspannung von 100 Hz an um die Effizienz etwas zu erhöhen.
Die Ausgangsspannung des Transformators wird verdoppelt und einer Kette aus in Reihe geschalteten Zenerdioden zugeführt.
Die Schaltungsmasse ist so mit der Kette verbunden, dass die Röhre die nötige negative und die positiven Spannungen sieht.
Die beiden Mikrocontroller werden von einem 3,3V Spannungsregler versorgt.
Die Spannung ist durch die maximal zulässige Steuerspannung für die Röhre (4V) vorgegeben.
Ansteuerung der Röhre:
Die Gitter für die Segmente der Röhre werden direkt von den Ports eines ATtiny2313a Mikrocontrollers angesteuert.
Ebenso schaltet der Mikrocontroller über zwei Transistoren die Anode 2.
Das Ansteuern der Röhre funktioniert so:
- Die Kathode liegt auf Masse, die Subkathoden liegen dauerhaft auf -250V (und die 1. Anode liegt dauerhaft auf +40V *)
- Die Anode 2 (+100V) ist eingeschaltet.
- Die Gitter für die Segmente werden entsprechend eingestellt (0V = Segment leuchtet größer 0,4V = Segment aus)
- Das Gitter 2 wird kurz eingeschaltet, die angewählten Segmente "zünden" und bleiben aktiv bis die Anode 2 abgeschaltet wird.
* = Die Spannung ergibt sich automatisch durch den über Anode 1 zu der Zenerdiode D10 fließenden Strom, sobald die Elektroden gezündet haben.
Die Z-Diode begrenzt die Spannung auf 39V. Der 10 MOhm Widerstand R3 ist eigentlich nicht erforderlich.
Die Röhre benötigt im Gegensatz zu Nixie Röhren keine Vorwiderstände!
Das Programm des Mikrocontrollers hat zwei Modi:
Nach dem Einschalten arbeitet der Mikrocontroller als "single digit clock" und zeigt, wie schon bei anderen Projekten vorgestellt, die Stellen der Uhrzeit nacheinander an.
Mit den Tasten S1 + S2 kann die Uhrzeit gestellt werden.
Hält man die Taste S3 länger als eine Sekunde gedrückt, wird ein Unterprogramm gestartet, welches die Anzeige fortlaufend von 0 - 9 hochzählen lässt.
Drückt man die Taste erneut, kehrt das Programm in den Uhrenmodus zurück.
Ein kurzer Druck auf die Taste S3 deaktiviert den Wechselrichter um die Anzeige zu schonen.
Hier die Software (.bas / .bin / .hex) für die beiden Mikrocontroller Download
ITS1-A-Inverter.bas = Programm für ATtiny45 für den Wechselrichter.
ITS1-A_int_2.bas = Programm für ATtiny2313a für die Steuerung.
Ich hatte etwas Probleme mit der Stabilität des ATtiny2313a Mikrocontrollers.
Offenbar produziert die Röhre beim Zünden der Elektroden Störungen, welche den Mikrocontroller abstürzen lassen.
Glücklicherweise konnte das Problem zuverlässig behoben werden, indem ich den Zündimpuls an Gitter 2 von 1ms auf 10ms verlängert habe.
Anderenfalls hätte ich vermutlich eine komplett neue Schaltung mit einer Pufferstufe zwischen der Röhre und dem Mikrocontroller entwerfen müssen!
Hier der Schaltplan der Demoplatine:
Der größte Teil der Schaltung dient zur Erzeugung der Versorgungsspannungen.
(Klick für PDF!)
Der aus dem russischen übersetzte Teil des Datenblattes mit der Pinbelegung! Der online Übersetzer hat leider etwas gepatzt.
Hilfreich: Durch die beiden werksseitig gekürzten Anschlussdrähte der Pins 1 + 13 ist der Pin 14 zuverlässig identifizierbar!
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korrekt übersetzt: 2 Anode 1 3 Gitter "c" 4 Kathode 5 Gitter "b" 6 Gitter 2 7 Subkathode 8 Gitter "a" 9 Gitter "f" 10 Gitter "g" 11 Gitter "e" 12 Gitter "d" 13 gekürzt 14 Anode 2 |
In dem Datenblatt ist noch erwähnt, dass die Anschlussbeine nicht dichter als 3mm am Glaskörper gebogen werden sollen. Weiterhin soll beim Löten ein Abstand von mindestens 10mm vom Glaskörper eingehalten werden, um Absplitterungen am Glaskörper zu verhindern.
Der Hersteller wusste scheinbar nicht, wie lange die Röhren wirklich halten. |
Das fertige Projekt:
Die Anzeige leuchtet in einem kräftigen Grün.
Die Schaltung hat weitestgehend wie geplant funktioniert, lediglich einige Widerstandwerte mussten nachträglich geändert werden.
Softwareseitig musste ich noch etwas mit dem Timing der Impulse "spielen", bis die Röhre einwandfrei funktioniert hat!
Die Demoplatine im Uhrenmodus:
Seitliche Ansicht mit den abwechselnd zündenden Elektroden:
Aufgrund der Mindestbestellmenge habe ich noch einige Platinen übrig.
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Leider hatte ich C4 + C5 | Download der Gerber Dateien |
| Position | Anzahl | Bez. | Wert |
| TR1 | 1 | Transformator | 2 * 6V 2,3 VA EL30 |
| T1, T2 | 2 | Transistor | BD139 |
| T3 | 1 | Transistor | MPSA42 |
| T4 | 1 | Transistor | MPSA92 |
| D1, D2 | 2 | Diode | 1N4007 o.ä. |
| D3 - D9 | 7 | Diode | 51V Zener |
| D10 | 1 | Diode | 39V Zener |
| IC2 | 1 | Spannungsregler | L78L33ACU |
| IC1 | 1 | Mikrocontroller | ATtiny45 |
| IC3 | 1 | Mikrocontroller | ATtiny2313a |
| Q1 | 1 | Quarz | 11,0592 MHz |
| C2, C3, C6, C9 | 4 | Keramik Kondensator SMD | 100nF |
| C7, C8 | 2 | Keramik Kondensator SMD | 15pF |
| C4, C5 | 2 | Elko | 4,7µF 400V |
| C1 | 1 | Elko | 680µF 35V |
| R7, R8 | 2 | Widerstand SMD | 150 Ohm |
| R10 | 1 | Widerstand SMD | 10 K Ohm |
| R1, R11 | 2 | Widerstand SMD | 10 M Ohm (nicht unbedingt notwendig) |
| R4 | 1 | Drahtbrücke | - |
| R6 | 1 | Widerstand | 1 K Ohm |
| R5 | 1 | Widerstand | 10 K Ohm |
| R2 | 1 | Widerstand | 47 K Ohm |
| R9 | 1 | Widerstand | 10 M Ohm |
| R3 | 1 | Widerstand | 10 M Ohm (kann auch entfallen) |
| T1, T2, T3 | 3 | Kurzhubtaster | |
| 1 | IC Fassung | 8 pol. | |
| 1 | IC Fassung | 20 pol. |
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