使用霓虹灯作为逻辑元件的数码时钟 (2007)

2021-07-28 01:58:12

上面是我自制的数字时钟。它使用数码管进行读数。与现在制造的大多数其他数码时钟相比,我的时钟没有使用任何晶体管或IC来驱动电子管。相反,驱动逻辑是由霓虹灯、电阻器、电容器和硅二极管构成。该项目始于 2002 年,当时我们的大学图书馆正在出售过时或其他多余的书籍,我非常便宜地买了 JB Dance 的《电子计数电路》一书,出版于 1967 年,显然我们图书馆只借过三次,都是在 1973 年。它描述了如何将霓虹灯用作环形计数器中的逻辑元件,利用这样一个事实,即它们需要更高的电压来点燃(触发电压)而不是保持点亮(维持电压):不幸的是,如果有人用霓虹灯代替现在在电子商店有售,电路不工作。舞蹈使用的灯是专门为这种类型的应用制造的,它们的启动电压和维持电压之间存在很大差异。现在,这种灯(大概)不再制造;商店里仍然可以买到的霓虹灯是指示灯,它们的起爆电压和维持电压之间的差异要小得多。这需要改变g 电路的电阻值,使其操作更加关键;此外,需要选择匹配特性的灯。这是我的时钟中的环形计数器之一:使用其中的四个,将 50 Hz 从主电源中除以(参见此处的稳定性测量),首先除以 10(产生 5 Hz),然后除以 5(产生 1 Hz,即每秒一个脉冲),然后进一步增加 10 和 6 以产生每分钟一个脉冲。注意纸标签仍然悬挂在灯的阴极线上:需要这些来查找每个灯的测量特性。另外四个环形计数器用于除以 10、6、10 和 3,以计算分钟、十分钟、小时和十小时并驱动数码管:数码管通过光敏电阻器 (LDR) 驱动:在霓虹灯的光的影响下,它们的电阻降低,将一个数码管连接到负电源。为了使LDR不受环境光的影响太大,同时仍然可以看到霓虹灯灯泡,它们之间使用了光衰减器和滤光片,由一个带有小孔的黑色硬纸板和两层红色箔组成,通过胶水和收缩管固定在一起:环形计数器对环境光相当敏感:在完全黑暗的情况下,它们往往不工作。即使总是有几个灯泡处于活动状态(如果只是在电源中,这在照片中没有显示),我的时钟仍然需要一点外部环境光。我正在尝试使用蓝色 LED 来提供这种额外的环境光。这似乎非常有效:仅由两个蓝色 LED 照明,时钟在完全黑暗的情况下完美运行了一晚:请注意,尽管这张照片中的蓝色比实际中看起来更强烈:显然相机对此更敏感比人眼还蓝的阴影。我在设计这个时钟时遇到的其他一些事情:与 Dance 书中所说的相反,人们不能仅仅通过连接环形计数器(使用现代霓虹灯时)来级联它们。我现在在每个计数器上使用一个额外的氖灯泡作为放大器:它被偏置到刚好低于其触发电压,因此一个小脉冲可以触发它。灯的启动电压和维持电压在其工作的最初几个小时内变化很大。因此,有必要先“老化”(老化)灯,然后再测量它们的特性。尽管选择我的灯来匹配特性,但有些灯仍然表现得很奇怪,需要更换。例如,我有一个在缓冲阶段不知何故不能可靠地工作的;当时钟频率约为 1 Hz 时,另一个在环形计数器中可靠地工作,但在每小时仅获得一次脉冲时则不然。显然,对霓虹灯进行全面表征需要的不仅仅是点亮和维持电压。时钟现在具有电气功能,但仍有一些工作需要完成。电源需要搭建整齐,去掉鳄鱼夹测试线,为了安全,整个东西都放在一个(透明的)外壳里。此处提供运行中时钟的短片(AVI 格式,10 MB)。此外,电路图在 PDF 文件中可用。此原理图包含对特定部件如何工作的一些额外解释。此图旨在记录和解释我的时钟的详细信息,将来可能会进行一些小的更改. 该图并不意味着作为构建另一个此类时钟的完整基础;例如,虽然一些电阻值并不重要,并且由我手头的东西决定,但许多电阻值关键取决于所用霓虹灯的特性。(希望不用说,任何潜在的建筑商都应该采取适当的安全预防措施来使用所涉及的高电压。)如今,许多人都喜欢制作数码时钟,尽管通常使用现代电子设备来驱动电子管。在这里查看画廊。存在关于数码时钟的邮件列表:neonixie-l 位于 Google 群组(之前位于 Yahoo)。完全没有硅的数码时钟也被制造出来了:这个和这个用真空管,这个用触发管。触发管实际上是霓虹灯,带有第三个电极来触发它们。在 1966 年 11 月的《电子画报》中,发表了使用连接作为环形计数器的氖灯泡来构建电子计算器的描述。 (我还看到对 1967 年一期“实用电子”的引用,显然包含相同或非常相似的文章。)我在 2007 年 1 月写了上面的文字,在工作台上安装时钟后。我继续构建一个完全透明的外壳,挂在我客厅的墙上,并喜欢用它来报时:不幸的是,它不太稳定。有时,放大器/缓冲级需要重新调整。电源霓虹灯开始无法可靠启动,所以我用一个使用 150B2 稳定管的电路替换了它们(它的工作原理与普通霓虹灯灯泡相同,但专为此而生目的),消除电路中 +151 和 +157 V 电源轨之间的愚蠢差异。但随着时间的推移,让电路保持正常工作变得越来越困难。甚至更换霓虹灯灯泡,而其他具有相同触发和维持电压的灯泡,正如曾经测量过的那样,不再有帮助。显然,这些灯泡继续老化,而且不仅仅是这两个电压起作用的参数更多。一两年左右,我不得不承认失败:时钟根本不再可用......多年来我的上述时钟(在其以前的网址 wwwhome.cs.utwente.nl/~pt​​deboer/ham/neonclock)启发了其他几个人尝试使用霓虹灯环计数器:Ronald Dekker 给出了详细的分析,Luc Small 展示了他的实验以及灯如何年龄,RadioDave1967 在 YouTube 上展示了他的时钟,YouTube 上 NoCampersFluffy 的时钟似乎与我的非常相似,Joe Croft 构建了一个时钟,将霓虹灯环形计数器与现代晶体管和微控制器混合在一起,而且很可能还有更多。我的时钟也进入了 Hackadayat至少两次。 2020 年,我按照相同的原理制作了一个新时钟,但使用了其他霓虹灯;请看这里。