Snurfel viene en son de paz

Zloshnik: monitor vectorial de tubo de rayos catódicos tipo 3ЛО1И

5 de noviembre de 2012

Mi español está lejos de ser perfecto. Os agradezco cualquiera correción que me hagais. Podéis encontrar la dirección en el pie de la página. ¡Muchas gracias!

Al principio me imaginaba Zloshnik como un reloj de pantalla CRT. Desgraciadamente, el tubo de que disponía tiene una vida muy corte, apenas 1000 horas. Así que Zloshnik no intenta ser un reloj. En su vez es un artilugio decorativo a el que se puede dar cuerda de vez en cuando y disfrutar de su aspecto. También tiene un puerto serial que permite usarlo como un terminal vectorial, pero ahora no está empleado como tal.

Descripción del circuito

Para alimentar un tubo de rayos catódicos, con tan pequeño que fuera, se necesita una tensión bastante alta. Para tubos nixie les bastan unos 150-180 volts, lo que es fácil de proporcionar mediante de un convertidor boost. Para 3LO1I la diferencia de voltajes entre el cátodo y el segundo anodo no puede llegar a menos de 750 volts. Esta es la razón porque el circuito de alimentación es muy diferente a el de un reloj nixie. En muchos proyectos caseros se utiliza transformadores de red de 220V, lo que suele hacerlos enormes. Para este tubito pequeñín quise utilizar un solo fuente de +12VDC, que se puede sacar de cualquier adaptador de corriente.

La primera fase de aumentar la tensión es un convertidor de doble acción con un transformador. El transformador está bobinado en un anillo de ferrita. El primario está hecho de forma bifilar, 2×6 buclés. Le proporciona la corriente la cascada push-pull hecha con dos transistores MOSFET. La forma bifilar permite tener alta simetría entre las dos mitades del devanado, lo que es muy importante para que funcionasen bien los transistores. Solo hay uno secundario, sin toma central. La cantidad de bucles fue encontrada de forma experimental. Dando 12V al primario, se puede obtener ~150VAC en el secundario, o sea 300V pico a pico. También hay otro secundario de solo un buclé que proporciona la corriente para calentar el catódo. Es importante que el circuito de calefacción del cátodo sea flotante sin referencia a tierra, no sea que formaría una tensión alta entre el hilo incandescente y el cátodo. Para no tener cortocircuito mientras el hilo esté frio, la corriente pasa a través de una resistencia de 0.5Ω.

La tensión del secundario del transformador está doblado con un duplicador de tensión hecho con C16,D9,D10,C17 y está alisado con R6,R8,R9 и C7, lo que nos trae +300V. De la misma manera el triplicador hecho con C1,D1,D2,D3,C2,C3 propociona -450V. Tal disposición de las tensiones relativamente a la tierra es muy oportuna porque así se puede utilizar unos transistores bastante comunes en el sistema de desviar con Uce=300V.

Entre los puntos de +300V y -450V hay una escalera de resistencias que produce todas las tensiones que necesitamos para que CRT funcionara.

El sistema de desvio está fabricado con dos pares de amplificadores diferenciales de tipo la cola larga. formados por transistores Q1, Q3 y Q5, Q6. Arreglar los amplificadores para hacerlos realmente simétricos fue el trabajo más meticuloso de todo el proyecto. El transistor Q6 forma un circuito de apagar el rayo, el que permite que el rayo fuera cerrado temporariamente. Los signales de desviación están formados por el DAC TL5626D. La señal cerrador Z pasa directamente del microcontrolador.

Microcontrolador ATmega8 se desempeña de dos papeles principales. El primero es abrir y cerrar los transistores push-pull alternativamente. Este asunto, una vez arreglado, no exige atención cualquiera porque las señales de control están formadas completamente en hardware de ATmega por Timer1 y por la unidad de comparación OC1A/B. El segundo papel es generar las coordenadas X y Y para el DAC y la señal de apago de rayo Z.

La PCB

La placa no cabía en el rectangulo de límite de la versión gratis de Eagle. Por eso la tuve que llevar al cabo con la ayuda de otras herramientas interesantes. El proceso sigue así. Primero la placa se convierte de Eagle en Specctra. Los archivos Specctra se puede abrir en Freerouting, donde todas las pistas que faltaban estarán finalmente trazadas. De ahí podemos guardar el resultado como Specctra Session File, y este archivo se puede convertir en un archivo PCB, el que vale para el programa PCB de gEDA. Para la última etapa escribí un script en Python: vease los archivos en el repositorio, se llama read_dsn.py.

No diría que el proceso así sea muy agradable y cómodo, pero hay que reconocer que PCB no está tan feo como parece a la primera vista.

Soldé los componentes del multiplicador de voltaje un poco alejado de las pistas de la PCB para darles un poco más separación. No tengo ni idea si valía la pena, pero se ve curioso.

Las faltas

El circuito de alimentación no tiene feedback ninguno, por eso está susceptible a los factores externos. Le falta la potencia para alimentar bien la calefacción del cátodo y el proceso de iniciar puede tardar unos 10-20 minutos, durante los cuales la imagen se desvia notablemente. Los cambios de temperatura también hacen que la imagen mueve paulatinamente fuera del centro de la pantalla.

Resultado

A pesar de temores de que el transformador pudiera hacer interferencia al tubo, nada de ello fue observado. Creo se puede explicarlo en parte por la construcción del transformador toroidal, en parte por su ubicación en la cola del tubo, lejos del sistema de desvio de rayos. El artilugio resultó muy compacto y simpático. Lo pongo en marcha de vez en cuando solamente para disfrutar la imagen formada con el bombardeo de los rayos de electronos. No se puede comparar esta pantalla con cualquier tipo de pantallas modernas. Por desgracia las fotos no permiten transmitir toda la magia que trae una pantalla analógica.

La imágen se adivina del otro lado de la pantalla

18:38

Los circuitos y código fuente

• El circuito completo[png]
• La PCB y el script para convertirlo [link]
• Todos los archivos de Eagle y el código fuente en C++ el repositorio link]

Enlaces útiles

• Datos de 3ЛО1И [istok2.com]
• 3ЛО1И en [tubehobby.com]
• Bifilar coil[wikipedia.org]
• Amplificador diferencial [wikipedia.org]
• Este proyecto en el foro [avrfreaks.net], muchos pormenores
• Transformadores en fuentes de alimentación switch mode [avrfreaks.net]
• Switch mode design [aplomb.nl]
• Una colección de relojes CRT [webx.dk]
• Una sonda casera con 3LO1I [remexpert.com]
• Un hilo sobre relojes de tubos en foro [elektroda.pl]
• Un proyecto de reloj CRT casero con muchas detalles por Sascha Ittner [jogis-roehrenbunde.de]