如何模拟IN-13条形图数码管温度计

第1步：电路描述

首先进行概述。

在原理图的顶部绘制了完整的电源阶段。在原理图的底部，画出了用于温度测量的模拟电路，包括。 IN-13的可变电流源。

如您所见，该电路通过USB连接器从5V供电。这是可能的，因为最大从电源汲取的功率小于2瓦。

在C9，L1和C15用来过滤升压转换器的毛刺之后，首先将输入电压馈入TC962。这是一个高电流电容器电荷泵，最大可提供80 mA的电流。 -众所周知的ICL660在该电路中将无法正常工作！

TC962连接为倍压器和简单的逆变器，因此在其“输出”上有两个电压：+ 9.5V和-4.5V。

-4.5V仅用作运算放大器IC2的负电源电压，因此无需赘述。

现在，我们将仔细研究加倍的输入电压：

围绕IC4，构建一个从MC34063应用手册修改而来的升压转换器。首先，您会在其输出上看到驱动器级T3/T4。这是必要的，因为我们需要将5V转换为125V，因此MosFet晶体管T2需要尽快切换（非常短的时间用于其栅极方波的上升沿和下降沿，以从中获得最大的自感应电压。电感器L2）。内部MC34063A输出级无法做到这一点，因为它只是达林顿源级并且不能吸收电流。

我试图用数字示波器测量驱动器级的上升和下降时间，但测量极限时间为40ns 。..并且切换速度更快。

请勿尝试取代BC639/649等标准NPN/PNP晶体管（例如MPSA42/92）。这将无法正常工作，因为它们无法驱动MosFet栅极放电所需的多余峰值电流；-）

也许您想知道为什么将MC34063A和驱动器级连接到9.5V。这对于MosFet完全开启它们所需的电压摆幅（对于小于1 ohm的RDSon值）约为6V是必需的。最后，通过电压分配器R20/R21将HV转换器的输出电压限制为标称值为125VDC。

9.5V也通过R16和R17连接到2 x 3 LED串。这些LED是3mm RGB慢速变色类型，用于像边缘照明显示器一样照亮温度计的刻度。由于LED的内部芯片也带有PWM来提供颜色变化，因此需要六个电解电容器来避免闪烁。当打开温度计并且字符串的所有三个LED都将从“零PWM”开始时，有时会发生一个不错的功能-而不是错误。串中没有电流，并且打开前需要几秒钟的时间-就像旧的电子管收音机一样，在打开后也不会立即工作。如果您不喜欢这种效果，只需在每个LED上并联一个10kohm电阻即可。

现在，对温度测量精度进行简短了解。

传感器LM35DZ的输出电压为10mV/° C，因此通常约为250mV。由于对于随后的可变电流级来说这有点低，因此该“ ULM35”被IC2A放大18倍。精确的放大系数可以通过TR1进行调整。ZD1是可变恒定电压基准（可以通过TR2进行调整），并形成一个额外的电压，该电压最终从放大的“ UTEMP”中“减去”。这是必需的，因为温度计的刻度会从10°C开始。这也是开始电流流过IN-13条形管的阈值点；因此我们需要减去：10mV * 10°C * 18倍放大=从“温度”开始大约为1.8V。这是由IC2B提供的，IC2B是一个差分放大器，具有可变的输出电流，同时HV晶体管MJE340（非电压），因为反馈电阻R12连接到电流测量电阻R13和R14。

请注意，电容器C16，连接到IC2B的同相输入。这限制了通过管的电流的上升时间。如果没有此电容器，则霓虹灯发光将在从管子底部打开后开始，因为斜率将超过IN-13的最大值。

必须使用焊桥X1/Y1/Z1来“烧”管子。由于所有试管都是从旧库存中取出的，因此它们的存储时间超过20年。许多灯管在开始的几分钟内无法显示出全部的光辉。他们需要用过电流“格式化”几分钟。因此，必须将焊桥设置为X1-Y1（通常使用）至Y1-Z1。这将管的阴极直接连接到限流电阻R13/R14，并通过管馈入约10mA电流（在此电流下管的压降约为100V，在此电流下HV电压也将降至110V）。

如果灯管显示出完整的霓虹灯发光，则可以去除此焊桥，并完成“烙印”过程。

步骤2：组装电路板

如果您不想创建自己的电路板，则可以购买完整的电子套件，包括。外壳和雕刻比例尺，请参见http://www.nixiekits.eu

以下组装说明取自套件手册，但即使您要创建自己的电路板，安装电子零件的顺序也会如下：几乎相同。

1。放置电阻器

我们将从薄型电子零件开始；因此，让我们从电阻开始，这里最好从电路中最常用的那些值开始。

请特别注意2k49和249k电阻的值。它们仅在一个色环（棕色或橙色）上有所不同。因此，首先完成一个值的组合，然后再选择下一个。

2。放置半导体首先，要组装三个二极管D1…D3。注意正确的方向。阴极环在装配图上标记，并且在焊盘周围还带有圆圈。

3。放置RGB LEDs

现在将LED齐平安装到PCB上，并调整它们以使其笔直。还要注意方向。阳极是长脚，该引脚在PCB上标记有“ A”，阴极与带有一个环的二极管相似。

请先仅焊接一根导线，然后进行调整，完成后再焊接剩余的导线

请尽快执行此操作，以免由于高温焊接而损坏LED。

4。放置IC插座

现在插入所有三个8极IC插座。注意刻有缺口的正确方向。

请勿在此阶段插入任何集成电路！

5。放置MosFet晶体管IRFD220（T2）

放置晶体管之前，请触摸所有金属工件以放松自己。排泄管脚有两条腿，绑在一起。

提示：要固定零件，请从顶部焊接漏极连接。

6。放置npn晶体管MJE3439或340（T1）

取一把平口钳，将晶体管保持在距封装约3 mm的位置。比将所有导线都向下弯曲要直。现在，将晶体管安装在T2上方的三个圆形焊盘中，并绕过PCB。晶体管将自行调整。但是，仅焊接中腿，检查并修改以进行正确的调整。比起其余两脚。请注意该安装位置，否则晶体管将无法装入温度计的外壳中。

7。放置陶瓷电容器/EMV电感器首先，放置两个330pF电容器C12和C19，而不是放置六个100nF电容器。如果您正在寻找C9：它位于EMV电感器L1左侧电源开关的上方；该电感器我们接下来将安装。

8。放置电位器/开关转换器电感器

现在安装电位器TR1，TR2和电感器L2。请勿将随附的轴推入电位计之一。

9。放置电解电容器

首先匹配两个大直径电容器C14和C15。不仅要注意正确的方向，而且不要使它们不匹配。 C14是2µ2 350V电容器，位于蓝色电感器下方，C15是470µF 10V电容器，位于IC4的左侧。与往常一样，所有电容器的阳极+都在PCB上标有相应的标记，阴极-照常在环的焊盘上标出。

接下来，安装其余11个100µF电容器。出于光学原因，请注意保持整洁的笔直方向，因此，应仅焊接一根引线，并对准电容器。完成后，焊接其余的。

10。现在放置小信号晶体管/参考二极管

现在可以安装其余的3脚电子部件。由于引脚间距不同，因此给出了“防错配保证”，但是请注意零件的标记（例如LM35和BC640引脚间距相同）。

请注意，安装高度请勿超过电解电容器的高度，因此将其推入PCB中稍低一些。

11。放置USB连接器/滑动开关/温度传感器

将USB连接器安装到板上，并从顶部焊接一个用于封装安装的焊盘，以固定它们。使用滑动开关以相同的方式进行操作，然后翻转PCB并焊接剩余的引线。您可能会再次注意USB连接器垫的间距非常窄。注意在焊接过程中不要使某些焊盘短路。

温度传感器IC1是从PCB的焊接侧安装的。打印的“平”面指向PCB的正面。 PCB顶部与温度传感器主体底部之间的间距应为6 mm。

引线不必从组件侧切开，但要注意，它们不会与USB连接器的任何短路。包。照片12。装配IC

最后将剩余的三个集成电路装配到它们的插座中。

现在，我们完成了电子零件的组装，我们将开始进行首次功能测试。

但是，在此之前，请再次检查工作

第3步：首次加电和电压测试

13。功能测试

现在将开发板连接到您的USB电源（建议使用USB加载器电源），然后通过电源开关打开温度计。

小心！板上存在高压–请勿触摸转换器的相关部件。

现在，LED应该点亮，并且它们的颜色永无休止。现在，将万用表的黑色探针放在GND测试点上，然后用红色探针检查以下测试点上的电压：IC2的引脚4：ca。 -4.8V

IC4：ca的引脚1。 + 8.9V阴极D3：约。 + 127V

测试点ULM35：约。 0.3V（取决于环境温度）

测试点UTEMP：测量放大器的输出电压，可通过TR1在大约范围内调节。 3.8…5V（取决于环境温度）

Testpint UREF：参考电压，可通过TR2在ca范围内调节。 2.8…6，6V。

在电压处于给定范围内之前，请勿继续工作。这可能会损坏电路。检查故障；大多是焊桥或反向安装的零件。

14。调整测量放大器

要精确显示温度，必须调整放大器。

因此将轴松动地插入TR1。

现在再次检查测试点ULM35上的电压。它在0.3V范围内，代表实际环境温度（10mV/°C）。请写下电压读数。现在必须将放大器调整为18倍放大。因此，只需将电压读数乘以18，然后用电位计TR1在测试点UTEMP上调整该值即可。完成后，请小心地拆下轴。例如：ULM35 = 0.3V，因此在测试点UTEMP.15上用TR1调节至5.4V。基准电压的调整：

这只是粗略的调整，只是为了在管上显示合适的电压。最后的调整是通过组装好的温度计完成的。

因此，再次将TR2的轴稍稍塞一下，并在测试点UREF上将电压读数调整为3.7V。完成后，请拆下轴，以备最终使用。

现在完成对电子设备的测试和调整，在对管进行“格式化”以组装外壳之后，我们将开始。

因此，首先断开电路板的电源供应量。结果16。 “格式化”柱状图管

由于在首次通电以显示全长辉光期间，存储时间超过20年以上，因此许多管将失败。要存档，这些管必须用过电流供电一段时间，因为它们将按照以下步骤显示完整的显示内容：

检查电源是否关闭。现在，将运算放大器IC2从其插座中拔出（这很重要！），并翻转电路板。

您会在T1焊盘的位置附近看到三个标有X1，Y1和Z1的跳线。现在将焊盘Y1和Z1连接在一起。拿起管子，将导线连接到标有A，K和K1的焊盘上。内部连接到管阳极网的外部导线必须焊接到“ A”垫上。现在将管子放在桌上，注意不要在电线和电路板之间造成任何短路。再次打开电源。

现在，灯管必须长亮，只要它与灯管顶部的红色打印标记环匹配就可以了。如果失败，并且发光长度变短，请在发光到达标记处保持电路通电。

此“格式化”过程最多可能需要15分钟，因此请耐心等待。在此过程中，电子管会变热。

如果格式化完成，请断开电源，从Y1和Z1上拆下焊料跳线以及电子管的导线。

重新插入运算放大器IC2。

步骤4：组装机箱

17。外壳的组装

需要注意的是，我们不仅要“从上到下”安装NixieTherm Mk II外壳，还要颠倒安装。因此，有必要固定温度计的刻度，例如和一个小恶习。但是在夹紧秤之前，请用任何类型的保护材料覆盖住钳口，以免刮伤秤的有机玻璃。

首先从秤上剥离保护膜。现在，将两个管夹小心地应用到秤的槽口中。

注意：夹钳本身在背面也有一个小槽口，因此应按这样的方式安装它们，使该槽口位于秤的“后方”。 》现在将这种“刻度管组合”安装到您的虎钳上，这样“ Nixie徽标”就可以上下颠倒并靠近颚板。

要特别注意不要将管子在安装过程中掉出，不要将钳口拧得太紧。

现在将顶盖安装到秤上。再次记住，我们正在“上下颠倒”地工作，因此铣削“ NixieTherm”必须清晰可见。此外，这些词必须位于秤的前面–这就是您通常看温度计的方向。仔细查看左侧的图片，这将帮助您找到正确的安装位置。

在该阶段，需要检查条形图管的对齐方式。如果以正确的方式将管子掉落，则从正面看刻度时（非镜像数字），您将看到阳极网格。从背面看时，您应该在试管中看到金属表面，上面印有类型和制造日期。如果不是，只需将灯管旋转180°即可。

现在，拿下两个LED灯罩，并从镜面侧去除保护膜。两个盖都有一个用于管子的深铣槽，以及一个用于电阻器R5的空间的稍宽的铣槽，该电阻槽位于后盖位置的LED附近。两个深铣槽都必须“向下”朝向管。

再次仔细查看左侧的图片以寻求帮助。 LED盖的镜面必须朝向两侧，因为它会反射LED照明。

要安装PCB支架，请拿起两个安装支架，两个M3x16螺钉和四个垫圈，如图所示进行组装。现在，使该组合件滑过LED盖和刻度尺的钻孔。

现在再次在螺纹端安装一个安装支架和一个圆顶螺母，并仅用手轻轻拧紧它们。

现在将所有四个支架调整为向上并平行于顶盖。现在，再次拧紧螺钉，但只能通过推动它们来稍稍调整安装支架。

现在，拿起四个平顶帽M3x8螺钉和M3x12金属垫片，并“从下到上”将它们穿过钻探孔。顶盖。只能用手稍微拧紧它们。拿起两个较厚（8毫米）的有机玻璃框架两半，然后剥去薄膜。轻轻地将它们滑动两个距离。

现在拿起带有“腔室”切口的“完全”有机玻璃框架，然后小心地将其弯曲四个距离。注意“热室”的方向和USB连接器的切口。图片在组装阶段为您提供了帮助。

•现在安装电子板。注意三根管的引线。它们必须穿过板子中间的铣槽。同样，这些引线可能不会交叉匹配。

将轴通过焊料侧的钻孔连接到微调器TR2，并将其按到机械端。

•拿起四个Philips M3x6螺钉，将其在螺纹孔中轻轻拧紧。的安装支架。如果支架的孔与板的孔不匹配，则可能必须将螺钉稍微弯曲一点。现在，用螺丝刀以交叉的方式拧紧四颗螺钉。

•拿起随附的管子并在中间切开。将两半都穿过灯管的外部引线，PCB的铣削凹槽，然后将它们尽可能地靠近灯管的玻璃体。现在，将导线切掉，因为它们必须焊接到焊盘A，K和K1上。注意不要将引线穿过这些焊盘的钻孔，因为它们可能会导致与位于装配侧的零件发生短路。

•现在必须在焊盘X1和Y1之间设置一个额外的跳线。 。

•最后，拿起较小的（4毫米）有机玻璃框架两半，取出薄膜并将它们粘贴到外壳上。

•现在，将其余的四个Philips M3x16螺钉穿过四个橡胶进料口。 br》•拿起黑色的底盖，取下保护膜，然后将其粘贴到外壳上。如果一切顺利，则应将来自管的两条弯曲的导线稍微压到底。这会将管固定在其最终刻度位置，这是有意的。

•请注意底盖的正确方向。百叶窗现在位于正面，因此从百叶窗看时，您应该看到前面提到的焊盘。另外，仅左电位计TR2可以通过钻孔进入。请看下面的图片以寻求帮助。

•现在，将四个橡胶支脚组装到底盖上。请不要过度拧紧螺钉。

•最后贴上提供的标签，从虎钳上松开NixieTherm并将其放在脚上。

•用适当的螺丝刀拧紧四个盘头螺钉后，

第5步：最终调整

恭喜。自组装的NixieTherm温度计现在很有趣。

18。最终显示范围调整

随着显示一段时间稳定，您的环境温度当然也必须保持稳定–您可以使用TR2修剪器和随附的参考温度探头对显示值进行最终调整

以相同的方式，可以随时调整显示的准确性。但请注意，由于温度传感器的自发热，在进行这些调整之前，应先将NixieTherm温度计通电至少一个小时，然后再进行校正。

连接到USB端口/USB-Hub

如果该集线器没有额外的电源能够为温度计提供所需的450mA，则不建议将NixieTherm连接到外部USB-Hub。

如果您的计算机配备了现代USB3端口，而不是简单地将NixieTherm连接到该端口。

但是，由于大量不同的USB控制器和制造商，不能保证NixieTherm可以在每个USB端口上工作。

最好的方法是通过自己的外部5V 500mA电源（USB加载器）为NixieTherm供电。