Warme vermogensindicator voor uw buizenversterker. Technische eigenschappen

Transcriptie

1 Audio & video Nixie-VU-meter Warme vermogensindicator voor uw buizenversterker Deze schakeling is ontworpen om een (buizen) versterker te verfraaien. Ze levert prachtige lichteffecten in plaats van een gekalibreerde uitlezing voor uitgangsvermogen of decibellen. Het hart van de schakeling is een PSOC uit Californië die twee Nixie buizen uit de Oekraïne aanstuurt. Harald W. Cintra (Brazilië) Het lijkt wel of afstand er tegenwoordig niet meer toe doet en grenzen er ook niet meer zijn. Dit gaat in zekere zin ook op voor de combinatie van de PSoC (programmable system on chip) en de Nixiebuis in dit artikel, want die schelen ongeveer 4 jaar maar kunnen toch prima samen in een Elektorschakeling die in 202 gepubliceerd wordt. Laten we eens kijken hoe een 90 Sovjet-elektronisjk component en een stukje Silicon Valley technologie uit het internet-tijdperk samengebracht worden om op een synergetische wijze samen te werken gefaciliteerd door Elektor. Waarom de? De lijkt de ideale buis voor deze schakeling, het is een lineaire gasontladingsbuis die een oranje/roze gloed verspreidt. De hoogte van de opgloeiende kolom is evenredig met de toegevoerde stroom en de anodespanning ligt rond 0 V gelijkspanning. Voor de goede orde: lineair geldt alleen voor het grootste deel van het bereik van de buis, niet het hele bereik, zie figuur. Tussen 0 en ma lijkt alles oké met ongeveer 0,3 mm per ma maar daar- Technische eigenschappen Stereo VU-meter met kolomdisplay 2 x lineaire gasontladingsbuis (Nixie) Kleur van de kolom: warm oranje/roze Effectieve kolomhoogte: circa mm Ingangsgevoeligheid: circa 0, V) Software lin/log-converter Length [mm] Gebaseerd op een PSoC CYC2443 van Cypress De PSoC is geprogrammeerd verkrijgbaar 0 V DC voeding op de print Kleine print ( x mm) Current [ma] Figuur. Gemeten (nee, niet gespecificeerd door de fabrikant ) relatie tussen de hoogte van de verlichte kolom van de en de stroom door de buis. De buis werkt prima in het bereik van 0... ma. De illustratie is een aangepaste versie van een origineel van Jeff Malins (2004) elektor

2 nixie-vu-meter boven kunt u borsj verwachten, of rotzooi in goed Nederlands. Deze buizen kunt u als NOS (new old stock) kopen op het internet, in het bijzonder op een bepaalde veiling-site in een prachtig pand in Californië niet zo ver van Cypress. In recente projecten in Elektor hebben we het gehad over numerieke Nixiebuizen, zoals in een thermometer [] en een Spoetnik-klok [2], we willen u graag verwijzen naar deze artikelen voor de theoretische achtergrond als u nog weinig weet van deze prachtige onderdelen uit een ver verleden, toen er alleen nog maar buizen waren in de elektronica. Ter vergelijking, het is moeilijk voor te stellen dat een elektronicus in het jaar 200 evenzo in zijn of haar sas zou zijn met een PSoC uit onze tijd nu, maar laten we optimistisch blijven. Verwacht in uw zending s geen uitgebreide datasheets, u kunt blij zijn als er iets bij zit dat lijkt op bedrukt papier. Als zelfs dat niet het geval is, heeft u een goede vriend aan Google. De zending die uiteindelijk bij Elektor arriveerde is in figuur 2 te zien Figuur 2. Nixiebuizen en toebehoren op Russische wijze verpakt. Maar alle onderdelen bleken het prima te doen! (Baboesjka staat erbij om het op te leuken). Los van de manier waarop in Oekraïne zaken worden ingepakt, ziet u ook een paar numerieke Nixiebuisjes, een buisvoet en wat driver-ic s die we tegelijkertijd bestelden bij Ebay. Gebruik een PSoC Voor een VU-meter (zelfs voor eentje die niet zo nauwkeurig is, maar wel fraaie lichteffecten produceert) is een logaritmische versterker nodig. Zonder deze zouden de visuele en auditieve impressie slecht op elkaar aansluiten. Er werd besloten om dit met software te realiseren in plaats van met hardware en uiteindelijk viel de keus op de CYC2443 PSoC van Cypress een zeldzaam exemplaar in Elektor. De CYC2443 is voor deze schakeling een uitstekende keuze, want we kunnen alle mogelijkheden van een SoC-processor hier gebruiken met zijn vele opties zoals A/D, D/A, versterkers enzovoorts, waardoor het aantal externe onderdelen tot een minimum kan worden beperkt. Afgezien van de gelijkrichter en de stroombron zitten alle blokken uit het blokschema van figuur 3 in de PSOC. Van links naar rechts zijn dat: een ingangsversterker gevolgd door een gelijkrichter, nog een versterker, een A/D-converter, een softwarematige lineair naar logaritme conversie met een tabel, een D/A-converter en tenslotte een stroombron om de aan te sturen. Dit alles twee maal natuurlijk, eenmaal voor links en eenmaal voor rechts, want tegenwoordig zijn ook buizenversterkers stereo. De praktische schakeling De schakeling van figuur 4 toont aan dat een PSoC kan uitblinken als het gaat om het minimaliseren van externe componenten. Het board wordt gevoed door een externe netadapter van 2 V gelijkspanning. Voor de 0 V anodespanning voor de gebruiken we een kleine stepup-inverter gebaseerd op de ouwe trouwe NE (IC) die geschakeld is als een astabiele multivibrator, waarbij de control-voltage-ingang gebruikt wordt om de uitgangsspanning te regelen. De weerstanden R0, P3 en R3 vormen een spanningsdeler die een terugkoppelspanning levert aan de control-voltage-ingang van de middels T4. Met de elektor

3 2 2 Audio & video AMP AMP A/D Lin/Log D/A Figuur 3. Audiosignaalketen het meeste wordt binnen in de PSoC afgehandeld. Combinatie van onderdelen uit 90-er Sovjettijdperk en modernste Silicon-Valley-techniek VDD 3 IC2 RST 2 MCP0 VSS R 0k R R C 2n2 C0 V+ C2 R 4 DIS IC THR OUT 3 2 NE TR CV BC4A C3 P P SMP P0.2 2 P XRES P0.4 2 P0. 2 IC P2. P P2. P0. P2. 22 P2.4 P.0 P2.3 P. 3 2 P2.2 P.2 P2. P CYC2443 P2.0 P.4 P. P. P. 0 4 VDD 2 VSS 33k R2 T3 IRF40 T4 C C4 L 00uH D BYV2 2k2 R9 C4 00p 40n 40n D C D3 C K2 C2 u 20V PSoC ISSP +0V 220k R0 R3 4R P3 D2 D4 K 00k 00k R3 R K3 +2V IC3A 0 IC3C 9 +0V 4 IC3 IC4 = LM324 R2 C R IC 0 3 C3 D V IC 0 3 C 40u C C9 IC3B 2 3 C C IC3D +0V +0V V A K T 4 P T2 P2 40R 40R Tube MMBTA42 R4 20R +0V V2 A K MMBTA42 R 20R Figuur 4. De schakeling is een perfect voorbeeld van een PSoC die het quasi-intelligente werk, doet waardoor er nog maar weinig externe onderdelen nodig zijn. Maar dat gaat niet zonder de hulp van Nixie buizen en een NE, beide onderdelen dateren uit 90 respectievelijk 90. V+ instelpotmeter kan de anodespanning van de op 0 V worden ingesteld. We hebben ook een voedingsspanning nodig van + V voor de PSoC, deze komt van een 0 (IC), en een voedingsspanning van +0 V voor de opamps met nog een 0 (IC) waarbij de massa-aansluiting is opgetild met een zenerdiode van, V. De PSoC heeft aan V en een reset-signaal genoeg om goed te kunnen werken. Er is een reset-signaalgenerator-ic van het type MCP0 (IC2) toegepast om een betrouwbare power-on-reset te garanderen. Kijken we naar de audio-signaalweg, dan zien we het ingangssignaal op lijnniveau binnenkomen via een koppelcondensator (C/C4) en dan rechtstreeks naar de PSoC gaan, waar het tweemaal wordt versterkt. De uitgangen van deze versterkers gaan naar andere PSoC-pennen om gelijkgericht te worden door een Schottky(dus low drop)-diode (D/D3) en vervolgens weer de PSoC binnen te gaan. In de PSoC wordt dit gelijkgerichte signaal weer een beetje versterkt en dan naar de interne -bits A/D-converter gevoerd. De uitgangswaarde van de A/D-converter gaat naar een lineair-naar-logaritme (lin/log) conversietabel en de uitgang daarvan gaat tenslotte naar de D/A-converter, nog steeds binnen in de PSoC. Terug naar componentenniveau. De D/A-uitgangen van de PSoC gaat via diodes (D2/D4) naar buffers (IC3A/C), door RC-filters (R2/C, R/C9) en tenslotte naar stroombron die opgebouwd zijn rond een LM324 opamp (IC3B/D), een hoogspanningstransistor (T/T2) en een weerstandscombinatie voor instelling van het bereik (P/R4, P2/R). D2(D4) zorgt voor een kleine drempel om te voorkomen dat zeer kleine signalen al activiteit te zien geven in de buisjes. De instelpotmeters P/P2 worden zo afgeregeld dat er een volledig opgloeiende zuil wordt verkregen bij het hoogste ingangsniveau. Terug naar de PSoC. In figuur is een poging gedaan om een overzicht te geven van de interne configuratie. Figuur geeft elektor

4 nixie-vu-meter wat meer details van de ingangsversterkers PGA_2 en PGA_4, de uitgangen die uit de chip komen en weer teruggaan via PGA_ en PGA_3 voor bufferen en vervolgens doorsturen naar de DUALADC waar de omzetting naar digitaal plaats vindt. Met enige moeite is ook te zien hoe de uitgangen van de D/A-converters naar de uitgangspennen lopen. De ontwerpbestanden van de PSoC zijn gratis te downloaden van de Elektor-website [3]. Cypress biedt een aantal prachtige software-tools aan voor het ontwerpen en configureren van het inwendige van PSoCchips. Heeft u geen zin om uitgebreid de ins en outs van PSoC chips te onderzoeken of te programmeren, dan kunt u bij Elektor ook kant en klaar geprogrammeerde IC s bestellen [3]. De opbouw De hele schakeling kan worden opgebouwd op de print uit figuur. Het is een hybride print, dat wil zeggen dat er een mix is gebruikt van SMD s en conventionele onderdelen. De SMD s moeten eerst gemonteerd worden. De PSoC en de LM324 hebben een redelijke penafstand (pitch), waardoor ze nog goed met de hand en wat geduld en nauwkeurigheid gesoldeerd worden met een soldeerbout met een zeer dunne punt. Hiervoor bestaan verschillende methodes die al vaker in Elektor zijn beschreven. De elco s zijn allemaal radiale standaardtypes met aansluitdraden Let op de juiste polariteit. De buisjes kunnen het beste in buisvoeten geprikt worden om te voorkomen dat de aansluitdraden breken op de Figuur. Een PSoC lijkt op een geavanceerde incarnatie van een Legodoos: u krijgt alle modules u bepaalt zelf wat er vandaag gebouwd wordt u gaat testen aanpassen en tenslotte hebt u een werkende schakeling. Dit plaatje toont de structuur die is geprogrammeerd voor de Nixie-VU-meter. Murphy Spot, dus het punt waar ze uit het glas komen. Maar als de buizen goed vastgezet worden op de definitieve positie, dan kunnen de aansluitdraden van 40 mm gemakkelijk verlengd worden om in de printkroonsteen V en V2 op de print vastgeschroefd te worden. Hierbij is K de kathode en A de anode. Houd er rekening mee dat op deze draden een hoge spanning staat en deze dus goed geïsoleerd moeten worden. Figuur. Een wat meer gedetailleerd beeld, maar nog steeds virtueel, van het inwendige van de PSoC. elektor

5 Audio & video Op Elektor s eigen YouTube-kanaal met de naam ElektorIM is een korte video te zien van de werkende Nixie VU Meter [4]. Tenslotte nog een waarschuwing: Ga niet met deze schakeling aan de gang als u geen ervaring hebt met het werken met hoge spanningen. (044) Weblinks [] Nixie-thermometer/hygrometer, Elektor juni 202, [2] Spoetnik-tijdmachine, Elektor januari 200, [3] [4] elektorim?feature=results_main Onderdelenlijst Weerstanden: (allemaal SMD 00) R,R2,R,R = k R3,R = 00 k R4,R = 40 Ω R9 = 2k2 R0 = 220 k R = 0 k R2 = 33 k R3 = 4 Ω P,P2 = 220 Ω instelpotmeter, liggend P2 = Ω instelpotmeter, liggend Condensatoren: C,C4 = 40 n (SMD 00) C2,C,C = 0 µ/ V radiaal C3,C,C,C,C,C9,C0,C3,C4 = 00 n (SMD 00) C2 = µ/20 V (SMD 2) C = 2n2 (SMD 00) C = 40 µf/2 V radiaal Spoelen: L = 00 µh, 0 ma (bijv. Multicomp MCSDRH3B-0MHF) Halfgeleiders: D,D2,D3,D4 = D = BYV2 D = BZD2CVP, zenerdiode, V T,T2 = MMBTA42 T3 = IRF40NSPBF T4 = BC4 IC = CYC SXI (geprogrammeerd, bestelnr ) IC2 = MCP0-4HI/TO IC3 = LM324ADT (SOIC-4) IC4 = NEDT (SOIC-) IC,IC = L0 Diversen: K = 3, mm stereo klinkstekerbus voor printmontage (bijv. Lumberg 03 09) K2 = -pens SIL-header, steek 2,4 mm K3 = 2-polige printkroonsteen, steek mm V,V2 = 2-polige printkroonsteen, steek mm 2 stuks Nixiebuis Print 044- (zie [3]) Figuur. De print die door het Elektor-lab is ontworpen, maakt gebruik van zowel standaard onderdelen als SMD s elektor