Тестер газоразрядных индикаторов

04.12.2016 by XmK 29 комментариев

Подвернулась мне как-то горстка газоразрядных индикаторов. Красивые. Сразу захотелось засветить хотя бы один.

Для засветки таких индикаторов требуется относительно высокое напряжение, около 180 В постоянного тока. Интернет предлагает несколько способов, один из них это напряжение извлечь прям из розетки. Мне показалось это не приемлемым, перерос я возраст, чтобы пихать что-либо в розетку ради эксперимента. Второй вариант — это сделать повышающий преобразователь. Ну это уже другое дело.

Значит надо преобразователь. Схем в интернете уйма. Вот была бы одна схема — сделал и не паришься. В общем, из всего предложенного выбрал более-менее приемлемую, с минимум финансовых и трудозатрат, на микросхеме MC34063 (схема будет представлена ниже). Но применять выбранную схему в конечном изделии как-то не хотелось, так как у одних с первого раза не запускается, у других дроссель свистит. Решил сделать на макетке, а на базе макетки случайно получился такой себе тестер под управлением микроконтроллера.

При изготовлении этого девайса начал преследовать несколько целей:

• Первая, отлаживание и испытание работы повышающего высоковольтного преобразователя.
• Вторая, отлаживание и испытание работы схемы розжига ГРИ без использования специализированной микросхемы 155ид1.
• Третья, проверять работоспособность ГРИ и при необходимости проводить им тренировку.

Немного покумекав получилась такая схема:

Если честно, сначала получились платы, а потом схема, но для понимания так не очень удобно. Платы разбил на несколько модулей: преобразователь, логика и микроконтроллер, он же arduino UNO.

Логика

Преобразователь

При такой компоновке тестировать можно и лампы, и разные конструкции высоковольтных преобразователей. Описывать работу преобразователя не буду, ноу-хау здесь нет. Я сделал по приведенной выше схеме и у меня он сразу заработал, полевик не греется, дроссель не свистит. Дроссель — гантелька. Напряжение регулируется в пределах от 16-275В. На фото ниже первый тестовый запуск преобразователя. С начала планировал питать тестер от зарядки для телефона, для этого установил повышающую китайскую платку. Но потом нашел источник питания способный выдать 12 В, поэтому от преобразователя 5-12В я отказался.

Коротко расскажу про логику. От использования 155ид1 решил отказаться в виду относительной редкости и цены. В состав 155ид1, согласно документации, входит дешифратор, высоковольтные ключи и цепь «ограничения». В моей схеме дешифратором будет выступать CD4028. Даташит на CD4028 будет выложен в конце статьи. «Команды» дешифратор принимает по четырем цифровым линиям, исходя из состояния входов A, B, C, D появляется высокий уровень на соответствующем выходе 0-9. Ниже привожу таблицу дешифровки из даташита:

В качестве высоковольтных ключей — MPSA42. Цепью «ограничения» служат быстрые высоковольтные диоды UF4007 и стабилитрон на 75В. Я назвал это цепью «ограничения» именно из-за того, что она ограничивает засветку неактивных катодов рядом с активным. Заряд с активного катода перетекая на неактивный не сможет поднять потенциал выше 75В, а 75В не хватит для возникновения тлеющего разряда и соответственно засветка не произойдет (проверено на ИН-12 при напряжении 250 В и токе 10 мА). Точка индикаторов подключена через транзистор непосредственно к порту ардуино. Анодный драйвер собран на высоковольтных транзисторах MPSA42 и MPSA92. Благодаря анодному драйверу, лампы можно тестировать как в статическом, так и в импульсном режиме.

Лампы потребляют незначительный ток, около 2-3 мА, точное значение указано в паспортах. Для тренировки токи необходимо устанавливать больше паспортных, для этого в схеме предусмотрен магазин сопротивлений. Переключения происходят с помощью малогабаритного переключателя МНП-1, но подойдет любой галетный. На пару с магазином сопротивлений работает переменный резистор, для точной настройки тока. Забегая на перед скажу, что переменный резистор оказался невостребованным, для проверки вообще нет необходимости выставлять ток  с точностью до сотых. Это мой первый опыт с ГРИ, поэтому налепил всего и по больше, а раз сделал, то пусть уже и будет.

Информация о текущих параметрах выводится на двухстрочный LCD дисплей. Так, что-то много текста, а картинок мало…. Пару снимков собранного бутерброда из плат:

Продолжим. Тестер замеряет напряжение на входе в преобразователь и на выходе, а также ток, который течет через лампы. Измерение напряжения организовано посредством простого делителя, входы микроконтроллера защищены стабилитронами на напряжение 5,1В. Миллиамперметр построен на операционном усилителе MCP602. Микросхема LM358 показывала гораздо худшие результаты. В качестве шунта — резистор 1 Ом.

Если вольтметры четко показывают значения, то амперметром пользоваться было практически невозможно. Показания амперметра постоянно скакали, буферные конденсаторы ситуацию не улучшают. Пришлось организовать замер тока один раз в секунду, это дало более-менее читаемые показания. При этом значения, которые выводились на экран, значительно отличались от образцового прибора, по которому велась настройка. Выставив примерно равные значения при одном потреблении тока, они начинали отличатся при другом. Это привело к мысли, что равенство f(y)=x не справедливо для данного операционного усилителя. Пришлось провести небольшую лабораторную работу. Для каждого значения высокого напряжения были записаны показания тока образцового прибора и подопытного. Далее построены графики ток от напряжения. В результате, догадки подтвердились, необходимо модифицировать функцию: f(y)=kx+b. Экспериментальным путем подобраны значения коэффициентов: k=0,8; b=0,5. Коэффициент b так же учитывает ток потребления транзисторных ключей, который необходимо отнять от замеренного значения. Применив уравнение прямой с коэффициентами, точки замеров практически совпали. Есть один недостаток, пока значение тока не достигнет 0,5 мА, показаниям верить нельзя. Ну и ладно, все равно скачки цифр победить полностью не получилось, так, что миллиамперметр здесь просто показометр, чтобы смотреть много тока или мало. Для любопытных результаты лабораторной работы:

По железу вроде все. Теперь программные возможности. На главном экране выводится информация о режиме работы, текущей цифры которая выводиться на индикатор, наличие включенного таймера, два значения напряжения и тока.

При нажатии на правую кнопку можно поменять цифру на индикаторе. При нажатии на левую кнопку переходим к следующему окну, где можно выбрать режим индикации. Предусмотрено два варианта: горит выбранная цифра или по очереди перебираются все, с частотой в 1 секунду.

В следующем окне можно выбрать режим работы анодного ключа, импульс или статика.

В этом окне настройки импульсного режима. Средней кнопкой устанавливается время высокого уровня в мили секундах, когда индикатор засвечен. Правой кнопкой устанавливается время низкого уровня в мили секундах, когда индикатор погашен. В нижней строке выведены напряжение и ток.

В последнем окне можно установить таймер, который отключит лампу после прогонки. Можно включать тренировку на повышенном токе и идти пить пиво хоть до утра.

Железо — есть, логика — есть, корпуса — нет. Делаем корпус.

Пошел я искать материал для корпуса, но нашел только ламинированное ДВП. Материал не очень прочный, но за то обрабатывается очень легко. Я со школы помню уроки труда с лобзиком. На урок надо было принести фанеру для обучения работы ручным лобзиком. Кому «повезло» тот принес фанеру, а кому «не повезло» ДВПшку. Теперь догадайтесь копу повезло, а кому нет :). У меня была ДВП и в итоге куча сэкономленных пилочек. Вернемся к корпусу. Габариты выбрал следующие: 155х115х90. Все внутренние углы усилены штапиком.

Лицевая панель из того же материала.

А вот прибор во время первых тестов и отладки. Временные кнопки и шнурок USB, потом это будет демонтировано. Образцовый измерительный прибор Ц4341.

Источником питания тестера служит плата от блока питания роутера. Блок питания работал в режиме 24/7 и нареканий на него не было.

Для быстрой смены ламп установлено три панельки для самых распространенных индикаторов ИН-12, ИН-4 и ИН-14. Панелька для ИН-14 самодельная, про нее почитать можно здесь. LCD экран — демонтаж из какого-то прибора. В закромах, в месте с переключателем МНП-1 у меня был и малогабаритный сигнальный фонарь МФС1, с красным светофильтром. Лампочки в нем уже не было, пришлось установить красный светодиод. Собственно, эти два элемента и определили внешний облик под старую самодельную технику, под эту тему пришлось найти кнопки КМ1-1 и выключатель МТ1. Из композиции выпадает только «новомодный» экран. Кнопки нашлись у местного базарного барахольщика.

Одна из них почти новая, 75-го года :)))

Для коммутации панелек шлейфом по цепочке, составил таблицу соответствия контактов:

Тестер готов можно бежать и тестировать свое богатство!

Протестировав имеющиеся у меня лампы, две ИН-14 были отбракованы как полностью не рабочие, а трем лампам ИН-12 необходима тренировка.

В результате данные схемные решения легли в основу конструкции моих первых часов на ГРИ, вот здесь про них можно почитать.

---

Пройдя по ссылке можно скачать схему, платы и подборку даташитов. Программу для ардуины сброшу по просьбам, только не пугайтесь, когда будете читать код, как умею, так и пишу.