Wyświetlacze VFD to nic strasznego. Część 1. Podstawy działania i budowa

Wyświetlacze VFD (z ang. Vacuum Fluorescent Display) czyli Próżniowe Wyświetlacze Fluorescencyjne że tak powiem "cieszą oko" swoim urokiem. W cyklu artykułów chciałbym przybliżyć ich budowę a także omówić sposób zasilania i sterowania. Wyświetlacze te przypominają zasadą działania zwykłe lampy próżniowe (np. kineskop czy tzw. magiczne oko) jednak różnią się zasadniczo budową. Choć dość łatwo je pozyskać (np. ze złomowanego sprzętu RTV) to wielu rezygnuje z uruchomienia i wykorzystania tych wyświetlaczy. Okazuje się jednak że jest to dość proste do zrealizowania dla amatora.


• Budowa.
Wyświetlacz VFD składa się z kilku rzeczy. Najważniejszymi są; katoda (grzałka), anoda/y, siatka/siatki oraz dość nietypowa "bańka" szklana;



• Katoda
Grzałka pełni także rolę katody a składa się z kilku-kilkunastu (zależnie od wielkości wyświetlacza) bardzo cienkich wolframowych drucików pokrytych mieszanką baru (Ba), strontu (Sr) oraz tlenku wapnia (CaO). Przepływający przez grzałkę prąd podgrzewa ją do ok. 600 °C co umożliwia emisję elektronów.

• Siatka
Siatka jest wykonywana ze stali nierdzewnej metodą fotochemiczną (podobnie jak PCB), dodatni potencjał siatki względem katody przyśpiesza elektrony które po przejściu przez "oczka" siatki uderzają w powierzchnię anod. Potencjał ujemny siatki blokuje przejście dla elektronów.

• Anoda
Anoda to odpowiednio ukształtowane segmenty ( mogą to być też znaki graficzne) z przewodzącego materiału (np. grafitu) pokrytego tzw. luminoforem (materiał emitujący światło pod wpływem padających na niego elektronów). Dodatni potencjał anody umożliwia zderzanie elektronów z powierzchnią luminoforu i emisję światła widzialnego. Jednym z najczęściej używanych luminoforów ze względu na niskie napięcie pracy jest tlenek cynku (ZnO) dający zielone światło o długości fali około 505nm.

• Budowa typowego wyświetlacza VFD




Kilka słów wyjaśnienia do powyższego rysunku, getter to tzw. pochłaniacz szczątkowych zanieczyszczeń powstałych w procesie produkcji i po odpompowaniu powietrza z wnętrza wyświetlacza. Rolą napinaczy jest kompensacja rozszerzalności cieplnej grzałek(katody) ponieważ zmieniają swoją długość pod wpływem temperatury. Korek, to po prostu metalowa zatyczka uszczelniająca wyświetlacz. We wcześniejszych konstrukcjach zostawiano na etapie produkcji wystającą cienką szklaną rurkę którą po odpompowaniu zatapiano w wysokiej temperaturze. Po zatopieniu z wyświetlacza wystawała końcówka która często powodowała uszkodzenie ze względu na ułamanie (rozszczelnienie wyświetlacza).
Są też wyświetlacze o nieco odmiennej konstrukcji gdzie segmenty są napylone bezpośrednio na szklane podłoże i nie są widoczne siatki ani katoda. Poniżej jeden tego typu z mojej kolekcji;




Jeszcze inną odmianą są wyświetlacze w technologii CIG (ang. Chip In Glass czyli układ w szkle) które zawierają wewnątrz szklanej "bańki" zainstalowany kontroler/driver. Na poniższych zdjęciach wyświetlacz w tej technologii firmy Futaba który podarowała mi nasza forumowa koleżanka Justyna (@Justyniunia);




Przy lewej krawędzi widać miejsce w którym jest driver;









Ze względów praktycznych wyświetlacze nie są budowane jako pojedyńcze dla każdej cyfry/znaku i przeważnie jest to kilka,kilkanaście czy kilkadziesiąt cyfr/znaków w jednej szklanej "bańce". Oczywiście znaki mogą być dowolne np. 7-mio segmentowe 14 czy 16-to segmentowe a nawet (coraz częściej) jako matryce np. 5x7 punktów (najbardziej popularne), lub też całkowicie graficzne. Można też manipulując składem chemicznym luminoforu uzyskać różne kolory.


Na poniższym zdjęciu wyświetlacz firmy Futaba dedykowany do licznika samochodowego;



Wyświetlacz graficzny VFD GU128x64-800B firmy Noritake-Intron;



Oraz typowy wyświetlacz stosowany w magnetowidach, wyraźnie widoczne siatki i podział na sekcje;



Wyświetlacze o większej zawartości elementów są produkowane głównie jako tzw. multipleksowane (podobnie jak wyświetlacze LED), proste natomiast mają wyprowadzone wszystkie połączenia anod (segmentów) i siatek;




Wyświetlacze statyczne posiadają jedną, wspólną siatkę oraz wyprowadzone wszystkie segmenty. Umożliwia to sterowanie ich stosunkowo niskim napięciem rzędu 12V i można tu wykorzystać typowe układy serii CMOS 4XXX. Mimo zastosowań w prostych urządzeniach typu zegar/timer zostały wyparte przez wyświetlacze LED. Wraz ze wzrostem komplikacji wyświetlacza wymaga on więcej wyprowadzeń, takie wyświetlacze produkowane są jako tzw. multipleksowane;




Sterowanie wyświetlaczem multipleksowanym wymaga bardziej rozbudowanego układu sterującego oraz większego napięcia zasilającego rzędu 30-35V a także odpowiednich zależności czasowych sygnałów siatek i anod (segmentów). Poniżej przykładowe przebiegi sygnałów;




W takcie T2 podawane jest napięcie siatki G2 oraz napięcia anod (segmentów) dla drugiej cyfry (G2), analogicznie dla kolejnych pozycji wyświetlacza. Widoczne krótkie przerwy w zasilaniu kolejnych siatek i anod (segmentów) to tzw. "wygaszanie między-cyfrowe" i ma zapobiegać prześwitom (duchom) treści na kolejną pozycję wyświetlacza;




Częstotliwość "przemiatania" siatek to kilkadziesiąt-kilkaset Hz i oko ludzkie odbiera to jako światło ciągłe (nie widzimy zapalających się i gasnących kolejno cyfr/znaków). Wykorzystując regulację czasu podawania napięcia na anody (segmenty) dla każdej siatki możemy regulować jasność wyświetlacza (PWM);




Osobną kwestią jest napięcie żarzenia. W większości jest realizowane prądem przemiennym poprzez transformator z odczepem na środku uzwojenia choć bywa też zasilanie prądem stałym. Punkt "umasowienia" grzałek ma jednak znaczenie dla pracy wyświetlacza, na rysunku poniżej żarzenie prądem stałym;




Pomimo swej prostoty ma jedną wadę, ponieważ grzałki pełnią funkcję katody to w jednym punkcie powinny być połączone z masą. Przyłożenie napięcia żarzenia do drugiego wyprowadzenia powoduje różnicę potencjałów między anodami i katodą zależnie od miejsca wyświetlacza co widać na powyższym rysunku. Skutkuje to w praktyce nierównomierną jasnością wyświetlacza. Zdecydowanie lepszym rozwiązaniem jest zasilanie grzałek prądem przemiennym. Na poniższych rysunkach pokazano ten sposób w wersji z masą połączoną do środkowego odczepu lub skrajnego oraz rozkład napięć;




Takie rozwiązania stosowane są głównie w urządzeniach stacjonarnych gdzie uzwojenie żarzenia jest zaimplementowane w transformatorze sieciowym. W urządzeniach zasilanych bateryjnie często jest wykorzystywane żarzenie przy pomocy przetwornic DC/AC;




Przetwornice w tym zastosowaniu pracują z dużą częstotliwością (zalecane to 10-200kHz) i zalecany jest współczynnik wypełnienia 50%. Ponieważ jasność wyświetlacza silnie zależy od różnicy potencjałów anody i siatki;



W celu wyeliminowania przebić z sąsiednich cyfr dla wygaszonych segmentów wymagane jest podanie napięcia ujemnego względem katody(grzałki) na anody i siatki (tzw. pływająca katoda). To właśnie realizuje dioda Zenera;




Oczywiście chcąc wykorzystać wyświetlacz VFD we własnej konstrukcji nie musimy budować całego sterowania od zera. Istnieją specjalne układy scalone nazywane driverami VFD które "załatwiają" wszystkie zależności czasowe a nawet zawierają wbudowany generator znaków np. PT6302 dla wyświetlaczy alfanumerycznych 16x1 czy też STM86312 dla wyświetlaczy 7-16-to segmentowych oraz obsługą kilku innych przydatnych funkcji.
W kolejnej części przedstawię sposoby uruchomienia wyświetlaczy oraz ich praktyczne wykorzystanie we własnych konstrukcjach.






Artykuł powstał na bazie materiałów producentów wyświetlaczy VFD a także własnych doświadczeń.
Noritake-Intron;
https://www.noritake-elec.com/technology/general-technical-information/vfd-operation

Futaba;
http://www.futaba.co.jp/en/display/vfd/

Elektronika Praktyczna;
Część pierwsza; https://ep.com.pl/files/4420.pdf
Część druga; https://ep.com.pl/files/4454.pdf

Bawiłem się VFD lata temu jeszcze jak płytki pisakiem robiłem. Męczyłem jakiś wyświetlacz z odtwarzacza DVD, bez problemu to działało.

pier wrote:

Bawiłem się VFD lata temu jeszcze jak płytki pisakiem robiłem.

Ja też Ponad 20 lat temu adaptowałem VFD kupiony na Wolumenie do Diory MDS-354 z racji tego że miał wskaźniki wysterowania. Całe sterowanie robiłem "na piechotę", multiplex realizowałem na układach TTL, przetworniki AC dla wskaźnika wysterowania i bufory anod/siatek na tranzystorach. Jako liczniki taśmy "robiły" 74LS192, a generator znaków dla wyświetlania funkcji był zrobiony na matrycach diodowych. Niestety nie mam żadnych zdjęć ale pięknie to wyglądało. Był to chyba mój pierwszy VFD który uruchomiłem.

Jakie napięcie odkłada się na sterowniku anod, kiedy dany segment (lub wszystkie) nie świeci? Wystarczy zwykły mikrokontroler / inny układ logiczny, czy musi być jakiś dedykowany, wytrzymujący wyższe napięcia?

ArturAVS wrote:

Ze względów praktycznych wyświetlacze nie są budowane jako pojedyńcze dla każdej cyfry/znaku...

Może obecnie nie są takie produkowane ale na pewno były. Bardzo niegdyś popularne np w kalkulatorach, budowało się nawet zegary na takich.

Zabrakło mi jeszcze w tym artykule bardzo popularnego wyświetlacza IW-18:

pier wrote:

Może obecnie nie są takie produkowane ale na pewno były.

Były produkowane ale obecnie prawie ich nie widać. Osobiście nigdy w rękach nie miałem jednoznakowego VFD.

pier wrote:

Zabrakło mi jeszcze w tym artykule bardzo popularnego wyświetlacza IW-18:

Artykuł nie odnosi się do konkretnych typów wyświetlaczy tylko prezentuje zasadę działania i sterowania VFD. Co do IW-18, to pewny nie jestem ale chyba coś z tej serii mam w mierniku częstotliwości (musiałbym go rozkręcić żeby sprawdzić);

japko1024 wrote:

Jakie napięcie odkłada się na sterowniku anod, kiedy dany segment (lub wszystkie) nie świeci? Wystarczy zwykły mikrokontroler / inny układ logiczny, czy musi być jakiś dedykowany, wytrzymujący wyższe napięcia?

Na pewno z wyjść typowego mikrokontrolera nie dasz rady wysterować wyświetlacza VFD (napięcia rzędu 12-40 do nawet 70V zależnie od wyświetlacza) bezpośrednio. Wymagane są odpowiednie wzmacniacze napięciowe. W kolejnej części będzie to omówione i jest bardzo proste (dostępność scalonych driverów). Przykład masz w linkach do artykułu w Elektronice Praktycznej.

Edit;
@pier specjalnie dla Ciebie rozkręciłem F-miarkę i niestety jest to Futaba (a byłem przekonany że to coś rosyjskiego);

VFD są na tyle atrakcyjne, że łatwo popaść w zbieractwo

simw wrote:

VFD są na tyle atrakcyjne, że łatwo popaść w zbieractwo

Niezła kolekcja Uruchomiłeś któryś?

ArturAVS wrote:

Niezła kolekcja Uruchomiłeś któryś?

Oczywiście, same zbieractwo na szczęście mnie nie bawi
Najłatwiej te z kontrolerem HD44780. Jest tam kilka modeli. Oprócz tego standardowe 128x64, to też nic wymagającego. Zwykle do Noritake czy Futaby (szczególnie tego pierwszego) jest dość dobra dokumentacją, łącznie z przykładowymi kodami.
Uruchomiłem też kilka płyt czołowych ze sprzętu audio m.in. Marantz DR6000, Onkyo TXSR503, Pioneer VSX323, Yamaha RXV540 opartych m.in. na kontrolerach szeregowych dostępnych w sprzęcie audio. Mam wstępnie opanowane M66004, PT6315, PT6311, LD1970 czy też LC75710. Tutaj natomiast przykład gotowego "hacka" na ten ostatni, łącznie z zasilaniem z 5V:

Link

W "wolnych chwilach" piszę sobie wspólną bibliotekę na te szeregowe drivery, ale to jeszcze pieśń przyszłości, zanim będzie gotowa do użytku czy też publikacji.

simw wrote:

Oczywiście, same zbieractwo na szczęście mnie nie bawi

Super. Na M66004FP mam wyświetlacz z MDS S30 Sony, na PT6302 kilka innych. A PT6315 planuję użyć jako uniwersalny sterownik w którejś z kolejnych części o wyświetlaczach ze względu na dość dużą uniwersalność konfiguracji. W planie jest też uniwersalna przetwornica do zasilania VFD, i być może pojawi się jako gadżet w sklepiku (samo PCB lub jako kit. Prace trwają). Programistą nie jestem ale "zmajstrowałem" driver w Bascomie dla PT6302 i podobnych.

simw wrote:

W "wolnych chwilach" piszę sobie wspólną bibliotekę na te szeregowe drivery

W jakim języku?

ArturAVS wrote:

simw napisał:
W "wolnych chwilach" piszę sobie wspólną bibliotekę na te szeregowe drivery
W jakim języku?

W języku C, powinny być 2 porty, na AVR oraz STM32 z tym, że STM32 w pierwszej kolejności.
Mam też prawie gotowe dwa projekty zasilacza (KiCad), jeden na przetwornicy odwracającej, drugi na pompie ładunkowej (na wzmacniaczu mocy lub sterowniku do silnika - zasilacz filamentu )
Obecnie to chyba dwa najpopularniejsze rozwiązania zasilania beztransformatorowego dla VFD. Ten drugi do Pioneera jest w "fazie lutowania"
Jeden z tych projektów ma być w formie zamiennika dla "trójnóżkowego stabilizatora" - ot taka fanaberia.
Brakuje tylko motywacji do dopięcia szczegółów. Może kolejne części Twojego artykułu będą dalszą motywacją

Bardzo ciekawy temat, ale dziwne, że nikt jeszcze tego nie zalinkował:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3249310.html

Też planuję coś na VFD zrobić ale nie wiem ile lat minie aż będzie okazja. Mam tylko kilka zdjęć sprzed pół roku jak zacząłem się bawić:

p.kaczmarek2 wrote:

ale dziwne, że nikt jeszcze tego nie zalinkował:

Jakoś nie widziałem tego tematu.

Jak podłączyłeś z nboxa?

PomiDoreq wrote:

Jak podłączyłeś z nboxa?

Czytając notę katalogową drivera PT6302 oraz zaglądając w schemat NBOXa (schemat jest na forum). Muszę przepisać jeszcze sterownik z BASCOM na Arduino. Jak cierpliwie poczekasz to z kolejnej części dowiesz się szczegółów. Dodatkowe kursory na NBOXie;



Jutro pewnie dotrą zamówione PT6315 to ruszę temat uniwersalnego sterownika.

Są też takie wyświetlacze jak 7-segmentowe IW-3, gdzie napięcie żarzenia wynosi zaledwie 0.85V, podczas gdy typowe napięcie siatki wynosi 30V. Oznacza to mniej więcej tyle, że żarzenie DC w znikomym stopniu wpływa na jasność segmentów, inaczej niż w przypadku większych wyświetlaczy, pracujących na niższych napięciach gdzie te 4V przemiennego żarzenia ma już spore znaczenie.

W przypadku tego typu wyświetlaczy rosjanie wymyślili sobie także układy open-collector typu PNP.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3721270.html

Zrobiłem sobie do tego płytkę przejściówkę.
CD4056 oraz CD4028+CD4069
I w ten sposób mamy sterowanie dwoma wejściami BCD.

O! Też mam coś na tych świetnych wyświetlaczach, używam na co dzień ja, Żona, kolega... Wszyscy zadowoleni, szczególnie ja, niżej 4 różne urządzenia z tymi wyświetlaczami :





Link

W tego typu wyświetlacza zawsze ciekawiła mnie pewna sprawa. Mam magnetowid i wieżę sprzeda 20 lat, w obu urządzeniach jest wyświetlacz VFD i co ciekawe, po latach te anody, które rzadziej świeciły podczas używania urządzenia, teraz świecą ciemniej. Z czego to wynika? Wydawać by się mogło, że najciemniej będą świecić elementy najczęściej używane z powodu zużycia luminoforu.

andrzejlisek wrote:

Wydawać by się mogło, że najciemniej będą świecić elementy najczęściej używane z powodu zużycia luminoforu.

Dziwne jest takie "odwrotne" zużycie. Nie tylko luminofor się degraduje podczas pracy, podobnie jak w innych lampach próżniowych z upływem czasu zmniejsza się emisja elektronów z katod/y.

mmaker wrote:

Też mam coś na tych świetnych wyświetlaczach

Uruchomienie wyświetlacza z kompatybilnym sterownikiem do HD44780 znanego z LCD alfanumerycznych to banał. @pawelr98 owszem są ale jak pisałem nigdy tego typu (pojedyńczy) nie wpadł mi w ręce. Fakt, przy tak niskim napięciu żarzenia spadek jasności przy DC może być pomijalny. Gdyby Ci nie zależało na oryginalnych driverach to zaproponowałbym jakiś nowoczesny zintegrowany driver(jest dość duży wybór).

simw wrote:

na wzmacniaczu mocy lub sterowniku do silnika - zasilacz filamentu

Mógłbyś coś przybliżyć? To może zamiast przetwornicy z transformatorem skonstruowałbym coś innego (bez trafa).

Bardzo ciekawy artykuł.

Z jakimi największymi wyświetlaczami się spotkaliście?
Osobiście to miałem bardzo często przed oczami taki wyświetlacz w samochodzie Scenic2.

Najdłużej działający (non-stop) to chyba w rosyjskim zegarku, zgon zaliczył po kilkunastu latach jak go dzieciak zrzucił na podłogę.

Teraz z kolei dzielnie pełni tą rolę punktowy wyświetlacz w grajełku

ArturAVS wrote:

simw napisał:
na wzmacniaczu mocy lub sterowniku do silnika - zasilacz filamentu
Mógłbyś coś przybliżyć? To może zamiast przetwornicy z transformatorem skonstruowałbym coś innego (bez trafa).

Na początek należałoby się zapoznać z specyfikacją LM9022:
https://datasheet.octopart.com/LM9022M/NOPB-National-Semiconductor-datasheet-11896945.pdf

Jest tam między inny aplikacja do zasilania z pompą ładunkową. Sam LM to właściwie wzmacniacz mocy. Z moich doświadczeń wynika, że dla niektórych katod może mieć za małą moc, ale zamiennik LM4871 już wystarczającą.
Bezpośrednio LM9022 nie stosowałem z pompą ładunkową, ale z nieśmiertelnym MC34063A.



Jeśli chodzi o sterownik silnika to można zaproponować tani chiński układ RZ7888, choćby w takiej aplikacji:


Aplikacja ma tę wadę że potrzebuje sterowania przebiegiem prostokątnym - komplementarnym, ale dla mnie to nie jest problem, bo każdy STM32 to potrafi zajmując jeden timer i dwa piny. Zresztą przy LM4871 też używam sygnału prostokątnego, ale zawsze można zrobić generację RC - wymaga to oczywiście kilku elementów więcej.
Da się już sprytnie zmieścić to w 30x30 mm, co nie oznacza, że nie można tego jeszcze upakować

ArturAVS wrote:

andrzejlisek wrote:

Wydawać by się mogło, że najciemniej będą świecić elementy najczęściej używane z powodu zużycia luminoforu.

Dziwne jest takie "odwrotne" zużycie. Nie tylko luminofor się degraduje podczas pracy, podobnie jak w innych lampach próżniowych z upływem czasu zmniejsza się emisja elektronów z katod/y.

Właśnie przed chwilą sprawdziłem działanie swojej wieży wykorzystując funkcje, które były bardzo rzadko używane. Np. Przy słuchaniu radia są elementy "MHz" i "kHz", które pokazują, w jakich jednostkach jest wyświetlana częstotliwość. W ciągu całego okresu eksploatacji wieży, element "kHz" świecił zdecydowanie rzadziej niż "MHz" (ten pierwszy jest używany tylko do stacji na falach długich i średnich, ten drugi na ultrakrótkich), a teraz świeci wyraźnie ciemniej. Ponieważ takie zjawisko stwierdziłem w dwóch urządzeniach, przyjąłem, że to jest po prostu cecha wyświetlaczy VFD.

W magnetowidzie (kupiony w roku 1995), już gdzieś w roku 2004 lub 2005 cały wyświetlacz świecił bardzo słabo, nie stwierdzono, żeby nagle świecił słabiej, tylko niezauważalnie świecił coraz słabiej, ale cały (oczywiście wybiórcze osłabienia też były). Właśnie wtedy był zaniesiony do serwisu, bo miał usterkę mechanizmu, a serwisant przy okazji naprawił wyświetlacz, że świecił mocniej, nie pamiętam, czy tylko coś wyregulował, czy wymieniał i jakie elementy. Pewnie jakieś napięcie na wyświetlaczu było za niskie, prawda? Oczywiście wybiórcze elementy były słabsze, właśnie te rzadziej używane. Pamiętam, że mówił, że takie urządzenia "nie lubią" być często włączane i wyłączane przez wkładanie wtyczki do gniazdka, że jak się włączy, to powinien być cały czas włączony. Co prawda w domy był raczej włączony, ale czy serwisant miał rację z tym włączaniem i że to mogło być przyczyną problemów z działaniem wyświetlacza?

Wracając do samych wyświetlaczy, to czy ja dobrze rozumiem, że w praktyce katoda oddaje więcej elektronów od strony zasilania niż od strony masy, a zrobienie odczepu na środku pozwala to trochę wyrównać? Jak czytałem ten artykuł, to pierwszą myśl, żeby rozwiązać ten problem była taka, że co drugi drut miał masę z lewej strony i zasilanie z prawej, a pozostałe masę z prawej i zasilane z lewej strony. Czy w ogóle były produkowane takie wyświetlacze?

Natomiast zasilanie katody prądem przemiennym co miałoby dać? Temperatura drutów będzie ta sama, natomiast w niecałej połowie cyklu zmian (konkretnie, w części ujemnej cyklu) katoda będzie się zachowywać tak samo, jak zasilana napięciem stałym, a w pozostałym czasie nie będzie emitować elektronów, bo napięcie będzie mieć za wysokie w stosunku do anody. A od strony masy, zarówno szczytowe napięcie dodatnie, jak i szczytowe ujemne będą miały taką samą wartość bezwzględną, proporcjonalnie mniejszą niż napięcie zasilania. Czy dobrze myślę?

andrzejlisek wrote:

A od strony masy, zarówno szczytowe napięcie dodatnie, jak i szczytowe ujemne będą miały taką samą wartość bezwzględną, proporcjonalnie mniejszą niż napięcie zasilania.

Zwróć uwagę że napięcie przemienne zmienia polaryzację, i raz doda się do różnic potencjału anoda-katoda a raz odejmie. Samej grzałce katody to w niczym nie przeszkadza ze względu na bezwładność cieplną.

andrzejlisek wrote:

czy ja dobrze rozumiem, że w praktyce katoda oddaje więcej elektronów od strony zasilania niż od strony masy

Odwrotnie.

andrzejlisek wrote:

zrobienie odczepu na środku pozwala to trochę wyrównać?

Tak.

andrzejlisek wrote:

żeby rozwiązać ten problem była taka, że co drugi drut miał masę z lewej strony i zasilanie z prawej, a pozostałe masę z prawej i zasilane z lewej strony. Czy w ogóle były produkowane takie wyświetlacze?

Pomysł ciekawy, ale wydaje mi się że gdyby był taki dobry na jaki wygląda to już dawno producenci by go wprowadzili w życie.

simw wrote:

Aplikacja ma tę wadę że potrzebuje sterowania przebiegiem prostokątnym - komplementarnym

Mi chodziło po głowie wykorzystanie sygnału zegarowego z np. PT6302 przez jakiś dzielnik częstotliwości i sterowanie nim mostka H.

andrzejlisek wrote:

W tego typu wyświetlacza zawsze ciekawiła mnie pewna sprawa. Mam magnetowid i wieżę sprzeda 20 lat, w obu urządzeniach jest wyświetlacz VFD i co ciekawe, po latach te anody, które rzadziej świeciły podczas używania urządzenia, teraz świecą ciemniej. Z czego to wynika? Wydawać by się mogło, że najciemniej będą świecić elementy najczęściej używane z powodu zużycia luminoforu.

Nie zauważyłem takiego efektu w swoich wyświetlaczach, raczej przeciwnie, te segmenty które najdłużej świeciły to się najbardziej wypaliły. Mam jakiś kalkulator Elwro który musiał sporo przepracować w trybie "standby" w biurze jakiejś księgowej, bo pierwsze zero od prawej ma najbardziej wypalone.
Ale jeśli jest jak piszesz to możliwe że niezasilone anody, albo anody o niższym potencjale niż katoda, są traktowane dodatnimi jonami lub innymi zanieczyszczeniami których getter nie był w stanie w pełni zneutralizować i to powoduje ich degradację. Taka moja teoria. Coś trochę na wzór plamy jonowej w starych kineskopach bez pułapki. Jony nie powodują widocznego świecenia luminoforu ale z czasem go "zatruwają", dając w środku ekranu ciemniejszą, wypaloną plamę. Tyle tylko że to jednak powodowały jony ujemne, cięższe od elektronów, ale też przyciągane przez dodatnią anodę.

Zauważyłem na Allegro IW-8 w dobrej cenie, może jeden do kolekcji kupię.

A może to po prostu klasyczne zatrucie ?
Cząsteczki gazów mają ładunek dodatni i anoda spolaryzowana niżej niż katoda będzie przejmować na siebie więcej dodatnio naładowanych cząstek.

Lampy elektronowe będące długi czas w stanie zatkania (takie jak lampy komputerowe) byłby tworzone specjalnie na te potrzeby.
Przykładowo w katalogu lampy E92CC (duotrioda do zastosowań w maszynach logicznych) możemy zobaczyć coś takiego:


Tłumacząc, E92CC utrzyma swoje zdolności emisyjne nawet po długich okresach pracy w zakresie odcięcia (tj. lampa nie przewodzi, jest zatkana).

A VFD to nic innego jak zwykła trioda, z tym że anoda się po prostu świeci jak jest bombardowana elektronami.

Dotarły drivery PT6315 i zamówiłem LM4871. Dzięki @simw za naprowadzenie na ten sposób z zasilaniem filamentu. Po weekendzie pojawi się druga, bardziej praktyczna część artykułu.

pawelr98 wrote:

A może to po prostu klasyczne zatrucie ?
Cząsteczki gazów mają ładunek dodatni i anoda spolaryzowana niżej niż katoda będzie przejmować na siebie więcej dodatnio naładowanych cząstek.

Może tak jest, jednak jak sprzęt był nowy, to wszystkie elementy świeciły równo. Tak świeci obecnie wieża.


W wieży nie ma możliwości, żeby przez długi czas świeciły się liczby od 12 do 20, a nie świeciły się liczby od 1 do 10. Świecą zawsze liczby od 1 do którejś, w zależności, ile ścieżek ma płyta lub ile jest zapamiętanych stacji radiowych. przez jakiś czas miałem zapamiętane ok. 10 stacji, a później przez pewien czas (kilka lat) miałem 3-5 stacji (a więc świeciły się liczby od 1 do 5).

W magnetowidzie jest dokładnie to samo, ale nie widzę sensu, żebym specjalnie wyciągał go z piwnicy i podłączał. W obu urządzeniach, szczególnie na tych słabszych elementach, niektóre nierówno świecą, jakby były trochę zabrudzone. Na przykład liczba 20, symbol kHz i MHz widoczne na zdjęciach.

andrzejlisek wrote:

Może tak jest, jednak jak sprzęt był nowy, to wszystkie elementy świeciły równo. Tak świeci obecnie wieża.

Tylko jak sprzęt był nowy, to wyświetlacz też nie miał zatrucia bo jeszcze nie pracował.
A jak pracował, to elementy były pod napięciem czyli cząsteczki otrzymały energię wynikającą z pola elektrycznego. Fakt, że katoda jest na wyższym potencjale niż anoda daje właśnie taki efekt, bo cząsteczki gazu mają dodatni potencjał i lgną do ujemnego. Spadek napięcia na katodzie żarzonej bezpośrednio jest zbyt duży, zrobili rozwiązanie w postaci podniesienia potencjału katody, które to spowodowało nowy problem.

O ile rzecz jasna dobrze rozumuję z mechanizmem takiego zatrucia.

W przypadku lamp nixie stosuje się najczęściej po prostu przemiatanie raz na jakiś czas wszystkich cyfr, tak żeby odtruć katody, bo w tym wypadku zatruciu ulegają nieużywane katody cyfr. Choć w tym wypadku sytuacja jest nieco inna bo w środku mamy gaz szlachetny, a nie próżnię.

Ja bym sprawdził, czy na przykład zostawienie na dłuższy czas (ileś godzin) wyświetlacza na zakresie gdzie nie świecą nam jakieś anody spowoduje przywrócenie jasności.
Tak po prostu, z ciekawości, czy to coś zmieni.


Zastanawia mnie dlaczego zamiast poprzecznie nie robili tych katod po prostu pionowo. Dokładnie tak jak to jest w IW3. Krótsze katody łączone równolegle miałyby mniejsze napięcie żarzenia. Może i wyższy prąd żarzenia byłby momentami uciążliwy, choć akurat w przypadku większości urządzeń nie jest to problem bo napięcie anodowe i siatkowe jest i tak generowane przez jakiś transformator lub przetwornicę. Ale za to uproszczeniu ulegałaby cała reszta bo nie trzeba żadnego kombinowania z potencjałami, można też żarzyć prądem stałym.

Do IW3 zrobiłem sobie przetwornicę typu "flyback" samowzbudną na podstawie transformatora zdemontowanego ze zwykłej ładowarki 9V.
Uzwojenie "pomocnicze" jest kluczowane przez tranzystor, uzwojenie główne pracuje jako wtórne generując te 25-30V, jedno wtórne pracuje jako dodatnie sprzężenie zwrotne, podczas gdy drugie (identyczne) jako zasilanie żarzenia.
Zasilanie 25-30V ma tylko ograniczenie napięcia na dwóch zenerkach 15V, co by przypadkowo nie uszkodzić driverów. Podczas pracy typowe napięcie wynosi ok.25-26V.

I z takiego jednego transformatorka można sobie wszystko zasilać. Podczas gdy sam układ przetwornicy wymaga jedynie 5V, które normalnie zasila mikroprocesor i całą logikę.

@pawelr98 w pierwotnym założeniu miałem zrobić uniwersalną przetwornicę na transformatorze ale @simw dał mi dobrą motywację żeby zrobić to inaczej. Być może w weekend przeprowadzę pierwsze próby. Znacząco uprości to zbudowanie "zasilacza" do VFD bo nie ukrywam że miałbym problem z nawinięciem transformatora jedną ręką (taka "usterka" fizyczna). Co do katod w "pionie" to ciekawe rozwiązanie. Dlaczego znani producenci na to nie wpadli?