Zegar VFD na zabytkowym układzie scalonym TMS 1951NL

Na początek chciałbym opisać historię tego prostego urządzenia.
Zaczęło się wszystko w latach 80 ubiegłego wieku gdy będąc małym dzieciakiem dostałem od znajomego resztki zniszczonego zegara cyfrowego przywiezionego z USA. Trzeba tu zaznaczyć że wówczas taki prezent miał dla młodocianych fascynatów elektroniki ogromną wartość. Niestety urządzenie to było prawie całkowicie zniszczone – obudowa była połamana, brakowało transformatora, do tego powyrywane przewody nie nastrajały zbyt optymistycznie co do przyszłości tego artefaktu. Z informacji przekazanych mi przez ofiarodawcę wynikało że bezwiednie podłączył on go do naszej sieci przez co jedynie narobił sobie smrodu w mieszkaniu i tak się zdenerwował że cisnął tym o ścianę. Na szczęście główny element, czyli szklany wyświetlacz, przetrwał to zdarzenie. Po kilku latach próbowałem uruchomić to urządzenie, skończyło się jednak na tym że udało mi się uruchomić go połowicznie – zegar odliczał tylko sekundy i do tego koszmarnie niedokładnie I znów urządzenie to, a w zasadzie już sama płytka z wyświetlaczem i układem sterującym, wylądowało w szafie na 15 lat.
W 2004 roku robiąc porządki ponownie natknąłem się na tą zabytkową konstrukcję i wówczas postanowiłem albo ją uruchomić albo pozbyć się jej raz na zawsze. Zacząłem od poszukiwań noty aplikacyjnej układu scalonego TMS1951NL. Na stronie internetowej TI nie znalazłem jednak żadnej informacji na temat tego IC, więc napisałem email do supportu technicznego TI. W odpowiedzi na mój list przyszła wiadomość informująca mnie że nota aplikacyjna tego IC jest dostępna w zeszycie not TI, który mogę kupić za jedyne 120USD. Lekko zrezygnowany przeszukiwałem dalej Internet i wówczas znalazłem na jakiejś niemieckojęzycznej stronie listę odpowiedników tego IC. Po sprawdzeniu połączeń tego układu udało mi się ponownie go uruchomić, niestety tak jak 15 lat wcześniej odliczał on tylko sekundy. Okazało się że jeden z portów wejściowych tego IC jest przywarty do Vss, co praktycznie przekreślało dalsze praktyczne zastosowanie tego układu. Wówczas też przez zupełny przypadek trafiłem na aukcję Allegro na której ktoś sprzedawał między innymi ten układ (wprawdzie wylut, ale za to oryginał TI). Za kwotę bodajże 4 zł kupiłem ten IC i nie dając wprawdzie mu większych szans wstawiłem w miejsce mojego uszkodzonego elementu. Ku mojemu najwyższemu zdumieniu układ okazał się w pełni sprawny i już ponad dwa lata funkcjonuje 24 godziny na dobę.

Opis konstrukcji urządzenia:
Głównym elementem zegara jest zabytkowy specjalizowany układ Texas Instruments TMS 1951NL którego odpowiednikami są LM8361 (Sanyo), MM5387 (Mitsubishi) oraz NTE2060 z czego tylko ten ostatni jest do dziś produkowany. Układ ten powstał w połowie lat siedemdziesiątych XX wieku, i wykonany jest w technologii P-MOS. Jedyną różnica jaką można zaobserwować pomiędzy odpowiednikami a oryginałem TI jest odporność portów wyjściowych oryginału na napięcia ~30V potrzebne do prawidłowego wysterowania wyświetlacza VFD. Wzorzec czasu pobierany jest bezpośrednio z sieci elektrycznej. Można co prawda użyć zewnętrznego generatora ale nie chciało mi się tego robić.
Elementem wizualizacyjnym tego urządzenia jest próżniowy wyświetlacz fluorescencyjny VFD (Vaccum Fluorescent Display) produkcji japońskiej firmy FUTABA o oznaczeniu 5-LT-16 8B. Napięcia pracy tego wyświetlacza to 30V napięcia anodowego i 3V żarzenia. Wysokość cyfr wynosi około 15mm. Wyświetlacz ten powstał z myślą o zastosowaniu w zegarze sprzedawanym na terenie USA, dlatego więc posiada pola AM, PM oraz tylko dwa segmenty pierwszej cyfry, z tego też względu nie zmieniałem trybu pracy układu zegarowego na europejski 24 godzinny - nie miałoby to sensu.
Do zasilania całości użyłem nieznacznie zmodyfikowanego transformatora sieciowego z jakiegoś znalezionego na podwórku telewizora. Uzwojenie 5V w raz z dwoma rezystorami 100ohm/1W posłużyło do wysterowania grzejnika lampy, a uzwojenie 30V, po odwinięciu kilkunastu zwoi, do zasilenia samego układu.
Jedyną płytka jaka sam wykonałem w tym urządzeniu była maleńka płytka na dwa mikroswitche służące do ustawiania zegara.
Obudowa to typowa plastikowa obudowa zegarowa kupiona w sklepie elektronicznym. Płytka czołowa tej obudowy została zastąpiona przyciętą pleksą o identycznych wymiarach z wywierconymi otworami pod switche. Ponieważ pleksa jest przeźroczysta i widać byłoby całe bebechy tego urządzenia, wstawiłem pomiędzy wyświetlacz a pleksę wycięty fragment niebiesko-zielonej folii barwnej z reflektora estradowego.
Z założenia urządzenie miało być idiotycznie proste, i miało się składać w większości z elementów które już w domu miałem dlatego tez nie kombinowałem zbytnio. Z oryginalnej płytki tego zegara usunąłem też jakiś prymitywny układ jednotranzystorowego oscylatora który wraz z kilkoma elementami biernymi, transformatorkiem i głośnikiem był sygnalizatorem akustycznym wewnętrznego układu budzika – sam nie cierpię budzików więc nawet przez chwilę nie pomyślałem o pozostawieniu tego „straszydła”

Tak jeszcze na zakończenie – nie sadzę że urządzenie to zrobi tu furorę, spodziewam się wręcz głosów krytyki. Dla mnie najważniejsze jednak było uruchomienie po tak długim czasie pięknego wyświetlacza VFD oraz zabytkowego układu scalonego który już dawno przeszedł do historii elektroniki XX wieku

Noty aplikacyjne odpowiedników TMS 1951NL:

http://www.datasheet4u.com/html/M/M/5/MM5387_NationalSemiconductor.pdf.html
http://www.datasheet4u.com/html/N/T/E/NTE2060_NTEElectronics.pdf.html
http://www.datasheet4u.com/html/L/M/8/LM8361_SanyoSemiconductor.pdf.html

Opis układu TMS 1951NL:


Zdjęcia:


w realu tych białych paprochów nie widać, są one widoczne tylko przy użyciu lampy błyskowej


Urządzenie wyłączone. Ciemna folia pod pleksą daje złudzenie lustra














płytka switchy




wyświatlacz w całej okazałości


tył i spód obudowy w raz z gniazdem przyłączeniowym i gniazdem wkładki bezpiecznikowej


płytka transformatora, praktycznie jedynie nieco przycięta po demontażu z telewizora