Набор макетных плат от Geekcreit. Как собрать НЕвакуумно-люминесцентный индикатор

Всем привет.

Сегодня мы будем щупать китайский стеклотекстолит и собирать семисегментный индикатор из бутылки (от) водки и сгоревших лампочек.

Когда-то ещё перед войной возникла задача точной настройки АМ радиоприёмника на станцию при выведенном регуляторе громкости, чтобы не задалбывать окружающих визгом свистом эфирных помех. Задача сводилась к индикации напряжения в цепи АРУ без особых требований к точности.

Использовать стрелочный вольтметр? Можно, и в профессиональной аппаратуре так делали. Для потребительской решение оказалось не очень: стрелочный индикатор сложен в изготовлении, хрупок из-за наличия подвижных частей в конструкции и сильно ограничивает полёт фантазии дизайнера при разработке лицевой панели. Поэтому в 1935 году появился первый электронно-световой индикатор — вольтметр-лампа.

Лампа ставилась в стандартный разъём тех времён и отображала уровень сигнала шириной светящихся секторов внутри металлической воронки, в которую можно было заглянуть снаружи:

Фактически это триод, в котором напряжение на управляющем электроде задавало форму и площадь участка анода, на который электроны не попадали и не заставляли светиться слой люминофора.

В динамике выглядело как-то так:

С переходом от октальных ламп к пальчиковым верхняя часть баллона лампы оказалась занята газопоглотителем и непрозрачна, поэтому воронку заменили ковшиком:

Заодно и шасси стало технологичнее в производстве — индикаторную лампу теперь можно было закрепить вдоль лицевой панели и легче менять при перегорании.

Следующим шагом стало нанесение люминесцентного покрытия прямо на стекло лампы:

Так работали индикаторы аналоговых величин.

Для цифровых индикаторов изначально применяли пакет листов прозрачного материала с гравировкой, в котором каждый лист мог подсвечиваться отдельной лампой накаливания:

Конструкция была трудоёмка и нетехнологична, поэтому были разработаны газоразрядные индикаторы. Те самые, в которых сложены стопкой проволочные цифры:

Теперь вместо отдельных нитей накаливания светился газ вокруг проволочного электрода.

Сборка аппаратуры стала проще, но проблема с углами обзора никуда не делась.

Ещё конструкция газоразрядного индикатора была патентно огорожена, а желания платить патентные отчисления ни у кого не было, зато были высвобождавшиеся мощности по производству ламп, поэтому появились новые индикаторы с расширенными углами обзора и низкими анодными напряжениями — вакуумно-люминесцентные.

Если газоразрядный индикатор представлял собой набор диодов в общем баллоне с газом, то вакуумно-люминесцентный являлся набором триодов с общими катодом и сеткой и раздельными анодами, покрытыми люминофором. Для свечения анода на него и на сетку должен быть одновременно подан положительный потенциал. Такая конструкция сильно снижала расход энергии(за счёт рабочих напряжений 15-30В вместо 150-180), упрощала сборку самого индикатора(за счёт уменьшения стопки деталей с 27 до 3-5), общую схемотехнику устройства(теперь к индикатору подходили 7-8 линий управления вместо 10-11) и улучшала обзор за счёт расположения всех знаков в одной плоскости(аналогичные газоразрядные индикаторы были разработаны, но широкого применения не нашли).

Как раз наработанный опыт работы с люминофорами пригодился.

ВЛИ первого поколения имели цилиндрический баллон. Внутри баллона помещена плоская пластина с анодами, к которой прикреплены остальные электроды. Выводы расположены с торца лампы либо с обоих её торцов. Конструкция сложна в изготовлении, неудобна при монтаже, чувствительна к ударам и тряске — пластина с анодами может переломиться.

Поэтому во втором поколении ВЛИ использовались плоские баллоны, набранным из листового стекла, склеенного особой мастикой, где верхнее стекло является выпуклым. Плоские выводы расположены на стыках баллона, штенгель для откачки воздуха вклеен отдельно сбоку или сзади.

ВЛИ третьего поколения тоже с плоским баллоном. Теперь совсем плоским — верхнее стекло тоже просто режется из листа. Теперь индикатор состоит из листового стекла чуть менее чем полностью (за исключением штенгеля), что позволяет уменьшить количество отходов стекла при изготовлении.

Ещё больше индикаторной экзотики можно увидеть тут.

Ради дальнейшего снижения потребляемой мощности пришлось перейти на светодиодные семисегментные индикаторы.

В ранних образцах свечение кристаллов можно было непосредственно наблюдать через увеличительную линзу:

Впоследствии для увеличения размеров отображаемых цифр пришлось перейти на конструкцию с матовыми световодами:

Развитие светодиодов синего и УФ излучения позволило создать приборы, излучающие белый свет и способные заменить лампы накаливания. Для задействования высвобождающихся мощностей по производству которых были разработаны лампы на светодиодных нитях:

Каждая нить представляет собой жёсткую светодиодную ленту с гибкими выводами для монтажа. На общей стеклянной подложке располагается ряд последовательно соединённых светодиодов под общим слоем люминофора:

За счёт последовательного соединения светодиодов нить питается высоким напряжением и малым током, несмотря на заполнение колбы лампы водородом сильно греется при работе и поэтому сравнительно(с конструкциями с нормальным теплоотводом) быстро выходит из строя. Так как нити соединены последовательно, обрыв в одной разрывает общую цепь и лампа приходит в негодность. Хотя часть светодиодов в ней сохраняет работоспособность, конструкция лампы не предусматривает её ремонта.

Эти светодиодные нити можно использовать в конструкциях в качестве элементов индикации — такое применение не требует от них работы на полной яркости, которая в азотно-кислородной атмосфере будет сопровождаться перегревом и быстро их добьёт.

Сложность заключается в том, что рабочее напряжение нити порядка 60 В — это не очень совместимо с современной электроникой, питаемой напряжениями 3…12 В. Без преобразователя тут не обойтись.

А в его сборке нам как раз пригодятся макетные платы.

Посылка пришла в пакете из серого полиэтилена.

Внутри два пакета с защёлками, в которых лежат по 40 плат 4 разных размеров.

Цвет маски на странице продавца указан зелёный, но высылается рандомно — мне приехали белые, жёлтые и красные.

Толщина текстолита 1,6 мм, марка FR-4.

Шаг отверстий 2,54 мм.В каждом наборе по 10 плат различных размеров: 50×70 мм(24×18 точек пайки), 40×60 мм(20×14 точек пайки), 30×70 мм(24×10 точек пайки), 20×80 мм(28×6 точек пайки).

Платы двухсторонние с металлизацией отверстий, контактные площадки лужёные.

Схема преобразователя:

Детали преобразователя напряжения:

Часть деталей может быть позаимствована из электронного балласта компактной люминесцентной лампы.

Собранный преобразователь:

Для ускорения эксперимента я купил пару дешёвых филаментных ламп.

Это очень паршивые лампочки, они мерцают так, что на них смотреть не хочется.

Кстати. одна из них прямо из магазина уже полудохлая — из четырёх филаментов светятся только два.

Ну и ладно, их с самого начала планировалось разламывать.

Разбиваем колбу.

Теперь можно ткнуться в светодиоды осциллографом.

Амплитуда напряжения на отдельном филаменте составляет 95 В.

Отметим маркером полярность питающего напряжения прямо на подложках.

Возьмём кусачки и подвергнем лампу окончательной деконструкции.

А вот и её драйвер. Ну, в принципе, отсюда можно выдрать и куда-то применить диодный мост.

Длина жёсткой части филамента 30 мм. Ленточные выводы аккуратно гнуть можно, подложку нет — она стеклянная.

При питании преобразователя от одного литиевого аккумулятора его выходное напряжение на холостом ходу достигает 230-250 В.

Под нагрузкой оно снижается до примерно 70 В.

Что из этого следует? Вытягивать преобразователем 70 вольт из 4 можно, но лучше не стоит, если есть возможность — нужно поднимать входное напряжение преобразователя. От двух последовательно соединенных аккумуляторов он работает гораздо лучше.

В качестве корпуса индикатора используем плоскую бутылку объёмом 0,1 литра.

У неё понадобится по возможности аккуратно отрезать дно.

Отрезать дно у бутылки несложно. Для этого нужно сначала провести по стеклу замкнутую линию стеклорезом, а потом просто прижать к ней раскалённую докрасна электрическим током стальную проволоку при помощи двух плоскогубцев. Поливание водой при этом обычно не требуется.

По внутреннему контуру бутылки подгоняем картонный шаблон, по нему вырезаем пластину из тонкого текстолита.

В пластине сверлим 6 отверстий диаметром 4 мм на расстоянии 30 мм от края до края.

Аккуратно отгибаем выводы филаментов на 90 градусов, прикладываем их плоской стороной к текстолиту. Выводы при этом пройдут в отверстия и их останется только загнуть ещё раз и прижать к текстолиту.

Припаиваем провода.

Закрепляем их изолентой.

Вставляем пластину в бутылку.

Индикатор в работе:

Вывод: макетные платы своё предназначение выполняют и позволяют повторно использовать филаментные светодиоды из сгоревших ламп. К покупке рекомендую.