Digitaalinen Nixie-kello
Tein tämä kellon kahdeksannella luokalla koulun teknisissä töissä vuonna 1998. Sen numeronäytöt ovat vanhoja nixie-putkia. (HUOM. TOIMIVAT KORKEALLA JÄNNITTEELLÄ)
Kotelo on kuumataivuteltu akryylimuovista erityisellä särmärillä, pohja-takalevy 6 mm, kansi ja ikkuna 3 mm. Ikkunan kiinnitystä varten kannen ja pohjan reunaan on tehty sirkkelillä urat.
ZM1020-numeronäytöt ja niiden kannat on hankittu Tikkakoskelta armeijan ylijäämävarastolta. Ne kuuluivat johonkin kummaan kaartoaikalaskuriin. Muut osat ovat helposti saatavaa tavallista tavaraa.
Kytkentäkaavio (päivitetty 1.6.2008)
IC1 (4521) toimii kideoskillaattorina ja tuottaa 1 Hz ja 2 Hz kanttiaallot. 1 Hz käyttää kelloa normaalisti eteenpäin. 2 Hz tarvitaan, kun kello asetetaan aikaa. Näppäintä painamalla saadaan halutut numerot juoksemaan 2 Hz vauhdilla.
IC2-IC7 (4017) ovat laskureita. IC2, IC4 laskevat nollasta yhdeksään, IC3 ja IC5 nollasta viiteen. IC6, IC7 laskevat kolmen transistorin kera nollasta kahteenkymmeneen neljään.
T5-T49 (BC546) ohjaavat nixie putkia. BC546 kestää 80 V, joten ne täytyy suojata putkien 260 V:ltä. Tämä tapahtuu zenerin D6 ja diodien D7-D51 avulla, jotka estävät kollektoreja nousemasta yli 52 V potentiaaliin. Numerot näkyvat luotettavasti vaikka katodien välillä on vain 52 V ohjaus, sillä kaasupurkaus syttyy siihen katodiin jolla on negatiivisin potentiaali anodiin nähden. Kopioin suojaustavan suoraan purkamastani kaartoaikalaskurista. Rakentaessani en tuntenut sopivaa 300 V pientehotransistoria, jotka olisin voinut kytkeä suoraan putkiin.
Virtalähde koostuu kahdesta halvasta 230 Vac / 9 Vac verkkomuuntajasta, jotka on kytketty "selät vastakkain". Näin saadaan galvaaninen erotus verkosta myös 260 Vdc jännitelähteelle ja siten koko kellolle. Kellon virtalähde on paristovarmennettu. Sähkökatkon sattuessa näytöt pimenevät, mutta pienivirtaiset 4017-laskurit ja 4521-oskillaattori pysyvät käynnissä. Tällöin paristoa säästetään päästämällä nixie-putkien ohjaintransistorien emitterit ilmaan, jolloin ne eivät ota laskureilta ohjausvirtaa. T4 toimii tässä kytkevänä elementtinä. Regulaattori on low-drop-kytkentä.
Kello on pidetty päällä lähes yhtäjaksoisesti kirjoituspäivään asti. Se edistää vuorokaudessa vakaasti noin kaksi sekuntia.
Lisäys 8.1.2007
Kuten mainittu, kello edisti pari sekuntia vuorokaudessa. Aloin tutkia keinoja miten käyntiä saisi tarkemmaksi. Kideoskillaattoria sai hidastettua melko sopivasti kytkemällä C2:n rinnalle 90 pikofaradin kapasitanssin. Huomasin kuitenkin että IC1:n pinnit 4 ja 6 on kytketty ristiin. Vaikka kello toimiikin väärin kytkettynä, korjasin virheen ja päivitin kytkentäkaavion vastaavasti. Nähtäväksi jää, mikä tämän vaikutus oli tarkkuuteen, ja tarviiko C2:n rinnalle edelleenkin lisäkapasitanssia.
Lisäys 1.6.2008
Edellisen päivityksen kytkentävirheen korjaus ei parantanut tarkkuutta yhtään, joten kide tarvitsi ylimääräistä kapasitanssia toimiakseen oikealla taajuudella.
Pääsin nykyisessä työpaikassani käyttämään Agilent E4421B -signaaligeneraattoria varustettuna optiolla 1E5. Generaattorin ikääntymisen aiheuttama taajuusmuutos on alle +-0,1 ppm/vuosi ja laite oli vasta kalibroitu, joten taajuus oli erittäin tarkka. Mieleen tuli heti Nixie-kelloni kalibroiminen.
Kellon kideoskillaattorin muutin säädettäväksi trimmerikondensaattorilla. Samalla muutin kondensaattorien arvoja siten, että taajuus sattuu oikeaksi trimmerikondensaattorin säätövaran puolivälissä.
Oskillaattorin signaalista otin näytteen oskilloskooppiin aktiivisella mittapäällä kellon muovikuoren ulkopuolelta koskettamatta itse kytkentää. Oskilloskoopin ykköskanavaan kytkin signaaligeneraattoriin asetetun 4,194304 MHz taajuuden ja kakkoskanavaan tutkittavan signaalin. Taajuuseroa tarkastelin Lissajous-kuvion avulla. Kuvio on ellipsin muotoinen ja se vaihtelee ympyrän ja viivan välillä. Taajuuksien lähestyessä toisiaan kuvion liike hidastuu. Trimmerikonkalla säädin kideoskillaattorin taajuuden samaksi kuin Agilentin taajuus.
Kellon taajuus ei näytä pysyvän täsmälleen oikeana, sillä lämpötilavaihtelut muuttavat sitä helposti. Annoinkin kellon lämmön stabiloitua useita tunteja, ja pidin kotelon kiinni muulloin paitsi trimmeriä säätäessä. Silti muutaman hertsin verran virhettä syntyi itsestään aina säätämisen jälkeen.
Käytyään 13 päivää oli kello jääny sekunnin jälkeen. Tämä tarkoittaa -0,89 ppm virhettä ja sitä että oskillaattorin taajuus on 3,7 Hz liian matala. Kellon kalibrointi onnistui siis varsin hyvin, ja parempaa ei kannata yrittää näin yksinkertaisella kideoskillaattorilla. Parempaan tarkkuuteen tarvittaisiin lämpötilakompensoitu kideoskillaattori TCXO, joita saa valmiina komponentteina.
sähköposti: 
Matti Nisula 12.4.2003
