辉光管中挥之不去的回忆

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简 介： 为了驱动两个辉光数码管，供有20个数字，使用MEGA32 MCU制作了一个秒表运行驱动电路板。这个辉光将会用于录制MOOC视频的特色背景动态装饰。
关键词： 辉光数码管，装饰，MOOC

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01 辉光数码管

  春节前购买的两只IN-12辉光数码管到货了，计划用作MOOC视频前景特色装饰品。这是看到其他短视频中获得的启发。

▲ 图1.1 刚到手还没有捂热乎的辉光数码管

  根据 俄文字母表[1] 可以看出上述的型号对应的应该是IN-12B型辉光数码管管。

1.1 辉光数码管简介

  在 讲堂军库 IN-12A辉光管时钟 苏联原装辉光管 赛博朋克风格[2] 给出了辉光数码管的一般介绍。

  辉光管也叫作阴冷极辉光放电指示管，诞生于50年代左右，由由一家名为 Haydu Brothers Laboratories （海顿兄弟实验室）的小型真空管制造商制造出来，并在1955年被Burroughs Corporation（美国宝来公司）收购之后开始推向市场。

  美国宝来公司将这种阴冷极辉光放电指示管命名为NIXIE，这个名字衍生自Numeric Indicator eXperimentalNo. 1的缩写NIX I，虽然后来这种阴冷极辉光放电指示管有很多种名称出现，业界一般统称为阴冷极氖读数管，但是大多数还是以Burroughs Corporation（美国宝来公司）的NIXIE这个名字当做白话统称，因此后来大部分都是用Nixie tube这个词来表示。

▲ 图1.1.1 辉光数码管对应的始终

1.2 IN-12辉光数码管管脚定义

  网络上早了半天IN-12辉光管管脚定义未果。在 B站关于IN-12辉光管视频[3] 中看到作者展示了相应的产品说明书。

▲ 图1.2.1 IN-12的外观

  下面是视频中产品说明书的内容，可以看到IN-12包括有两种型号：IN-12A，IN-12B两种。他们的管脚分布略有不同。

▲ 图1.2.2 IN-12产品说明书

▲ 图1.2.3 在TB网站下面盒子上的标签

1.3 管脚初步测试

1.3.1 如何识别管脚？

  IN-12辉光数码管总共有12个管脚。他们在底部呈顺时针排列。

▲ 图1.3.1 内部管脚1具有白色的标志

  使用 绝缘测试仪[4] 所产生的高压（500V）对IN-12的管脚的功能进行测试。使用其中正极连接第一管脚。然后利用其中的负极点击其中其它管脚，可以逐次确定每个引脚对应的数字。沿着顺时针，各个管脚对应的数字如下图所示.

▲ 图1.3.2 辉光数字管管脚定义

1.3.2 辉光管极性

（1）在HIV施加正电压

  在HIV 施加正电压，数码施加负电压。串联电阻为50kΩ。施加的电压为+500V，但实际输出的电压为176V。

▲ 图1.3.3 测量电路示意图

▲ 图1.3.4 笔画施加负电压的情况

（2）HIV施加负电压

  将施加的电压反过来。通常的串联电阻：50kΩ。

▲ 图1.3.5 施加反向电压之后对应的效果

1.4 辉光管导电特性

1.4.1 导电电流

  测量上面限流电阻 上的电压。 。因此流经的电流为：

▲ 图1.4.1 工作电压

1.5 高压模块

  驱动辉光管需要+170V的电压。现在春节期间，订购的高压小模块还无法到货，只能将手边已有的直流高压模块进行改装。

  下面这个模块可以产生100V的直流电压。根据它核心控制IC的型号UC3843 可以找到它对应的外围反馈回路的分压电阻参数。

▲ 图1.5.1 100V的高压模块

  ● 分压回路参数：
   电位器：10k
   电阻：13.7k
   下面分压电阻：621Ω

  理论输出电压：

  这与实际输出的100V相吻合；

1.5.1 更改分压电阻

  计算分压电阻， ， 。则：

  可以计算出上拉电阻： 的阻值：

  现在电路上已经有固有的电阻13.7kΩ，则需要外加电阻：

  利用两个51kΩ并联，经过测量为25.21kΩ的电阻。替换原来的10k电位器。此时理论上输出电压应该为：

1.5.2 更换功率器件

  改动之后，高压模块工作电流非常大。这说明其中的功率部分出现了击穿。

  高压斩波所使用的MOS为 SUP85N10[5] ，它的耐压为100V。所以超过100V，该功率管则会被击穿。

  整流肖特基二极管为 SPTS20S100C[6] ，它的耐压等级也是100V。

  选择 IRF840[7] 替换原来的MOS管， IRF840的耐压为500V。整流二极管更换成APT60D60B，反向击穿电压600V。

  除了前面两个半导体替换之后，将输出滤波电容修改为0.15uF,400V。

▲ 图1.5.2 改造后的高压模块

  将IN-12换光管的限流电阻修改为10kΩ，点亮之后，测量高压模块输出电压为158V。

  ● 高压模块工作条件：
   电源：+12V
   工作电流：0.2A

▲ 图1.5.3 点亮后的IN-12辉光数码管

02 数码管驱动

2.1 三极管驱动

   IN12辉光管的单个数码的电压为176V，电流大约5mA。所以驱动单个辉光管的要求：

• 耐压超过176V；
• 电流超过5mA；

▲ 图2.1.1 三极管驱动辉光管示意图

  选择高压小功率三极管MFV13001 驱动辉光管数码管脚，它的最高耐压超过Vceo=400V。对于实验样品实测，Vcbo超过740V， Vceo超过500V。

  实际上，经过测试发现选择一些耐压小于170V的三极管，比如 2222， 它的Vcb大约只有150V，仍然可以控制辉光数码管的点亮和熄灭。

  实际上，市场上可以购买到的辉光管专用驱动芯片（比如K155ID1，SN&1414dg）它们的输出耐压也远小于170V，实际测试也只有65V左右，但可以用于控制辉光管的点亮与熄灭。

▲ 图2.1.2 K155ID1 辉光管驱动译码芯片

  这一点的确出乎我们的意料之外。课件实践才能出真知。

2.2 单片机电路设计

2.2.1 原理图设计

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AD\Atmel\NiXieTube\NiXieTube.SchDoc

”

▲ 图2.2.1 控制原理图MCU M32

▲ 图2.2.2 输出控制电路

2.2.2 单面电路板设计

▲ 图2.2.3 单面板的PCB的设计

2.3 运行情况

▲ 图2.3.1 辉光管运行情况

※ 制作总结 ※

  为了驱动两个辉光数码管，供有20个数字，使用MEGA32 MCU制作了一个秒表运行驱动电路板。这个辉光将会用于录制MOOC视频的特色背景动态装饰。

▲ 图3.1 制作的数码管

参考资料

[1]

俄文字母表: https://baike.baidu.com/pic/%E4%BF%84%E6%96%87%E5%AD%97%E6%AF%8D%E8%A1%A8//1/e0cf37995ff21fbf09aadc?fr=lemma&ct=single#aid=1&pic=e0cf37995ff21fbf09aadc

[2]

讲堂军库 IN-12A辉光管时钟 苏联原装辉光管 赛博朋克风格: https://new..com/omn/20211026/20211026A0AIV700.html

[3]

B站关于IN-12辉光管视频: https://www.bilibili.com/video/av/

[4]

绝缘测试仪: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/

[5]

SUP85N10: https://www.vishay.com/docs/64833/sup85n10.pdf

[6]

SPTS20S100C: https://html.alldatasheet.com/html-pdf/111350/STMICROELECTRONICS/STPS20S100CT/1949/1/STPS20S100CT.html

[7]

IRF840: https://www.chip37.com/scp/IRF840