Langzeitprojekt: Digitaluhr the hard way mit Transistoren und Nixie-Röhren (Aufbauphase)

  • Das stimmt. Glättung und Siebung dürften ausreichend sein. Daran habe ich nicht gedacht.


    Die kranke Röhrenuhr fetzt. Schon allein das Video des Starts der Uhr ist göttlich.

    Zum regelmäßigen Tauschen bin ich zu faul^^

    „Ich bin nicht nachtragend, aber ich vergesse nichts.“

  • Der Versuch mit einem einfachen Transistorschwinger erwies sich als Sackgasse, da er nicht anschwingt. Ich probiere es jetzt mit einem Oszillator aus zwei Transistoren.

    Für den UJT kommt mir ne andere Idee in den Sinn. Wenn man den Ladewiderstand für den Kondensator variabel macht, dann hat man eine variable Frequenz. Daraus könnte man ein Rechteck machen (Schmitt-Trigger), erhält somit eine PWM und kann somit nen Digitalverstärker bauen :D Zumindest so meine Gedanken dazu.

  • So, die Taktfrequenz lässt sich nun erzeugen. Zwar ists noch kein schöner Sinus, aber ich bin dran. Eigentlich ist nur der Arbeitspunkt des Transistors ein wenig unpassend.

    „Ich bin nicht nachtragend, aber ich vergesse nichts.“

  • Ich habe den Quarzschwinger nach Pierce überarbeitet und kann jetzt eine Rechteckspannung von genau der Größe abgreifen, wie ich sie zur weiteren Verarbeitung benötige.


    Wie habe ich das gemacht?

    - Emitter des "Schwinger-Transistors" direkt auf Masse gelegt. Ich brauche keinen Emitterwiderstand bei einer Kollektorgegenkopplung, der Arbeitspunkt stellt sich automatisch korrekt ein.

    - Ein Trimmkondensator erlaubt das "Ziehen" des Quarzes zur Frequenzkorrektur.

    - Ein zweistufiger Verstärker nachgeschaltet. Das Signal wird so stark verstärkt, daß die zweite Stufe des Verstärkers komplett übersteuert. Ja, mit einem Verstärker lässt sich ein Rechteck erzeugen.

    Backfire schlug mir eben einen nachgeschaltenen Diodenbegrenzer mit Zenerdiode vor, das probiere ich mal aus.


    Die ursprüngliche Schaltung. Sie funktioniert gut, nur das Ausgangssignal ist ein wenig schwach und die Schaltung schwingt recht langsam (dafür aber sicher) an.


    U ~ 800mVpp


    Die überarbeitete Schaltung. Rechts der zweistufige Verstärker. Er ist mit einem Poti an den Schwinger gekoppelt.


    Dank der Übersteuerung habe ich nun einen recht sauberen Rechteckgenerator, der mit 32.768 Hz schwingt.

    „Ich bin nicht nachtragend, aber ich vergesse nichts.“

  • Weiter gehts.

    Eine Pufferstufe nach dem Taktgenerator wurde eingefügt. Die beeinflusst das Signal nicht, liefert aber mehr Strom und belastet durch die Stromverstärkung den Generator so gut wie gar nicht.

    Die Testschaltung auf dem Steckbrett besitzt ganze 6 T-Flipflops (die schalten bei steigender oder fallender Flanke, je nach Aufbau) und teilt die 32768 Hz auf 512 Hz runter (das Oszi besitzt eine Messungenauigkeit). Es sind also noch 9 Stufen zu bauen, bis der Sekundentakt erreicht ist. Mittlerweile kann ich ein Flipflop blind aufbauen :D

    Ab der fünften Stufe kann ich die Kondensatoren über den Gegenkopplungswiderständen weglassen, da die Frequenz dann so niedrig ist (1024 Hz), daß das Nachschwingen keine Rolle mehr spielt. Die Anzahl unterschiedlicher Widerstände konnte ich von 4 auf zwei verringern. Es funktioniert prima mit 100 kOhm und 10 kOhm.


    Links oben der Quarzschwinger mit Rechteckformer, dann Pufferstufe in Kollektorschaltung und danach immer das gleiche in Form eines T-Flipflops.

    Wirklich ganz einfache Schaltungstechnik, die milliardenfach in einem modernen Computer vorhanden ist.


    Das Resultat nach 6x durch 2 teilen.

    32768 : 2 =

    16384 : 2 =

    8192 : 2 =

    4096 : 2 =

    2048 : 2 =

    1024 : 2 = 512

  • Wir sind schon eine seltsame Spiezies, das wir uns sowas antun.

    Zu geil!

    Bei mir sieht es auch und genau so aus wenn ich was entwickle, wie hier, die Steuerung einer PLL. :spitze:

    -


  • Ich finde das gar nicht so schlecht, daß es noch Menschen wie uns gibt, die sich damit beschäftigen und sich entsprechendes Wissen aneignen und angeeignet haben.

    Im Zeitalter von Mikroprozessor und gefährlichem Halbwissen aus dem Internet ist das auch dringend notwendig. Bei vielen Hobbybastlern scheitert es ja schon an der Auswahl des richtigen Kondensators...

    Der in meinen Augen vielseitigste Schaltkreis ist übrigens der NE555. Damit kann man irgendwie alles machen.

    „Ich bin nicht nachtragend, aber ich vergesse nichts.“

  • :spitze:NE555 FOR EVER!!


    Unter den Linear IC's wohl die geilste Erfindung.

    Mit dem Ding habe ich schon unzähliges Zeug gebaut.

    Man kann ihn sogar als mittelprächtigen Audioverstärker mußbrauchen. ^^


    Was habe ich mit dem gemacht, ne Türklingel, Lichtsteuerung, Geschwindigkeitsregler für ne Mini Club Modelleisenbahn, Nixie Netzteil bis 235V, ... ich glaube mit dem Ding kann man sogar auf Mittelwelle Senden...


    Ach: Und wenn Du es Dir mal so richtig FÄTT geben willst, dann bau mal einen 741 OP mit Transistoren auf. Danach bist reif für die Klapse.

    Ich habe mal einen industriellen OP mit Transistoren aufgebaut gesehen. Einkanalig, der passte gerade auf eine Euro Platine.


    - Backfire -

  • Mal sehen :D

    Ich habe vor ner Weile den NE555 als PWM-Modulator für einen Klasse-D-Verstärker missbraucht. Das funktioniert sogar recht gut :D

    Nen AM-Sender habe ich damit zwar noch nicht gesehen, aber ich fand schon allein das Mittelwellenradio mit dem Ding einfach nur geil.


    Die Leute ausm WA-Chat kennen die Bilder schon, aber hier kommt noch der aktuelle Stand des Projektes:

    Der Zeitgeber wird gerade aufgebaut. Ich habe gestern die Variablen aus dem Quarzschwinger entfernt und gegen Festwerte ausgetauscht. Danach habe ich angefangen, den ganzen Spaß auf einer Euro-Platine aufzubauen. Wenn meine Vermutung stimmt, wird am Ende auf der Platine kaum noch Platz sein. Das Lämpchen soll am Ende quarzgenau im Sekundentakt blinken und somit die korrekte Funktion anzeigen. Mit einem Edding rahme ich jede einzelne Stufe ein, damit später leichter erkannt werden kann, wie es funktioniert.


    Der aufgeräumte Oszillator. Belastet ist das Quarz mit jeweils 12 pF an jedem Pol und der Schwinger ist mit 680 kOhm an den Verstärker gekoppelt. Das ist zwar nicht unbedingt die beste Methode eine Rechteckspannung zu erzeugen, sie klappt aber gut.


    Der Anfang des ganzen Wahnsinns. Sieben Teile bilden den Oszillator. Der kleine Kondensator neben der Klemme dient nur zum Entstören. Da der Oszillator besser anschwingt, wenn man ihn hart einschaltet, dürfen nur wenige Elkos auf +5 V verwendet werden.


    Hier sieht man das Design des T-Flipflops ("T" steht für "toggle") und den Oszillator komplett aufgebaut. Ab dem 5. Flipflop können die beiden oberen blauen 150 pF-Kondensatoren weggelassen werden. Sie dienen nur zur Beschleunigung des Schaltverhaltens, aber 1024 Hz sind so langsam, da sieht man im Oszilloskop nichts von Einschaltschwingen ("Klingeln", "Ringing") mehr.


    Das ist die obere Zeile. Drei Zeilen sind geplant.


    Halbzeit. Das ist der aktuelle Stand.


    Fehlerfrei. Man sieht hier gut, daß es wirklich immer nur die gleiche Schaltung hintereinander ist. Mehr ist es nicht.

    Funfact: Lässt man den Toggle-Eingang der Flipflops weg, so sinds normale SR-Flipflops und quasi ein 15-Bit-Speicher. Diese Technik kommt auch noch im Computer vor, in Form des "SRAMs".


    Für den Aufbau eines Flipflops mit verlöten und verketten benötige ich mittlerweile rund 25 Minuten. Ich kann die Schaltung blind aufbauen :D

  • Danke:spitze:


    So, der Taktgenerator ist fertiggestellt und funktioniert einwandfrei.


    Ihr seht hier die wahrscheinlich aufwändigste Blinkschaltung der Welt. Dafür ist sie quarzgenau. Die Lumi ist exakt 500 ms ein und 500 ms aus. Das gehört sich auch so.

    Der Generator besitzt 3 Ausgänge: 1 Hz, 2 Hz und 4 Hz. Die werde ich brauchen.

    „Ich bin nicht nachtragend, aber ich vergesse nichts.“

  • Jupp.

    Das Stellwerk, bzw. die reine Uhr benötigt ungefähr 180 Transistoren, ausgenommen HV-Teile und Extrafunktionen.

    Ein D-Flipflop besteht aus einem normalen Flipflop und einem Negator, also aus 3 Transistoren. Vielleicht gehts aber auch mit 2, in dem ich die Negation mit Dioden löse.

    „Ich bin nicht nachtragend, aber ich vergesse nichts.“

  • Als ich noch C-Mos Uhren baute, da war mein Problem beim Stellen immer das Carry Signal. Um das zu handhaben musste ich immer "Ex-OR" Gates benutzen. Die in Transistor nachbau? Oder wie löst Du das Carry-Over Problem?

    Es sei denn man stellt die Uhr in eins durch.

    Ich wollte immer Std, Min, Sec separat stellen. Und Full Reset also 00:00:00


    - Backfire -

  • Exklusiv-Oder ist doch im Prinzip nix weiter als ein ODER-Glied, welches über ein NAND-Glied verknüpft ist., sodaß die Möglichkeit "beide Eingänge auf 1" zu 0 am Ausgang führt. Das sollte sich mit 5 Transistoren machen lassen :D (2x NAND, 1x NICHT und 2x ODER). Erstmal gucken.


    Es gibt da nen Menschen auf Youtube (Ben Eater), der sich mit sowas befasst. Der hat auch nen Computer aufm Steckbrett gebaut, mit 16 Byte RAM und maximal 300 Hz Taktfrequenz. Die erzeugt er mit nem NE555 und er kann den Rechner auf unter 10 Hz runtertakten. "On the fly." Mit nem Poti. Weisste bescheid:topmodel:

    Sein bestes Projekt ist aber eindeutig die Grafikkarte aufm Steckbrett.

  • Ja klar, damit er die sehr teueren Kits verkaufen kann.

    Aber schon klar, der kann was.


    "Hey Leute ich zeige Euch mal was,..." Schaust und liest was geboten wird. Aber um letztlich was essenzielles zu lernen oder zu einem Ergebnis oder Erfolg zu kommen musst irgendwas kaufen.

    Mhaa wie ich sowas hasse... <X


    "Ex-Or" jawoll, ich bin überzeugt das wird gelingen. Hast Du schon eine grobe Vorstellung wie das Finalisiert wird? Gehäuse aus Acryl z.B. oder so?


    - Backfire -

  • Über das Gehäuse mache ich mir erst dann Gedanken, wenn der Rest fertig ist. Holz sieht zwar gut aus, ist aber klobig. Metall könnte man nehmen, da muss ich aber Schutzklasse 1 nehmen, wegen der Spannung. Und es lässt sich schwerer verarbeiten. Aluminium wäre ne Idee. Ein Gehäuse aus Edelstahl wäre auch was. Mein Vater ist Schweißer, der könnte mir eins anfertigen.

    Ich denke aber, ich werde die Uhr durchsichtig oder durchscheinend gestalten. Man soll ja auch die Arbeit sehen können.

    „Ich bin nicht nachtragend, aber ich vergesse nichts.“


  • Die Uhr lernt zählen. Um ein definiertes Zählen von 0 bis 9 zu erreichen, musste ich ein bisschen experimentieren. Heraus kam ein zusätzlicher Transistor pro Flipflop, der jeweils den linken Transistor hart auf HIGH schaltet. Das ginge zwar auch so, aber damit wird die Stufe nicht so sehr belastet und ich habe eine Trennung.

    Nachdem der Zähler lief gab es ein weiteres Problem: Flipffops sind beim Einschalten zufällig geschalten, je nach dem, welcher Transistor als erstes schaltet. Dieser Effekt tritt bei allen Rechenmaschinen auf. Bei alten Homecomputern der 80er Jahre muss man meist nach dem Einschalten die Reset-Taste drücken, um einen logischen Grundzustand zu schaffen. Das ist auch hier der Fall.

    Die Lösung zeigte sich hier durch Nutzung des hinzugefügten Reset-Eingangs. Ein kleines Zeitglied, bestehend aus einem Transistor, ein paar Widerständen und einem Elko, schaltet die Flipflops beim Einschalten für ein paar Sekunden auf Reset und das auch dann, wenn der Strom nur für Bruchteile einer Sekunde weg war. Dazu ist der Elko hochohmig (680 kOhm) kurzgeschlossen, damit er sich schnell entlädt. Somit ist immer ein stabiler Zustand gegeben.

    Die drei Transistoren in der Mitte bilden eine UND-Verknüpfung und erzeugen einen RESET, wenn Bit 0 und Bit 3 (9d) vorbei sind, also theoretisch 10d folgen würde.

    Das Schöne daran ist: Da ich einmal den Ausgang "Q" habe und einmal dessen Negation "Q-NICHT", brauche ich mir kaum Sorgen um die Tücken von TTL zu machen. Wenn ich die Logik drehen muss, nehme ich einfach das negierte Ausgangssignal von oben und kann mir somit nen Transistor sparen.

    Ich kann jetzt also schon von 0d bis 9d zählen.:spitze:


    Ich habe echt Spaß am Projekt. Es macht einfach wahnsinnig Spaß, eine Funktion so zu lösen.

  • Variablen.


    Es ist unbedingt sinnvoll eine Variable der Bürdekapazitäten stehen zu lassen. So kannst Du den Quarz etwas "ziehen" um die Uhr zu justieren. Die Uhrenquarze sind naturgemäß etwas ungenau.

    Deswegen hatte ich immer höher schwingende Quarze genommen, weil die zumeist genauer waren.

    4.19304 MHz und dann einen CMOS-4521.

    Das mit Transistoren - wird ne dicke Platine ;)


    LEDs sind unterwegs.

    Hau rein - cool stuff man! 8)


    - Backfire -

  • CryptonNite

    Changed the title of the thread from “Langzeitprojekt: Digitaluhr the hard way mit Transistoren und Anzeigeröhren (Planungsphase)” to “Langzeitprojekt: Digitaluhr the hard way mit Transistoren und Nixie-Röhren (Aufbauphase)”.
  • Mal schauen. Erstmal brauche ich nen Frequenzmesser, der ein paar Stellen nach dem Komma hat. Dann kann ich nen Trimmer dazu einbauen, damit ich den Quarz ein bisschen ziehen kann. Laut meines Schätzeisens sinds genau 1,00 Hz.;)

    Ich werde jetzt mal anfangen, die Ziffern zu verknüpfen.

    „Ich bin nicht nachtragend, aber ich vergesse nichts.“