Un horloge à tubes Nixie, version 2.1

La publication du projet dédié à la réalisation d'un horloge à nixies a suscité un certain intérêt. Plusieurs personnes m'ont écrit pour me parler de leur réalisations et fournir des contributions. Ce fait m'a fait décider de mettre à point un deuxième prototype du circuit, en utilisant cette fois des nixies ZM1020 que j'avais au fond d'un tiroir depuis quelques temps. Avant de commencer, deux mots sur un point important: dans ce circuit il y a une partie qui fonctionne à 170 V. Bien que les courants sont petits, ce projet n'est pas pour des débutants, car la haute tension peut faire très mal !

J'en ai donc profité pour améliorer certains aspects du circuit du premier prototype. Deux passionnés, Aldo et Marco Simonazzi m'ont très gentiment envoyé une réalisation de la plaquette du convertisseur DC/DC et de l'horloge, dans des fichiers en format FidoCad. Comme ils m'ont fourni leur autorisation pour le faire, je rends ici disponibles les fichiers qui m'ont envoyés et je profite ici pour les remercier. Il a été donc une très bonne occasion pour adapter leur travail à mes exigences, qui étaient entre autre d'avoir tout le circuit sur une seule plaque. Je me suis aussi dit qu'il était la bonne fois où j'allais essayer de réaliser le circuit imprimé à la maison avec la méthode de transfert directe du toner.

Le schéma électrique du circuit est très similaire à la version qui m'a été envoyée par Francesco Nardi, et qui à son tour dérivait de celui de mon premier prototype décrit ici.
Vous pouvez télécharger et modifier le schéma du circuit, contenu dans le fichier orologio_nixie_2_1.fcd, en format FidoCadJ, un logiciel écrit par moi-même et disponible ici sur le site. Pour résumer très brièvement, je rappelle que le NE555 est utilisé pour réaliser un convertisseur capable d'augmenter la tension non stabilisée d'alimentation (8-12 V) jusqu'aux 170 V nécessaires pour l'alimentation des afficheurs. Ces derniers sont pilotés en multiplexage grâce au logiciel contenu à l'intérieur du microcontrôleur PIC16F84 et le pilote 7441. Une batterie rechargeable de 3,6 V, ou alternativement un condensateur de 1 F, peuvent être utilisés pour l'alimentation du microcontrôleur pendant les coupures de courant.

J'ai fait quelques modifications au convertisseur DC/DC (qui à l'origine était très similaire à la solution adoptée dans certains schémas proposés par le site http://www.nixieclocks.de). En particulier, j'ai rajouté le réseau snubber formé par C11 et R26 et j'ai rajouté la résistance R25 sur la grille du mosfet Q11. J'ai aussi baissé la valeur de la résistance R18 et rajouté le condensateur C12, pour éviter des situation d'instabilité de la contre-réaction dans des conditions particulières de charge. Pour l'inducteur, j'ai utilisé un modèle de 1 mH, capable de supporter au moins 600 mA sans avoir saturation du noyau magnétique. Le choix de l'inducteur est très délicate, car elle conditionne beaucoup le rendement de tout le convertisseur. Un autre composant à choisir avec attention est la résistance R24, qui s'occupe de maintenir la batterie sous une légère charge quand l'horloge est alimenté. Il faut faire en sorte que le courant de charge n'endommage pas la batterie même après une longue durée de fonctionnement.

Grâce au travail de Aldo et Marco Simonazzi, je me suis dit qu'il était bien le temps d'essayer à réaliser un circuit chez moi en utilisant la méthode du transfert directe du toner. Je dispose d'une imprimante laser à couleurs, une HP 2600n.

J'ai donc repris le travail des Simonazzi et, avec mon FidoCadJ, j'ai revu quelques détails pour l'adapter à la nouvelle version du circuit et pour réaliser le tout sur une seule plaquette.

Dans la figure, il est montré le résultat que j'ai obtenu (vu du côté des composants), avec en bleu les pistes en cuivre, en azur/vert la sérigraphie avec les noms des composants et en rouges les fils. Le tout sur une plaque simple face de dimensions légèrement inférieures à une Eurocard (9 cm x 15 cm environ). Le tout est donc plus grand que le premier prototype sur une plaque à trous, où j'ai pu obtenir une densité des composants bien plus élevée. Je n'ai pas voulu aller au delà, pour avoir un circuit imprimé facile à réaliser.

Le fichier clockpic_unapiastra.fcd contient le schéma du circuit, en format FidoCadJ.

Le transfert direct du toner est une technique qui consiste à imprimer le circuit sur une feuille de papier lisse et le mettre en contact avec la plaque cuivrée bien propre. Après un transfert thermique du toner (j'ai utilisé un fer à repasser), on peut utiliser le toner qui adhère au cuivre pour le protéger pendant une incision chimique. Sur Internet, il y a beaucoup de pages et de films qui en parlent, donc je ne veux pas décrire en détail cette technique ici. La seule difficulté majeure que j'ai eu a été de trouver le bon papier à utiliser pour l'impression. Voici donc le résultat du transfert de toner, avant l'attaque chimique. On peut faire bien mieux, mais je suis satisfait de mon premier test.

J'ai ensuite retouché avec un feutre non effaçable les bords de la plaquette, où le toner n'a pas adhéré au cuivre. Voici la plaquette après incision :

Et voici le circuit monté, sans les nixies :

J'ai récupéré il y a quelques années une série de plaques cuivrées plutôt anciennes. L'aspect de la backelite donne une certaine touche "vintage" au circuit...

Et voici le circuit en fonction, avec les quatre nixies montées et câblées. La sérigraphie de la plaque indique comment connecter ces tubes.

La consommation de mon deuxième prototype est comprise entre 150 mA et 200 mA. Le rendement est donc plus élevé que par rapport au premier circuit presenté ici.

Le firmware utilisé, sur un microcontrôleur PIC16F84 (j'avais un autre de ces microcontrôleurs obsolètes dans mes tiroirs) est identique à celui de la première version du projet.

Voici le fichier asm : NixieClock.asm
Et voici le fichier hex compilé, prêt à charger sur le micro : NixieClock.hex

Nous avons vu ici la réalisation d'un horloge à nixies. J'ai présenté ici le schéma électrique, le circuit imprimé ainsi que le logiciel à télécharger sur le microcontrôleur PIC16F84. La présence d'un circuit imprimé rend la vie un peu plus simple en réduisant la probabilité de faire des erreurs de câblage. Un minimum d'expérience et de manualité sont néanmoins nécessaires pour réaliser ce projet.

Je vous invite à me faire partager vos expériences  envoyez moi les photos de vos réalisations ainsi que vos critiques si vous voulez essayer de réaliser le circuit.

 License:
 

--------

    Copyright (C) 2007-2008  Davide Bucci     davbucciPleasenospamherE@tiscali.it

    This program is free software; you can redistribute it and/or modify
    it under the terms of the GNU General Public License as published by
    the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
    (at your option) any later version.

    This program is distributed in the hope that it will be useful,
    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
    GNU General Public License for more details.

    You should have received a copy of the GNU General Public License
    along with this program; if not, write to the Free Software
    Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.