Un orologio a nixie, versione 2.1

La pubblicazione del progettino dedicato alla realizzazione di un orologio a Nixie ha suscitato un certo interesse e diversi altri appassionati mi hanno contattato per parlarmi delle loro realizzazioni e fornire contributi. Questo mi ha fatto decidere di costruire un secondo prototipo del circuito, utilizzando questa volta alcune nixie ZM1020 che avevo nel cassetto da un po' di tempo. Prima di iniziare, due parole per richiamare la vostra attenzione sulla sicurezza elettrica: resta inteso che anche se le correnti in gioco sono piccole, non si tratta di un circuito per principianti: i 170 V necessari per le nixie possono fare male!

Ne ho quindi approfittato per lavorare su alcuni aspetti del circuito che avevo trascurato nella prima versione. Due appassionati, Aldo e Marco Simonazzi mi hanno addirittura inviato uno sbroglio completo del convertitore DC/DC e dell'orologio, realizzato in formato FidoCad. Dato che mi hanno fornito la loro autorizzazione, rendo disponibili i file che mi hanno inviato e ne approfitto per ringraziarli calorosamente. E' stata quindi una buona occasione per adattare il loro lavoro alle mie esigenze (in particolare, quella di avere il tutto su una sola piastra) e realizzare il circuito in casa con il metodo di trasferimento diretto del toner.

Lo schema elettrico del circuito è molto simile alla versione che mi ha inviato Francesco Nardi derivata dal mio primo prototipo e di cui ho parlato qui.
Potete scaricare e modificare lo schema del circuito contenuto nel file orologio_nixie_2_1.fcd, in formato FidoCadJ, un programma scritto da me che potete trovare in queste stesse pagine. Per riassumere brevemente, ricordo che lo NE555 viene utilizzato per realizzare un convertitore che innalza la tensione di alimentazione non stabilizzata (8-12 V) fino ai 170 V necessari per accendere le nixie. Queste sono pilotate in multiplazione grazie al software contenuto all'interno del microcontrollore PIC16F84 ed il driver 7441. Una batteria ricaricabile da 3,6 V o alternativamente un condensatore da 1 F si occupano di alimentare il microcontrollore in assenza della tensione di rete, di modo da non perdere l'ora durante un black out.

Ho apportato però alcune modifiche al convertitore DC/DC (che in origine era simile a quello proposto negli schemi di http://www.nixieclocks.de) ed in particolare ho aggiunto una rete snubber formata da C11 e R26 ed ho aggiunto la resistenza R25 sul gate del mosfet Q11. Ho anche abbassato il valore della resistenza R18 ed ho aggiunto il condensatore C12 per evitare alcuni problemi di stabilità dell'anello di controreazione in alcune situazioni di carico. Ho utilizzato come induttore un modello da 1 mH, capace di sopportare almeno 600 mA senza che il nucleo magnetico saturi. La scelta dell'induttore è delicata, perché condiziona molto il rendimento di tutto il convertitore. Un altro componente delicato è la resistenza R24, che determina la corrente di carica della batteria tampone. Il valore di questa resistenza va scelto a seconda della batteria utilizzata, di modo da non rovinarla con una carica continua eccessiva.

Grazie allo sbroglio fatto da Aldo e Marco Simonazzi, mi sono detto che era giunta l'ora di provare a realizzare una piastra in casa utilizzando il metodo di trasferimento diretto del toner, disponendo di una stampante laser a colori, una HP 2600n.

Ho quindi ripreso il lavoro dei Simonazzi e, con il mio FidoCadJ, ho provveduto a rivedere alcune cose per adattarlo alla nuova versione del circuito e a realizzare il tutto su una sola piastra.

In figura è mostrato il risultato a cui sono pervenuto (visto dal lato componenti), con in blu le piste sulla basetta, in azzurro/verde la serigrafia con i nomi dei componenti ed in rosso i ponticelli. Il tutto è un singola faccia ed ha le dimensioni di una eurocard (9 cm x 15 cm circa): è quindi nettamente più voluminoso del primo prototipo su millefori, nel quale la densità dei componenti era molto maggiore. Non ho voluto spingermi oltre, per avere una piastra con clearance e larghezza delle piste piuttosto elevate, di modo che sia facile da realizzare.

Il file clockpic_unapiastra.fcd contiene lo sbroglio del circuito in formato FidoCadJ.

Il trasferimento diretto del toner è una tecnica che consiste nello stampare il circuito su un foglio di carta patinata, porlo in contatto con la basetta ramata ben pulita, trasferire il toner con un metodo termico (ferro da stiro oppure laminatore) e poi utilizzare il toner trasferito sul rame per proteggerlo durante l'incisione. In rete, si trovano tante pagine e filmati che descrivono il metodo, quindi non sto a parlarne qui, la difficoltà principale che ho avuto è stata quella di trovare una carta patinata che funzionasse opportunamente. Ecco il risultato del trasferimento. Di sicuro, si può far di meglio, ma come prima prova sono abbastanza soddisfatto.

Ho poi provveduto a ritoccare con un pennarello indelebile i bordi della piastra dove il toner non si è attaccato al rame, prima di incidere il tutto. La prossima immagine mostra la basetta incisa:

Ed ecco il circuito montato, senza le nixie:

Ho recuperato anni fa un pacco di piastre vergini piuttosto vecchie. L'aspetto della bachelite dà un certo tocco vintage al circuito...

Ed ecco il circuito in funzione con le quattro nixie montate e collegate. Le connessioni da utilizzare sono indicate sulla serigrafia della piastra.

Il consumo del mio secondo prototipo è compreso tra 150 mA e 200 mA e l'efficienza è quindi maggiore di quella del primo circuito presentato qui.

Il firmware utilizzato, su microcontrollore PIC16F84 (avevo un altro di questi vecchi PIC nel cassetto) è in tutto e per tutto identico a quello della prima versione del progetto, a cui rimando per la descrizione del funzionamento.

Ecco il file asm: NixieClock.asm
Ed ecco il file hex compilato, pronto da caricare sul microcontrollore: NixieClock.hex

Abbiamo discusso qui della realizzazione di un orologio a nixie, di cui è stato presentato il circuito e lo sbroglio. In particolare, la presenza di un circuito stampato rende la vita un po' più semplice riducendo la possibilità di errori durante il montaggio. Un minimo di manualità e di esperienza sono comunque richieste per montare il circuito.

Vi invito a farmi parte delle vostre esperienze, ad inviarmi foto delle vostre realizzazioni basate su questo progetto ed a farmi avere le vostre critiche se decidete di provare a realizzare il circuito.

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