13) Diseño de Reloj con tubos Nimo. Reloj Retro P31

Introducción al Proyecto Reloj P31

              Este proyecto se trata de diseñar y construir un Reloj Retro Vintage con tubos de rayos catódicos (CRT) marca IEE modelo NIMO BA0006-P31 (ó IEE NIMO 6000-31-0006), en adelante llamados Tubos.
Estas son joyas electrónicas  de los años 50 y 60, anteriores aún a los tubos Nixie, con sus placas originales recuperadas desde el fondo de alguna tienda de antiguedades.

Aquí algunas fotos de los Tubos, aún con sus componentes de control, su fuente de poder de 3.500 Voltios y  polvillo originales:

Algunas fotos mas...

 

Diseño del prototipo de testeo de los Tubos Nimo

Fig.13.1 Prototipo de test de los tubos Nimo

Para comenzar el testeo y pruebas de los Tubos Nimo disponibles en la placas vistas arriba y su fuente de alimentación, efectuaré la distribución de componentes que se ve en la Fig.13.1

En el ángulo inferior derecho del prototipo de test está dispuesta la fuente de alimentación original de los tubos , marca IEE modelo 14549 (con su cubierta en la foto de arriba)

El diagrama de circuito de esta fuente de alimentación es muy simple y se ve en la Fig 13.2.

Cuenta con dos transformadores que dado su origen americano ingresan con 11o Voltios AC, el primero con salida de 1,1 Voltios AC para alimentación del filamento catódico de los Tubos con punto medio para permitir su polarización catódica; y el segundo de 1500 Voltios seguido de un doblador de tensión que suministra entre 3 y 3,5 KiloVoltios D.C. para la polarización anódica de los Tubos, que puede contar con una resistencia de salida en el camino de la alta tensión para regular la corriente de Ánodo.

Fig.13.2 Diagrama de fuente de alimentación Tubos

Como se ve en la Fig. 13.1,  para alimentar todo el prototipo con 220 VAC usaré un transformador reductor de 22o Voltios a 110 Voltios para ingresar a la fuente de poder de los Tubos, y también dispongo de una fuente de alimentación de 12 Voltios D.C. y un regulador de 5 Voltios D.C. cuya función se verá al analizar el circuito de control.

Estudio de los Tubos IEE NIMO BA0006-P31

NIMO fue la marca comercial de una familia de Tubos de Rayos Catódicos (CRT) muy pequeños y no estandarizados, fabricados por IEE (Industrial Electronics Engineers de USA) a mediados de 1960.
En este caso estudiarenos el Tubo modelo BA0006-P31 disponible en las placas vistas arriba, que cuenta con 10 cañones de electrones con plantillas que dirigen y dan forma de dígito o caracter alfanumérico al haz de electrones que se proyecta e ilumina su pantalla superior.

Estos Tubos son de diseño interno artesanal y complejo pero de operación simple ya que proyectan un sólo dígito entre 10, normalmente de 0 a 9. Los hay más complejos de proyección multiple que cuentan con deflexión magnética especial pero este no es el caso.

Este Tubo posee 3 tipos de electrodos, un filamento catódico, un ánodo y 10 grillas o rejas de control que activan los 10 haces electrónicos con sus cuadrículas correspondientes.

Las ventajas de los Tubos NIMO respecto de los Nixie es su mejor ángulo de visualización, incluso el dígito proyectado se ve desde atrás del tubo, y su color y brillo variable (dimmerizable). Sus desventajas es su mayor complejidad de alimentación y mayor consumo. El tubo requiere mínimo 1750 Voltios de tensión DC de ánodo, 1.1 voltios de tensión AC para los filamentos, y cierta polarización catódica como se verá luego en el circuito de control.

Los datos del Tubo BA0006-p31 pueden verse aqui

IEE NIMO Tube Reference

En la Fig.13.3 puede verse como varía el brillo o luminancia del Tubo en función de la tensión de Ánodo, lo que hace variable (dimmerizable) el brillo del tubo. Normalmente el control de brillo de un display numérico construido con estos Tubos se lograba con un reostato en el circuito primario del transformador de su fuente anódica, hoy con una alimentación switching variable se lograría el mismo efecto.

Fig. 13.3 Luminancia vs Tensión de Ánodo

En la Fig.13.4 se muestra el circuito típico de testeo del Tubo NIMO.

Como en todo tubo de rayos catódicos, la corriente de haz se controla con la tensión del electrodo Grilla o reja. Como se ve en la figura, una tensión de Grilla de -6 Voltios respecto del Cátodo producirá la repulsión de los electrones del haz, llevando la corriente del Tubo al corte y apagando el brillo de la pantalla. En cambio una tensión de Grilla de +4 Voltios respecto del Cátodo permitirá el paso pleno de los electrones del haz y el brillo máximo de la pantalla del Tubo.

Cuando la Grilla de control sea negativa, su efecto de repulsión electrónica hará que la  corriente de haz de su cañon catódico sea nula. Cuando la Grilla sea positiva tomará unos pocos microamperes de corriente del haz, por lo cual debe usarse una resistencia de limitación de corriente de Grilla de un valor mínimo de 1 MegaOhms.

Fig.13.4 Circuito de control típico de un Tubo

El circuito de Control utilizado en la plaqueta original

Fig.13.5 Ciruito de Control en la placa original

Fig.13.6 Diagrama de circuito de Control parcial de la placa

 

En la Fig.13.5 se muestra la sección de la placa que controla un Tubo (un dígito) y en la Fig.13.6 se ve su diagrama de circuito parcial (para una sola Grilla de 10). En la Fig.13.5  se ve el decodificador BCD a decimal tipo SN7441  cuyo funcionamiento ya se analizó en Entradas anteriores, y las resistencias de polarización de las 10 Grillas del Tubo soldadas directamente en el zócalo de este. El resto de la electrónica se encuentra del otro lado de la placa y debajo del zocalo del Tubo.

En la Fig.13.6 se muestra el circuito parcial de control para un Tubo y una sola Grilla. El mismo circuito se repetirá para las 10 Grillas de un Tubo y para los 5 Tubos.

El funcionamiento del circuito es sencillo. Por las entradas ABCD del decodificador SN7441 ingresa el código BCD del dígito a mostrar en el Tubo, este código como ya se vio activará la salida correspondiente (1 entre 10) del decodificador llevando su tensión a 0 Voltios (masa o tierra), esto llevará al corte de corriente del transistor T1 colocando una tensión de 12 Voltios en la Grilla correspondiente, activando así el haz de electrones y haciendo visible el dígito correspondiente al código BCD ingresado, en la pantalla del Tubo.

Mientras tanto, las 9 restantes salidas del deco que no corresponden al código BCD ingresado, se mantienen desactivadas a potencial de 5 Voltios, haciendo que sus transistores Tx se mantengan en saturación colocando un potencial de 0 Voltios en las 9 Grillas restantes anulando sus haces electrónicos, por lo cual en el Tubo sólo se verá el digito activado por el código BCD ingresado.

Como también se ve en la Fig.13.6, el circuito utiliza Polarización por Cátodo por medio del punto central del circuito secundario del transformador de alimentación de filamento del Tubo.  En este punto como se ve, se ingresa con una tensión DC de 6 Voltios provista por el divisor R1/R2 que mantendrá el Cátodo del Tubo en +6 Voltios respecto de 0 Voltios, (masa o tierra) del circuito.

Esto permite que  una Grilla en 0 Voltios (transistor T1 conduciendo corriente) presente -6 Voltios respecto del Cátodo y lleve su corriente de haz electrónico del Tubo al corte;  mientras que una Grilla con +12 Voltios (transistor T1 en corte de corriente) presente +6 Voltios respecto del Cátodo, active  su corriente de haz catódico  y haga visible su dígito correspondiente.

A continuación un video con más detalles de este proyecto

Video en YouTube

En breve el diseño completo con microcontrolador uC...