Thứ Bảy, 10 tháng 12, 2011

Truyền điện không dây




I Lịch sử
Năm 1865, nhà vật lý người Anh James Clerk Maxwell đã kết hợp các định luật về điện và từ đã biết để tạo ra lý thuyết Maxwell. Lý thuyết này dựa trên sự tồn tại của các trường, hiểu nôm na là môi trường truyền tác động từ nơi này đến nơi khác. Ông nhận thấy rằng các trường truyền nhiễu loạn điện và từ là các thực thể động: chúng có thể dao động và truyền trong không gian. Dựa vào lý thuyết này, Maxwell đã đi đến một kết luận: tất cả các sóng điện từ đều truyền trong không gian (chân không) với một vận tốc không đổi bằng vận tốc ánh sáng.

Nhờ vào các ứng dụng của lý thuyết Maxwell ngày nay con người đã tạo ra vô vàn các thiết bị điện tử để có thể truyền tín hiệu đi xa hàng vạn km trong không gian . Với yêu cầu ngày càng cao của con người, nhân loại lại một lần nữa đặt ra câu hỏi " Liệu có thể vừa truyền tín hiệu sóng điện từ đi xa vừa có thể truyền năng lượng cung cấp cho thiết bị thu tín hiệu này mà không cần dây dẫn hay không?". Đây là một câu hỏi mà cho đến bây giờ vẫn đang còn làm đau đầu các nhà khoa học trên khắp thế giới vì rằng để truyền được một nguồn điện đủ lớn cho thiết bị có thể hoạt động trong một khoảng cách dài là điều không hề dễ một chút nào.

Bài viết dưới đây giống như một thí nghiệm nhỏ cung cấp cho các bạn yêu kỹ thuật điện tử chút khái niệm về việc truyền điện không dây. Hi vọng bằng niềm đam mê kỹ thuật và các công cụ có được chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu và đưa các ứng dụng của nó vào trong đời sống .Hãy tưởng tượng thử xem trong một tương lai không xa ...nào đó , chúng ta thoải mái sử dụng các thiết bị điện tử mà không cần phải bận tâm đến nguồn năng lượng của nó !

II cơ sở lý thuyết
Để hiểu rõ và chi tiết hơn cũng như các công thức về các định luật vật lý xin mời các bạn tra từ điển bách khoa toàn thư mở Wikipedia . Ở đây tôi xin tóm lược lại 1 vài ý chính trong các định luật này.
a Lý thuyết Maxwell
Như các bạn đã biết theo lý thuyết của Maxwell khi có một điện trường biến thiên thì sẽ sinh ra một từ trường biến thiên bao quanh nó đến lượt từ trường biến thiên này làm cho các hạt mang điện dao động và lại sinh ra một điện trường biến thiên và cứ thể điện trường và từ trường biến thiên được lan truyền trong không gian với vận tốc cỡ 300.000 km/giây (tương đương với vận tốc ánh sáng!).
b Hiện tượng cảm ứng điện từ
Một điều nữa đó là dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ mà Michael Faraday đã làm thực nghiệm và rút ra được kết luận là khi cho một từ trường biến thiên cắt qua một vòng dây dẫn thì trong vòng dây dẫn đó sẽ sinh ra một điện áp cảm ứng , nếu vòng dây dẫn là khép kín thì sẽ có 1 dòng điện cảm ứng chạy trong dây dẫn.
Độ lớn của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ trường và chiều của dòng điện phụ thuộc vào độ tăng hay giảm của từ trường đó.

(Thí nghiệm của Faraday)


c Định luật Lenz
Một định luật cũng không kém phần quan trọng nữa đó là định luật Lenz trong đó nói rằng "dòng điện cảm ứng sinh ra trong dây dẫn có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra chống lại nguyên nhân sinh ra nó "... Ái chà bắt đầu căng thẳng rồi đây. Tuy nhiên định luật này cũng rất dễ hiểu
Ví dụ ta có 1 cuộn dây dẫn khép kín bên trong là rỗng và bạn có 1 thanh nam châm . Bạn cầm thanh nam châm và di chuyển cực Bắc của thanh nam châm vào trong cuộn dây . Ngay lập tức cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng . Dòng điện cảm ứng này theo hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ sinh ra một từ trường có chiều ngược lại với thanh nam châm , nghĩa là nó cũng sinh ra một từ trường có cực Bắc bên ngoài và cực Nam bên trong và có xu hướng đẩy thanh nam châm trong tay bạn đi ra khỏi cuộn dây . Khi bạn kéo thanh nam châm ra khỏi cuộn dây thì ngay lập tức dòng điện cảm ứng đổi chiều làm từ trường đổi cực và hút thanh nam châm trở lại . Khi bạn di chuyển thanh nam châm vào ra trong lòng cuộn dây với tốc độ nhanh thì tay bạn sẽ cảm thấy rất nặng nề . Nếu lúc này bạn nối hai đầu cuộn dây vào một bóng đèn thì bóng đèn sẽ phát sáng theo sự di chuyển thanh nam châm của bạn và đó cũng chính là nguyên tắc của máy phát điện !

d Mạch dao động LC


Mạch dao động LC là một mạch điện bao gồm 1 cuộn dây và 1 tụ điện mắc song song với nhau (như hình vẽ thứ nhất). Bản thân mạch dao động LC là một mạch không hề ...dao động trừ phi ta cấp 1 nguồn điện V hoặc cung cấp một từ thông biến thiên ban đầu vào cho mạch .
Ở đây để cho dễ hiểu bạn hình dung cuộn dây đóng vai trò như một máy phát điện và tụ điện đóng vai trò như một bình ắc quy lưu điện .
chuyện gì xãy ra khi ta cấp nguồn điện ban đầu vào cho mạch LC này ?.
Nếu ta cấp 1 nguồn điện V vào mạch LC ngay lập tức tụ điện được nạp đầy còn cuộn dây thì sinh ra từ trường như 1 thanh nam châm .
Khi ta ngắt nguồn điện cấp cho mạch LC ,Tụ điện phóng vào cuộn dây 1 dòng điện giảm dần ,lúc này từ trường trong cuộn dây từ cực đại và biến thiên trở thành cực tiểu . Theo định luật cảm ứng điện từ cuộn dây lại sinh ra một dòng điện cảm ứng có chiều chống lại sự mất mát của từ trường , dòng điện này ngược chiều với dòng điện cấp vào ban đầu cho mạch LC .
Dòng điện cảm ứng sinh ra lúc này lại nạp ngược lại vào tụ điện . lúc này tụ điện được tăng điện áp và cuộn dây lại tăng dần từ thông theo chiều ngược lại , hiện tượng cảm ứng điện từ lại xãy ra và cứ như thế bên trong mạch LC tồn tại 1 dòng điện xoay chiều hình sine .
Dòng điện dao động này sẽ đạt cực đại và duy trì mãi mãi khi điện trở động của cuộn dây (cảm kháng) và dung kháng của tụ điện có giá trị điện trở bằng nhau lúc này Mạch dao động LC đạt đến trạng thái gọi là cộng hưởng LC

Tóm lại hiểu nôm na là cuộn dây phát điện nạp cho tụ điện , tụ điện phóng điện tạo từ thông biến thiên trong cuộn dây , cuộn dây lại cảm ứng ra dòng điện nạp ngược lại cho tụ điện...Và quá trình này sẽ tồn tại mãi mãi nếu như hai ""anh chị" LC không ...bước ra khỏi lý thuyết !
Trong thực tế vì cuộn dây L được cấu tạo từ vật liệu bình thường (không phải siêu dẫn) nên ngoài cảm kháng của cuộn dây còn có điện trở thuần của nó . Tụ điện cũng vậy ngoài dung kháng của tụ còn có điện trở thuần của tụ vì dung môi cấu tạo nên tụ không cách điện hoàn toàn . Chính vì vậy mạch cộng hưởng LC trong thực tế còn có thêm một điện trở thuần làm tiêu hao năng lượng bên trong mạch . Do đó tín hiệu trong mạch cộng hưởng LC chính là các dao động tắt dần có dạng hình chuông !


Hình trên cho chúng ta thấy điện áp kích thích cho mạch cộng hưởng LC là sóng vuông (màu vàng ) và dòng điện bên trong khung cộng hưởng LC có dạng hình chuông (màu xanh bên dưới )

e Hiện tượng bức xạ sóng điện từ

Bức xạ điện từ (hay sóng điện từ) là sự kết hợp của dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng. Sóng điện từ cũng bị lượng tử hoá thành những "đợt sóng" có tính chất như các hạt chuyển động gọi là photon.
Khi lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng, động lượng và thông tin
bản chất của bức xạ điện từ là dòng điện có tần số càng cao thì bức xạ càng mạnh và năng lượng mang theo càng lớn , khả năng xuyên thấu vật cản càng nhiều.

III mô hình thử nghiệm 

Mô hình đầu tiên của tôi sử dụng linh kiên KEU28L của Kyocera có tần số dao động 13MHZ
Đây là module VCO (Voltage-controlled oscillator ) được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị di động


Vì module VCO là linh kiện smd nên tôi đã hàn thêm 1 cái jack 3 chân và 1 diode zenner 5V để bảo vệ tiện cho việc cắm mạch test thử




Vì sao lại chọn tần số này ? Đây là tần số gần bằng với tần số bức xạ của thiết bị thẻ kiểm soát an ninh RFID (Radio Frequency Identification) .
RFID là hệ thống nhận dạng thiết bị dựa trên sóng radio có tần số sóng mang 13,56MHZ . Đây cũng được coi là thiết bị truyền điện không dây đầu tiên của thế kỷ 20 . Bên trong mỗi thẻ RFID có một mạch cộng hưởng LC , khi thẻ được đưa vào vùng phát sóng điện từ thì mạch cộng hưởng LC sẽ thu sóng mang của mạch phát và chuyển đổi thành điện năng cấp cho bộ vi xử lý hoạt động , sau đó bộ vi xử lý trong thẻ sẽ gửi trả lại tín hiệu ID của thẻ để hệ thống nhận dạng ...

Trở lại với việc dùng VCO làm linh kiện tạo tần số để bức xạ sóng điện từ . Đầu ra của VCO tôi cho vào mạch đệm để tăng dòng sau đó qua mạch đảo và qua mosfet để lái dòng vào mạch cộng hưởng LC

Sơ đồ thử nghiệm chi tiết như sau :




click vào Đây để xem rõ hơn

cắm trên test board




Ở mạch thu tôi dùng dây đồng nhỏ quấn 4 vòng và tải là một bóng đèn led siêu sáng có điện áp 3V2

kết quả sau khi cấp nguồn cho mạch và điều chỉnh khung cộng hưởng LC thì mạch thu đã nhận được sóng và làm bóng đèn phát sáng



tín hiệu bức xạ trong mạch cộng hưởng LC có dạng như sau


tính toán giá trị của khung cộng hưởng LC (áp dụng vật lý 12 phần điện xoay chiều - NXBGD)


Lưu ý các giá trị sau khi tính toán có được mà linh kiện không có trên thị trường thì ta sử dụng các biện pháp điều chỉnh bằng cách gia giảm các thông số và dùng dao động ký để quan sát biên độ tín hiệu đầu ra mạch thu . Việc này đòi hỏi sự kiên nhẫn , tỉ mĩ và chính xác .

Mô hình tiếp theo tôi đã sử dụng hai mạch cộng hưởng LC làm từ dây đồng dẫn ga của điều hòa nhiệt độ có đường kính 15cm


Kết quả thu được cũng tương tự như trên nhưng mạch công suất của mạch điện trở nên nóng hơn , các mosfet đòi hỏi phải có cánh nhôm tỏa nhiệt khá lớn mới chịu được . Điều này là không thể chấp nhận được vì hiệu suất của mạch quá thấp . Hơn nữa mục tiêu cụ thể tiếp theo là làm một bộ sạc không dây cho điện thoại, để làm cho thiết bị có thể đưa vào ứng dụng được tôi quyết định thay đổi toàn bộ mô hình bằng cách:

- Tăng số vòng dây của cuộn thu phát
- Giảm tần số bức xạ
- thu gọn tối đa mạch điện
- Sử dụng mạch phản hồi dòng phát xạ để tự động điều chỉnh độ rộng xung (PWM)
- thêm mạch chỉnh lưu và ổn áp đầu ra ở mạch thu


Xem tiếp phần 2 với mạch điện hoàn thiện và sản phẩm thương mại


video demo V1



video demo V2







link tham khảo

google with " wireless electricity"

Thứ Ba, 3 tháng 5, 2011

Biến led thường thành led RGB

Trong nhiều ứng dụng nhỏ , đôi khi bạn cần thiết kế hiển thị với led RGB (đèn led moonlight trang trí phòng ngủ , chỉ báo điện áp pin...) nhưng led RGB nhiều nơi rất khó kiếm và thường giá khá đắt . Tận dụng các led thường và chỉ trong 3 phút bạn đã có 1 led RGB sẵn sàng cho các thiết kế mới của mình .

Để hiển thị được nhiều màu sắc và có ánh sáng tốt bạn chọn led outdoor (led siêu sáng làm bảng quảng cáo)
và để ghép chúng lại với nhau dễ dàng hơn thì bạn tìm loại led hình ovan (led tròn cũng được nhưng không đẹp bằng)



riêng bóng đèn muốn hiển thị màu ra ngoài bạn chọn led tròn 5mm

ghép hai led ovan vào hai bên chân của bóng led tròn và dùng ống gen nhiệt bọc chúng lại với nhau

dùng dùng mỏ khò hoặc bật lửa ga đốt cho gen nhiệt co lại

nối 3 chân Cathode lại với nhau (3 chân ngắn)thành 1 chân Cathode duy nhất

cắm mạch test thử

Gắn vào mạch dùng chỉ thị trạng thái làm việc (đèn working )

OK bạn đã có 1 bóng led RGB trông rất cool ! rất đơn giản phải không ?

Thứ Ba, 26 tháng 4, 2011

Khoan mạch in

Trong công việc thiết kế hằng ngày , nhiều lúc tôi phải khoan nhiều mạch điện cùng một thời điểm ,các khớp ngón tay như muốn sưng lên , đó thực sự là 1 cơn ác mộng .Cuối cùng tôi quyết định làm cho mình một cái khoan mạch in mini bằng gỗ , có vài hình ảnh chia sẽ cùng các bạn . Dĩ nhiên giải pháp này rất đơn giản và không thể thay thế được một cái khoan CNC điều khiển bằng step motor , nhưng chí ít ra nó cũng giúp tôi hoàn thành các PCB trong một thời gian nhanh hơn và ít tốn sức hơn.



nhiều pcb quá không biết nên khoan cái nào trước

I Lựa chọn khoan 

Có nhiều loại đầu khoan trên thị trường và ở các dạng khác nhau , loại 220V , loại chạy 12V ... tuy nhiên các loại khoan có nhược điểm là cấu trúc cơ khí thường không chính xác và đầu kẹp mũi khoan thường có lỗ to , khi gắn các mũi khoan bé thì phải có adaptor của nó kèm theo, điều này làm cho mũi khoan khi gắn vào bị lệnh tâm . Cuối cùng tôi quyết định mua một cái đầu khoan của cái máy mài mỹ nghệ 15000 vòng/phút . cái này có đầu kẹp mũi rất chính xác y như khoan bàn to vậy .

Cái đầu khoan này được gắn với động cơ điện 220V và nối lên bằng dây khá cồng kềnh nên tôi đã bỏ động cơ 220V đi và thay vào đó là động cơ điện 12V của nhật lấy từ máy đếm tiền cũ , động cơ này rất khỏe vào chạy khá êm

dùng ốc vít gá động cơ vào đầu khoan

II Gia công giá đỡ và hệ thống truợt cơ khí


Ban đầu tôi định làm bằng sắt nhưng vì không có máy hàn với lại đi tìm các trục trượt cho khoan rất khó nên tôi quyết định chọn gỗ cho dễ gia công , Vì là gỗ công nghiệp nên đã được xử lý chống mối mọt và tránh được công vênh rất tốt để gá đầu khoan


bản thiết kế được vẽ ngay trên gỗ smile


Dùng cưa xẻ ra hai miếng theo hình cong


cắt thêm miếng đáy cũng bằng gỗ nữa và dùng máy chà bóng được cái khung trông như thế này


Trong hình bạn còn nhìn thấy cái thanh ray trượt bằng bi được bán nhiều ở cửa hàng vật liệu xây dựng . Cái thanh này hay dùng để gá vào ngăn bàn , hộc tủ để kéo ra kéo vào và bên trong có bi trượt rất êm .

dùng máy cưa sắt cắt ra hai thanh dài bằng cái đầu khoan

Dùng ốc vít cố định hai thanh trượt vào 2 miếng gỗ như hình dưới


Kẹp đầu khoan vào giữa hai thanh trựot bi và dùng keo AB phủ kín vào phía sau của đầu khoan


bây giờ thì đầu khoan đã được định vị chắc chắn và có thể di chuyển lên xuống rất nhẹ nhàng .

Gắn thêm một cái lò xo giữa thanh trượt và thanh định vị khoan để khi ấn khoan xuống buông tay ra thì khoan sẽ tự truợt lên




phía trên gắn thêm tay cầm cho khoan , ngay vị trí của động cơ , khi khoan thì cầm vào cái trục bằng nhôm và kéo xuống dưới



phía dưới khoan gắn 4 chân đế bằng cao su để tránh rung động gây tiếng ồn khó chịu khi khoan



III Các thành phần bổ trợ 


Khi mũi khoan xuyên vào tấm PCB sẽ tạo ra phoi bakelit rất nhiều và che phủ các lỗ khoan còn lại khiến cho bạn phải phùng má , trợn mang lên để thổi nên tôi đã gắn thêm một cái quạt 12V vào phía trong khoan.

Phía bên dưới mũi khoan nếu lót bằng miếng gỗ để khoan thì phoi gỗ khi khoan sẽ ùn lên làm cho mạch in đặt lên trên không được vuông góc với khoan nên tôi dùng một khối nhôm tản nhiệt của CPU có các rãnh , khi khoan thì phoi sẽ bị rơi xuống dưới , phần phoi phía trên sẽ bị gió thổi bay

Không phải lúc nào ánh sáng trong phòng cũng đủ để khoan (nhất là làm việc một mình trong đêm khi cả nhà đã yên giấc ngủ ) nên tôi đã gắn thêm một đèn led chiếu vào đầu mũi khoan



quả thực nó cho ánh sáng rất tốt và tiết kiệm điện tối đa


tổng thể

Bạn thấy thế nào ? mod tiếp nhé !

Thứ Sáu, 18 tháng 3, 2011

Thông báo

Hiện nay blog www.minhdt.info đã bị chặn không vào được, để xem đầy đủ dữ liệu và các bài viết các bạn vui lòng đổi DNS  (search google with "doi DNS") theo hình sau



sau khi đổi dns các bạn có thể truy cập vào www.minhdt.info . thanks !

Nixie clock - Đồng hồ dùng bóng đèn điện tử !






Vào những thập niên 60 , khi kỹ thuật điện tử và bán dẫn còn ở thời kỳ sơ khai. Công nghệ hiển thị led 7 đoạn và LCD còn chưa hình thành trong giấc mơ của nhân loại thì bóng đèn điện tử chân không đã ra đời .Bên cạnh các bóng đèn khuếch đại được sử dụng trong các mạch âm thanh , mạch điều khiển các thiết bị quân sự... nhằm đáp ứng cho nhu cầu hiển thị số liệu trong các máy đo thì người ta đã sản xuất ra bóng đèn chân không hiển thị số và các ký tự đặc biệt có tên gọi là nixie tube

Trong những nỗ lực tìm kiếm các thiết bị hiển thị thay cho led 7 đoạn đã quá nhàm chán tình cờ tôi đã có các bóng nixie tube và trong một lần tìm kiếm datasheets cho bóng IN14 trên internet tôi thật sự bất ngờ trước hàng ngàn thiết kế của giới moder trên khắp thế giới dành cho loại bóng nixie tube này...
Lại một lần nữa niềm đam mê trong tôi trỗi dậy , lại nhiều đêm nữa mất ngủ ...
Bài viết này là sự tổng hợp tất cả các kinh nghiệm trong suốt quá trình chế tạo chiếc đồng hồ nixie clock này qua nhiều phiên bản , hi vọng nó sẽ như một món quà gửi đến các bạn yêu kỹ thuật chút đam mê để cùng làm ra các sản phẩm không những độc đáo mà còn đậm nét sáng tạo và đậm chất Việt Nam ...

I Đồng hồ dùng bóng nixie tube

Sự hồi sinh của bóng đèn điện tử trong các thiết kế về âm thanh cao cấp phần nào nói lên rằng "dù công nghệ và kỹ thuật số có phát triển đến đâu thì vẫn không thể nào thay thế hoàn toàn cho kỹ thuật analog truyền thống " bởi lẽ giác quan và cảm nhận nghệ thuật của con người đã đạt đến độ tinh tế tới mức không có một máy móc nào mô phỏng được. Cũng chính vì vậy khi đã quá nhàm chán với sự rời rạc của DAC trong âm thanh ,của pixel trong hình ảnh , của khô cứng trong hiển thị số bằng led 7 đoạn... người ta lại tìm về những thứ một thời đã đi vào quên lãng .Những chủ đề về amplyfier đèn , về cơ đĩa than ,những bức ảnh chụp bằng phim ...luôn là những đề tài hấp dẫn mà chưa có hồi kết thúc.

Trở lại với bóng đèn nixie tube ngày xưa chỉ được dùng trong các máy đo cồng kềnh thì bây giờ nixie tube đã có một đời sống mới - Nixie clock hay đồng hồ dùng bóng nixie tube.

II Bên trong nixie tube có những gì?
Cấu tạo của bóng nixie bao gồm có 2 phần đó là cực dương anode và âm cực cathodes



anode được cấu tạo bởi một màng lưới bao bọc xung quanh còn cathodes là các thanh kim loại được uốn thành các con số hoặc ký tự nằm xen kẽ lẫn nhau . Các thành phần này được cho vào ống thủy tinh hút chân không và trong môi trường của ống người ta thêm vào các chất khí ở áp suất thấp , thông thường chủ yếu là neon và thường một ít thủy ngân hoặc argon.



hình dạng thực tế của cathodes

Hoạt động
Đặt giữa anodes và cathodes một điện áp 170V một chiều với dòng điện cở vài miliamperes (mA) thì sẽ xuất hiện hiện tượng phóng điện và phát xạ ánh sáng mầu vàng từ cathodes
vì cathodes được uốn thành hình các con số hoặc ký tự nên khi phát xạ ánh sáng nó sẽ xuyên qua các thành phần cathodes khác và xuyên qua cả lớp lưới anode để ra ngoài .

Để điều khiển cho bóng đèn hoạt động ta chỉ việc cấp vào anode một điện áp dương 170V và di chuyển cực âm vào các chân cathodes còn lại . Với bóng số thì có 10 cathodes tương ứng với 10 số từ 0 - 9 .


mạch thử với bóng nixie


Dĩ nhiên trên đây là mạch thử với các cathodes được cấp bằng tay còn đồng hồ thật thì bạn phải thiết kế mạch điện để nó tự động cấp các ngõ ra hiển thị các con số vào đúng thời điểm quy định - đó chính là nguyên tắc của đồng hồ .
Để nắm rõ hơn về cấu trúc của đồng hồ số và cách thức hoạt động của chúng xin mời bạn tham khảo link sau http://my.opera.com/minhdt/blog/?id=5960391

III Nguyên lý hoạt động của nixie clock

Sau khi đã nắm rõ nguyên tắc hoạt động của đồng hồ dùng led 7 đoạn ta biến đổi một chút xíu để thành đồng hồ dùng bóng nixie tube.
Trước hết ta khảo sát cái sơ đồ khối của nixie clock




Nhìn sơ đồ các bạn sẽ nhận ra có sự khác biệt giữa điều khiển led 7 đoạn và bóng nixie tube cơ bản như sau:
- Xuất hiện thêm khối cao áp (HV) 170V DC
Để tạo điện trường đủ lớn giữa anode và cathodes để cho electron di chuyển tạo sự phóng điện thì bóng nixie tube cần có điện áp một chiều 170V trong khi với led 7 đoạn thì chỉ cần dòng phát quang tầm 10mA với điện áp rơi trên led > 2V
- Các IC đếm của đồng hồ led có đầu ra TTL (0-5V) và thường lớn hơn 10mA nên kéo trực tiếp vào led còn bóng nixie tube do dùng điện áp cao nên phải có tầng đệm để kéo cathodes dùng transistor. các transistor phải là loại chịu được điện áp cao (high volt transistor)
- Led 7 đoạn có 7 cathodes trong khi nixie tube có 10 cathode
do vậy mạch đếm giờ phút giây phải là mạch đếm hệ 10 (decimal)

1.Mạch cao áp

sơ đồ

Thành phần chính của mạch dùng IC DC-DC convector MC33063 giá rẻ hoạt động ở tần số 100KHZ. Đầu ra tại chân 2 đưa vào cực G của IRF730 kích mở dòng qua cuộn cảm 100uH. Điện áp cao áp cảm ứng trên cuộn dây được nắn qua diode D1 và nạp vào tụ C5 , cầu trở r1, r2, r3 làm nhiệm vụ hồi tiếp để điều khiển cao áp . Khi lắp xong các bạn chỉnh biến trở r2 để đầu ra cao áp đạt đến điện áp 170V DC.

2.Mạch đếm giây 

Để điều khiển 10 cathode của bóng nixie thì phải cần đến mạch đếm và chia 10 , Ứng cử viên sáng giá cho chức vụ này chính là CD4017 Decade Counter/Divider IC (datasheetshttp://www.national.com/ds/CD/CD4017BC.pdf)

Mạch đếm giây có tác dụng nhận xung 1hz chuẩn từ đầu vào và đếm từ 00 - 59s sau đó tự động reset về 00 và gửi 1 xung đến mạch đếm phút
đếm giây có sơ đồ như sau:

Tín hiệu từ modul 1hz chuẩn được đưa vào chân clock của IC4017, đầu ra từ Q0 -Q9 được đưa vào để kéo 10 cathode của bóng nixie hiển thị giây (s).
Sau khi đếm đến giây thứ 10 thì đầu ra cary out (chân số 12 ) đưa ra 1 xung đến đầu vào clock của IC 4017 thứ 2 . Lần này ta chỉ cần đếm đến 5 (giây thứ 59) nên đầu ra Q6 được đưa trở lại chân reset để trở về 0 . một phần tín hiệu reset được đưa tới tầng đếm phút

3.Mạch đếm phút

Tương tự như mạch đếm giây , mạch đếm phút nhận 1 xung clock từ mạch đếm giây khi mạch đếm giây đạt đến giá trị 59 và trở về 00 và mạch đếm phút cũng gửi 1 xung clock (khi đã đạt đến 59 phút) sang mạch đếm giờ nên sơ đồ của mạch đếm phút cũng giống như mạch đếm giây

4.Mạch đếm giờ


Khi mạch đếm phút đếm đến giá trị 59 và reset sẽ gửi 1 xung clock sang mạch đếm giờ , có 2 chế độ cho mạch đếm giờ đó là hiển thị mode 12h và hiển thị mode 24h .Nếu ở chế độ 12h thì các bạn phải làm thêm phần hiển thị AM và PM bằng 1 con flip flop như cd4013 . Trong khuôn khổ bài viết chỉ trình bày làm đồng hồ mode 24h và trên cơ sở nguyên lý các bạn có thể modify lại thành mode 12h một cách dễ dàng.
Sơ đồ cho mạch đếm giờ như sau:


Khi số thứ nhất của giờ đến số 4 thì sẽ có mức cao đăt vào anode của opto PC817 và khi số thứ 2 của giờ nhảy đến số 2 (tức là vị trí 24h ) thì đầu ra số 2 ở mức cao qua trở R6 làm phân cực Q2 dẫn kéo kathode của opto pc817 xuống đất.
Opto pc817 dẫn thông làm đầu ra dẫn tín hiệu mức cao từ nguồn VCC đưa vào chân reset của hai IC đếm giờ và mạch đếm giờ trở về 00
Vì thời gian reset chỉ cở ms nên mắt người không thể thấy được số 24 mà chỉ ở 23 rồi về 00 ngay lập tức

5.Mạch khuếch đại kéo cathode

Đầu ra của CD4017 từ Q0 - Q9 được đưa vào khuếch đại trước khi kéo vào cathode của bóng nixie , transistor khuếch đại các bạn dùng loại MPSA42 . Sở dĩ dùng transistor này là vì nó có VCE 300V , nếu dùng loại thông thường thì trans rất dễ bị đánh thủng bởi điện áp cao của HV 170V
Nếu không có transistor này các bạn có thể lấy loại có mã số 13001 hay có trong các thiết bị của trung quốc ...


sơ đồ khuếch đại trên 1 bóng có dạng như sau:

để hoàn chỉnh đồng hồ bạn phải lắp 6 mạch này gắn vào 6 bóng nixie , nếu không cần hiển thị giây thì chỉ cần lắp 4 mạch mà thôi

6.Mạch tạo 1hz chuẩn từ thạch anh

Trong các sơ đồ nixie clock dạng analog của nước ngoài thường dùng ngay chính xung điện lưới 50HZ qua mạch chia 50 lần tạo ra 1hz nhưng đồng hồ của họ chạy rất chuẩn vì do họ dùng điện hạt nhân ! tần số điện lưới chỉ dao động khoảng một vài phần nghìn ...
Nếu chia xung từ tần số thủy điện của Việt Nam thì một ngày đồng hồ chạy sai cở chục phút ...Chưa kể nếu cắt điện luân phiên thì không có cách nào để backup thời gian được
Trong bài viết về đồng hồ số http://my.opera.com/minhdt/blog/?id=5960391 tôi đã trình bày về mạch chia xung từ thạch anh 32,768Khz ra 1Hz chuẩn nên sẽ không đề cập đến mạch này nữa mà chỉ đăng lại sơ đồ nguyên lý

mạch 1Hz dùng linh kiện SMD

7.Mạch backup thời gian khi mất điện

tham khảo chi tiết tại link http://my.opera.com/minhdt/blog/?id=5960391

sơ đồ

7.Phím bấm chỉnh giờ

chi tiết tham khảo tại link http://my.opera.com/minhdt/blog/?id=5960391

IV Bố trí linh kiện và lắp ráp

Đồng hồ dùng bóng nixie clock có khá nhiều thành phần nên khi lắp ráp để gọn vào trong vỏ hộp bạn phải khéo léo bố trí , tốt nhất là làm các modul rời rạc và ghép nối chúng với nhau bằng jack cắm
Để hoàn thiện đồng hồ chúng ta phải chế tạo các modul sau đây
- Mạch cao áp
- Mạch đếm (giờ , phút , giây )
- mạch tạo xung 1HZ
- Mạch hiển thị
- Mạch backup thời gian
.....

design

làm mạch in

tráng thiếc mạch in

bên trái là mạch hiển thị và bên phải là mạch đếm

lắp ráp mạch đếm

các IC CD4017 được dán phía dưới mạch in

hai mạch được ghép nối với nhau bằng connector

Hoạt động

V vỏ hộp 

Vỏ hộp của nixie clock được thiết kế từ gỗ Trắc đỏ và có độ dầy 4mm , mặt trên và dưới được ốp meka Acrilyc đen bóng
, khi đồng hồ hoạt động sẽ phản chiếu 1 phần hình ảnh lên meka trông rất cool


dùng bóng IN-14

dùng bóng IN-12

hiển thị với bóng IN-4

xem thêm tại galery clock
http://my.opera.com/minhdt/albums/show.dml?id=3318102







Định dạng files: XPS
Nếu máy tính bạn không đọc được xin vui lòng tải Microsoft .NET Framework 3.0 tại đây

sau khi cài Microsoft .NET Framework 3.0 bạn Chỉ việc tải files về in ra rồi dùng công nghệ là ủi bigsmile

Modul 1HZ

http://files.myopera.com/minhdt/files/1hz%20bottom.xps
http://files.myopera.com/minhdt/files/1hz%20linh%20kien.xps

modul cao áp

http://files.myopera.com/minhdt/files/HV%20bottom.xps
http://files.myopera.com/minhdt/files/HV%20sap%20xep%20linh%20kien.xps

modul đếm giờ phút giây

http://files.myopera.com/minhdt/files/counter%20bottom.xps
http://files.myopera.com/minhdt/files/counter%20sap%20xep%20linh%20kien.xps
http://files.myopera.com/minhdt/files/counter%20top%20mirror.xps

modul hiển thị

http://files.myopera.com/minhdt/files/display%20bottom.xps
http://files.myopera.com/minhdt/files/display%20top%20mirror.xps
http://files.myopera.com/minhdt/files/display%20sap%20xep%20linh%20kien.xps

sơ đồ nguyên lý và giá trị linh kiện


http://www.mediafire.com/?o7i5duhg26gh2eh
http://www.mediafire.com/?gwp9fal7q9cc33f

lưu ý máy tính cần phải có phần mềm vẽ mạch điện orcad mới xem được !

Chúc các bạn thành công !

link tham khảo
http://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/Bruegmann-Digital-Roehren-Clock/Digital-Roehrenuhr.htm
http://www.jb-electronics.de/html/elektronik/nixies/n_sammlung.htm
http://www.electricstuff.co.uk/nixiegallery.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Nixie_tube
http://www.tubeclockdb.com/
http://www.educypedia.be/electronics/tubenixieclock.htm
google with "nixie clock"