Horloge à tubes Nixie

Ou comment ajouter une touche de mauvais goût sur votre bureau…

!!! Avertissements !!!

Cette réalisation utilise des tensions continues supérieures à 200V. Un contact direct avec une pièce nue sous tension peut causer un choc électrique.

Historique:

Avant l’avènement des LED (1962), Afficheurs 7 segments et autres tubes VFD (1980), l’indicateur numérique par excellence était le tube Nixie. Produit en série à partir de 1954, ce sont des tubes à vides à cathode froide munis d’une dizaine d’électrodes (entre 10 et 12 généralement). Chaque électrode à la forme d’un chiffre, avec potentiellement un ou deux points décimal. L’application d’une tension sur l’une des électrode provoque une luminescence de celle-ci. En associant plusieurs tubes, il est possible de réaliser un indicateur numérique. Ces composants furent utilisés dans les premiers voltmètres à affichages digital, les calculatrices et autres appareils numériques:

NixieFrequencyCounter
Source: Wikipedia

Mise en oeuvre

Le principal problème technique posé par l’utilisation de tubes Nixie réside dans leur tension d’alimentation. La datasheet de mes tubes IN-16 (En Russe…) indique une tension d’amorçage d’au-moins 200 volts continue. La tension d’alimentation après amorçage doit être maintenue à environ 170 volts continue sous un courant de 2.5mA. La première difficulté consiste donc à obtenir 200Vdc sous 10mA (4 tubes) à partir d’une alimentation de sécurité (idéalement 9-15Vdc). La deuxième difficulté va être de trouver des composants (drivers d’affichage) capables de manipuler une telle tension.

Les tubes Nixie

Il existe plein de revendeurs de tubes Nixie sur la toile (dont pas mal sur eBay). Je me suis orienté vers kosbo.com sur les conseils d’un ami. Je n’ai vraiment pas été déçu: livraison sérieuse, tous les tubes sont arrivés entiers. Pour ces derniers, j’ai choisi un modèle de petite taille: l’IN-16. Il s’agit de tubes russes d’environ 3cm de haut. Ils ont l’avantage d’utiliser une électrode différente pour le 2 et pour le 5 (qui était souvent la même monté dans deux orientations différentes).

Pour les nostalgiques voici la datasheet d’origine en Russe: IN-16_02.pdf

Pour les non russophones, voici une traduction dans la langue de Shakespeare fournie par kosbo: IN16_layout.pdf

Le pilotage des tubes Nixie va être confié à un composant d’époque (russes également, équivalent du DM54 de MSI et du 74141…): le K555. Il s’agit d’un décodeur BCD vers décimal capable de commuter la tension d’alimentation des tubes.

L’alimentation 200Vdc

Il est possible de réaliser une alimentation à découpage 15V -> 200V à base d’un NE555, d’une capacité et d’une bobine. L’un des schéma circulant sur la toile est le suivant:nixie psu

Il est tiré du site: http://www.turbokeu.com. J’ai réalisé un prototype d’une telle alimentation avec des composants tirés d’un fond de tiroir:

  • Un condensateur 33µF 500 Vcc de marque CMF
  • Une inductance 100µH C&D Technologies
  • Un MOS IRF740 comme hacheur

Étonnement, L’alimentation s’est très bien comportée: pas de sifflement gênant, pas de surchauffe de l’IRF740, un courant convenable et une tension de sortie à partir de 170V. Cependant, lors du réglage de la tension de sortie, celle-ci à dépassée la tension de claquage de mon condensateur… Tout à refaire! J’avoue alors m’être tourné vers une solution plus simple, bien que moins élégante: acheter un module d’alimentation pour tubes Nixie. Je me suis tourné vers le revendeur de mes tubes, kosbo.com, et j’ai trouvé un petit module intégré recevant une alimentation de 12V et ressortant environ 200V ainsi que 5V régulé pour l’électronique de pilotage.

L’électronique de pilotage

L’intelligence est confiée à un PIC18F4550 (exhumé d’un fond de tiroir…), pas du tout de l’époque des tubes, animé par un quartz à 20MHz. Les valeurs envoyées aux K555 pilotant les tubes sont mémorisées dans des verrous cd4042 4 bits qui multiplexent l’un des port du PIC. L’horloge calendrier est un module MikroElektonika RTC2 Click qui a l’avantage énorme d’embarquer la pile de sauvegarde. Quatre boutons poussoirs permettent le réglage de l’heure.

Voici le schéma de principe:

schema

Ma réalisation est faite intégralement sur platine d’essai à bandes. Je ne fournirais donc pas de typon de l’horloge.

Galerie

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