Схема электронного табло - 4 (далее просто ЭТ4) первоначально была составлена для определения цоколёвки и проверки работоспособности купленного индикатора с неизвестным наименованием. Этот индикатор производства КНР напоминал индикатор фирмы «Kingbright» SA23-11HWA, а при проверке оказался его полным аналогом.
Далее автору в голову пришла мысль, что, изготовив 2 экземпляра ЭТ4, можно получить светодиодное игровое табло, например, для игры в минифутбол, на малых игровых площадках и в школьных спортзалах.
Отличительная особенность устройства в том, что в ЭТ4 применён крупногабаритный светодиодный семисегментный индикатор фирмы «Kingbright» с неплохой светоотдачей и большой группой различных цветовых аналогов.
Основной недостаток ЭТ4 – применение морально устаревшей ИМС К176ИД2.
Для ЭТ4 (см. рисунок 1) требуется сравнительно высоковольтный источник питания (+9 Вольт). Сегменты a … g индикатора HG1 составлены из 4 светодиодов, соединённых последовательно, поэтому свечение индикатора начинается при напряжении питания свыше 7 Вольт. Сегмент DP (точка) составлен из 2 светодиодов, соединённых последовательно. В случае использования сегмента DP (для получения одинаковой яркости свечения сегмента DP с другими сегментами) следует использовать дополнительный резистор ограничения тока сегмента DP.
Состав ЭТ4
ЭТ4 состоит из следующих частей:
— галетного переключателя SA1 «Цифра» типа ПМ с резисторами Rd1 … Rd4 установки высокого логического уровня;
— дешифратора DD1 на ИМС КМОП структуры К176ИД2;
— семи одинаковых инверторов – усилителей тока, собранных на следующих элементах: R1 R2 VT1, R3 R4 VT2, R5 R6 VT3, R7 R8 VT4, R9 R10 VT5, R11 R12 VT6, R13 R14 VT7;
— семиэлементного светодиодного индикатора HG1 красного цвета свечения с ОА (объединёнными анодами);
— конденсатора фильтра С1;
— безындукционного керамического конденсатора С2, защищающего ЭТ4 от импульсных помех;
— тумблера SA2 «Вкл.», гнезда XS1 «Питание» и резервной аккумуляторной батареи 9V типоразмера «Корунд».
Работа ЭТ4
При включении питания тумблером SA2 «Вкл.», быстро заряжаются конденсаторы фильтра С1, С2 и напряжение +9 В поступает на переключатель SA1 «Цифра», на вывод 16 ИМС DD1 и на верхние (по схеме) выводы резисторов Rd1 … Rd4.
Вращением ручки галетного переключателя SA1 устанавливают четырёхразрядный двоично-десятичный код требуемой цифры. Установку высокого логического уровня в требуемых разрядах кода обеспечивают резисторы Rd1 … Rd4. Установку низкого логического уровня обеспечивает потенциал общего провода, снимаемый с контактов «общий» каждой галетной секции (и подаваемый на дешифратор DD1 по проводам 1234 верхнего жгута – см. рисунок 1).
Лог.1 на входе С (выводе 1) DD1 устанавливает режим дешифрации. А логический уровень на входе S (выводе 6) DD1 устанавливает режим работы дешифратора DD1 с 7-сегментными индикаторами (с учётом наличия транзисторных инверторов).
Дешифратор DD1 преобразует 4-х разрядный двоичный код, поступающий с выходов переключателя SA1 на входы 1, 2, 4, 8 (выводы 5, 3, 2, 4) DD1 в семисегментный, предназначенный для работы индикатора HG1. Но первоначально этот 7-разрядный код для усиления по току подаётся на базовые резисторы токовых ключей VT1 ... VT7. Все токовые ключи (VT1 ... VT7) собраны по одинаковым схемам и выполняют функцию инверторов, поэтому на вход S (вывод 6) DD1 подают лог.0 (а не лог.1 как это делают при использовании HG1 c ОА).
Так как все токовые ключи (VT1 ... VT7) собраны по одинаковым схемам, то вкратце рассмотрим работу лишь одного инвертора (собранного на элементах R1, R2, VT1) и обслуживающего выход «а» (вывод 1) дешифратора DD1.
Когда на выходе «а» (выводе 1) дешифратора DD1 установлен лог.0, то этот уровень поступает на верхний (по схеме) вывод базового резистора R1). Транзистор VT1 открывается, через его переход Э - К и резистор R2 потенциал лог.0 поступает на вход «а» (вывод 7) индикатора HG1, вызывая свечение сегмента «а» индикатора. Яркость свечения сегмента «а» HG1 определяется сопротивлением резистора R2 коллекторной нагрузки VT1.
А когда на выходе «а» (выводе 1) дешифратора DD1 установлена лог.1, то этот уровень поступает на верхний (по схеме) вывод базового резистора R1. Транзистор VT1 закрывается, через его переход Э - К и резистор R2 потенциал лог.0 уже не поступает на вход «а» (вывод 7) индикатора HG1, поэтому свечение сегмента «а» индикатора отсутствует.
Рассмотрим случай, когда переключателем SA1 установлена цифра «7». При этом на входах 1, 2, 4, 8 (выводах 5, 3, 2, 4) DD1 установлен двоично - десятичный код 11102 (младший разряд указан слева). Поэтому на выходах a, b, c, d, e, f, g (выводах 9, 10, 11, 12, 13, 15, 14) DD1 устанавливаются уровни 0001111 (соответственно), то есть разность потенциалов (падение напряжения) возникает только на трёх сегментах (a, b, c) индикатора HG1, которые и высвечивают цифру «7».
Рассмотрим другой случай, когда на переключателе SA1 установлена цифра «0». На входах 1, 2, 4, 8 (выводах 5, 3, 2, 4) DD1 установлен двоично - десятичный код 00002. При этом на выходах a, b, c, d, e, f, g (выводах 9, 10, 11, 12, 13, 15, 14) DD1 устанавливаются уровни 0000001 (соответственно), то есть разность потенциалов возникает на шести из 7 возможных сегментах (a, b, c, d, e, f) индикатора HG1, которые и высвечивают цифру «0». Яркость свечения HG1 установлена индивидуальным для каждого сегмента резистором, который является коллекторной нагрузкой транзистора соответствующего ему сегмента.
При напряжении питания +9 Вольт потребляемый ЭТ4 ток (в зависимости от индицируемой цифры) колеблется от 20 до 70 мА и (для увеличения яркости свечения HG1) может быть несколько увеличен. (Как? Описано ниже.) Для справки: номинальный ток каждого (a, b, c, d, e, f, g) выхода дешифратора К176ИД2 (при питании напряжением +9 Вольт) равен 2 мА.
ЭТ4 сохраняет работоспособность при снижении напряжения GB1 до +7 Вольт. При меньшем напряжении GB1 (вплоть до +3,0 Вольт) свечение HG1 прекращается, хотя остальная часть схемы ЭТ4 сохраняет работоспособность.
Детали ЭТ4
В ЭТ4 применены резисторы ОМЛТ, С2-23. Сопротивления резисторов Rd1 … Rd4 могут лежать в пределах от 20 до 120 кОм, однако малое их значение приведёт к неоправданному увеличению потребляемого тока. Конденсатор С1 оксидный типа К50-35 или зарубежного производства. С2 – керамический типа КМ (в принципе может быть исключён). ИМС DD1 К176ИД2 зарубежных аналогов не имеет. Индикатор HG1 SA23-11HWA (красный) можно заменить аналогичным SA23-12HWA с ОА; более яркими красными SA23-11EWA, SA23-12EWA; зелёными SA23-11GWA, SA23-12GWA. Более предпочтительная замена HG1 (для увеличения яркости свечения): жёлтые SA23-11YWA, SA23-12YWA; суперъяркие красные SA23-11SRWA, SA23-12SRWA. Все перечисленные индикаторы имеют объединённые аноды (ОА). Переключатель SA1 - 11П4Н ПМ. Ограничение количества направлений 11П4Н ПМ с одиннадцати до десяти (до конфигурации 10П4Н) осуществляется соответствующей установкой механического штыревого ограничителя перед закручиванием крепёжной гайки «галетника». Тумблер SA1 типа МТ1 или любой другой, имеющий НР контакты и рассчитанный на коммутацию постоянного тока не менее 200 мА.
Гнездо XP1 – гнездо питания с размыкателем, например, от портативного транзисторного радиоприёмника. GB1 – батарея 6F22 или литиевый аккумулятор Finepower KT3113 «Крона» с напряжением 9 Вольт и ёмкостью 500 мА/час (в комплекте с microUSB для зарядки через micro USB) производства КНР. Возможно также применение двух «плоских» батарей 3R12S напряжением 4,5 Вольта, соединённых последовательно.
Плата ЭТ4
Схема ЭТ4 размещена на печатной плате из односторонне фольгированного гетинакса или стеклотекстолита. Размер платы 99 х 68 х 2 мм (см. рисунки 2 и 3). Диаметр отверстий на печатной плате под микросхемы 0,7 … 0,8 мм, под остальные РЭК – 0,8 … 1 мм, под соединительные проводники - 1…1,2 мм., под крепёжные отверстия – 3,2 мм.
Рисунок печати – «трассировки печатной платы» – (рисунок 3) может быть перенесён на медную фольгу методом термопереноса или переведены при помощи копирки и обведёны кислотостойкими перманентными маркерами. Подойдёт, например, перезаряжаемый (rechargeable) маркер «Edding 400» производства Германии; centropen 2846 CE PERMANENT или другие, специализированные, для подписывания компьютерных DVD и CD – дисков.
Травится плата в водной бане, в насыщенном растворе фунгицида (медного купороса) и поваренной соли (1 и 3 - 4 столовых ложки «с горкой» соответственно, растворённых в 250 - миллилитрах воды). «Водная баня» обеспечивает травление платы при температуре раствора около 90 … 100º С в течение 1 часа. «Оборудованием» для водной бани могут быть электроконфорка плиты, тазик и пол-литровая стеклянная банка с травящим раствором, поставленная в тазик с водой через 1-2 слоя картона (чтобы банка не лопнула). Регулятором мощности конфорки устанавливается температурный режим, поддерживающий медленное кипение воды в тазике. К двум отверстиям травящейся в банке платы желательно привязать петлю из суровой нити, за которую плату можно поднимать для оперативного контроля степени протравленности. После травления плата промывается тёплой водой, а защитный тонер (чернила маркера) соскабливается лезвием или смывается ватным тампоном, смоченным растворителем 647 (ацетоном) в хорошо проветриваемом помещении. Неиспользованный раствор медного купороса и поваренной соли для травления можно сохранять (в закрытой стеклянной банке) до 6 месяцев.
Перед пайкой радиодеталей, в печатную плату следует впаять 8 монтажных перемычек в термостойкой изоляции. Перемычки желательно выполнить из медного одножильного провода диаметром 0,25 … 0,5 мм. Пайку радиоэлектронных компонентов следует вести низковольтным паяльником с антистатическим браслетом на запястье руки. Браслет (через резистор сопротивлением 1 МОм, 1 Ватт) подключается к заземлению. Обойтись без заземления можно, применив для ИМС специальную розетку («Сокету») с шагом между выводами 2,5 мм., и установив в неё ИМС по окончании пайки остальных деталей.
Информация для любителей изменять и улучшать радиотехнические изделия.
Для увеличения яркости свечения HG1 рекомендуется замена биполярных транзисторов VT1 … VT7 КТ315 полевыми транзисторами КП505А. При этом выводам ЭКБ будут соответствовать выводы ИСЗ (исток, сток, затвор). Никаких изменений в ПП делать не нужно, так как цоколёвки совпадут. При этом базовые резисторы можно чем-то заменить. Какой конкретно будет замена Вы узнаете, разгадав загадки:
Одножильная девица гирь не поднимает, но две точки на «плацу» она соединяет.
Если загадка не поддаётся, прочитайте подсказку:
Два облуженных конца, червячок – в холщовке. И по схеме здесь «коза», и по обстановке
Ребус № 1 ЭТ4 (см. рисунок 4) просто сообщает, что следует сделать при исключении из схемы каждого «базового» резистора.
Рисунок 4.
Полный ответ к ребусу.
По полному ответу к ребусу несложно выделить ответ и заодно можно проследить почему так, а не иначе читаются рисунки, составляющие ребус. Однако, солидное пожелание - не заглядывать сразу в ответ, а попытаться разгадать ребус самостоятельно.
Разгадав загадки, ответ следует ввести в строку «Пароль» файла «Et4_4work». Тогда вы сможете, получить комплект схем для изготовления ЭТ4, и в качестве бонуса готовый к термопереносу (также в масштабе = 1:1) отражённый рисунок трассировки печатной платы. Также, (к тихой радости любителей разгадывать ребусы) Вы сможете в открытом виде прочитать ответ к ребусу №1. Архив файла «Et4_4work» можно скачать здесь:
Если у Вас есть желание посмотреть на поделку при демонстрации её внешнего вида, то откройте видео «ЭТ4» (20929 кБ):
Сразу хочется сказать, что индикация цифр на табло выглядит бледно, так как демонстрация работы ЭТ4 снималась в солнечный день. К тому же индикатор в табло установлен не самый яркий из ряда одинаковых типоразмеров, выпускаемых фирмой. Прочитайте главу по улучшению поделки и Ваше табло сможет засиять ярче авторского варианта - с инверторами-усилителями тока на полевых транзисторах.
Расширенное видео «Et4_plus.» (66,5 МБ .MP4) длительностью 2 минуты Вы можете посмотреть на Яндекс.Диске, пройдя по ссылке:
Для того, чтобы посмотреть этот же файл на мобильном устройстве вы можете воспользоваться QR-кодом:
А вот, что хотела сказать об ЭТ4 умница, вечная студентка, обладающая непревзойдённой трудоспособностью, постоянная обитательница Яндекса, но чуть снизившая громкость при чтении текстов бот Алиса:
Некоторые особенности изготовления ЭТ4
Рисунок 5.
Основные разновидности деталей, составляющих схему ЭТ4, изображены на рисунке 5. Резисторы и транзисторы показаны в единичном экземпляре во избежание «перегрузки» иллюстрации.
Рисунок 6.
Для быстрой установки (и быстрой замены на случай неисправности) индикатора HG1 на ПП (печатную плату) рекомендуется изготовить две пятиконтактные сокеты. Они изготавливаются из стандартной сокеты для микросхем с шагом 2,5 мм. DIP16 или DIP14. Монтажными кусачками из сокеты выкусываются две пятиконтактных. Предварительно, в местах предстоящего раскусывания из сокеты пинцетом «выталкиваются» одинарные металлические контакты. Контакты сокеты перед пайкой требуют обязательной зачистки надфилем или скальпелем для снятия не поддающегося лужению антикоррозийного слоя из блестящего металла. Затем - смачивание жидкой канифолью и лужение паяльником. Для того, чтобы канифоль не затекала внутрь одиночных гнёздышек - контактов, сокету при работе следует удерживать контактами вниз. Если канифоль всё же попала внутрь контактных гнёздышек, то сокету можно «спасти», промыв её кисточкой в течение нескольких минут в блюдце с техническим спиртом. Однако, дешевле приобрести новую сокету.
Рисунок 7.
Изготовленные и облуженые пятиконтактные сокеты одеваются на пятиконтактные ряды выводов семисегментного индикатора HG1.
Рисунок 8.
Внешний вид ПП ЭТ4 в сборе показан на рисунке 8. Для одного из транзисторов КТ315 на ПП применена трёхконтактная сокета, сделанная из раскусанной на 4 части сокеты DIP14. Однако, такое однократное «макетирование» показало, что КТ315 лучше просто впаять в ПП. А оставшиеся трёхконтактные сокеты были отложены для установки полевых транзисторов.
Рисунок 9.
Внешний вид ПП ЭТ4 со стороны печатных дорожек показан на рисунке 9. Незадействованные в монтаже участки медной фольги на ПП оставлены непротравленными для экономии травящего раствора. Кроме того, на этих участках фольги при необходимости можно припаивать дополнительные РЭК.
Рисунок 10.
Внешний вид на ЭТ4 с передней панели корпуса.
Рисунок 11.
Электронное табло - 4 во включённом состоянии. При этом ток, потребляемый от аккумуляторной батареи составляет около 40 мА.
Рисунок 12.
На электронном табло – 4 индицируется цифра «8». При этом ток, потребляемый от аккумуляторной батареи максимален и не превышает 70 мА.
Резисторы Rd1 … Rd4 устанавливаются непосредственно на переключателе SA1. (Используются общий контакт + 12-й незадействованный контакт в каждой из 4 галет переключателя SA1). Индикатор HG1 устанавливается на ПП в две самодельные 5-контактные сокеты, изготовленные из одной стандартной сокеты DIP16 или DIP14. В случае ремонта это позволяет легко заменить вышедший из строя индикатор или просто установить индикатор с другим цветом свечения. Плата ЭТ4 устанавливается в прямоугольном пластмассовом корпусе подходящих размеров. Гнездо XS1 «Питание» и тумблер SA2 «Вкл.» крепится на задней или боковой стенке корпуса.
Примечание. Обычно такие сведения в радиолюбительской литературе не приводятся, но в радиолюбительской среде учитываются и запоминаются:
В авторском варианте ЭТ4 вывод 16 дешифратора DD1 ошибочно не был подключён к «+9 В». А всё питание ИМС осуществлялось через вход «С» (вывод 1) DD1. При этом на выводе 16 DD1 присутствовало напряжение +7,2 Вольта. В таком режиме схема работала в течение 20 лет (и продолжает работать).
В статье использованы ЗРТ (загадки радиотехнической тематики) №№ 252 и 254, а также ребус РРРТ № 171
