タカシラボ

電子工作とかDIYの趣味を広く浅く、子育てにも活かしながら。

IN12Bでニキシー管時計を作る。⑨トラブルシューティング

ダイナミック点灯で製作する際のつらい点としては、段階的な確認行為が難しいことでしょうか。

今回もドライブ回路は、一気に組みあげました。

完成した後、緊張の火入れをしましたが、当然最初は動きませんでした。

今回のトラブルと、その対処について記録しておきます。

 

  1. 電源回路がおかしい
  2. ESP32が動作していない
  3. ドット点灯用のトランジスタが動作していない
  4. ニキシー管の表示が暗い

 

①電源回路がおかしい

7805A 、BP5293-33のいずれの出力も安定していませんでした。

配線ミスをチェックしたり、はんだを盛りなおしたりしているうちに、なんとGNDと12V がショートする事態に。

何故だ、さっきまでショートはしてなかったのに。

最終的に部品を外したりして確かめた結果、犯人はなんとコンデンサでした。

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多分タンタルコンデンサと思うのですが、いつの間にか部品箱にあったものです。

これがショート破壊しておりました。

古いために壊れていたのか、熱を与えすぎたのか分かりませんが、部品が壊れているために動作しないというのは、あまり経験のないことでした。

(大体配線ミスとか、はんだ付け不良ですね。)

おとなしくセラコンでいいものを、よし、タンタルだ、と思ったのが間違いでした。

 

②esp32が動作していない。

ダイナミック点灯させる前に、とりあえず、1桁だけ選択的に試験点灯させるプログラムを予め書き込んでおきました。

しかし、全く点灯しない。

配線は何度も確認しましたし、問題なさそうです。

しかたなくブレッドボードを使って空中配線してみましたが、点灯しない。

これは、まさか、esp32壊れた??

電源のLEDは点灯していますが、まさかと思いPCから再度プログラムを書き込もうとすると、書き込みできません。。

どうも、電源関係のトラブルシューティングをしている時に、ワニ口クリップで色々試していたのですが、配線を間違えて修正し、3.3V入れるところに高電圧がかかってしまったようです。(冷静に考えると、思い当たる行動がありました。)

というわけで、esp32に関しては、壊れていたわけではなく壊してしまいました。

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壊れてしまったesp32 divkitc v4。悲しい。一番高価な部品だったのに。

基板上の赤色LEDはちゃんと点灯していたので、壊れていることに気付くのが遅れました。いやらしい故障です。

しかも手持ちは1個だけ。

新しく買いに行くか、いや、コロナ渦で外出できないから家で工作してたのに秋葉原なんかに出かけていけない。。。

これだけ通販するのも送料かかってばからしいし、何より今直ぐ作りたい。。

というわけで、手持ちにあった、別のesp32基盤を使うことに。

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DOIT esp32 divkit v1の互換ボードです。

何かに使うかもしれないと思ったのと、安かったので(500円くらい)入手して、結局デッドストックと化していたものです。

微妙にピン配置が違うので、ドライブ基盤の信号線は修正が必要なのと、3.3vの端子も違う所に出ているので、新しくジャンパ線を飛ばす必要がありますが、仕方ありません。

ちゃんと動作するのか、ブレッドボードで確認してから組み込みました。

ここで、やっとニキシー管が点灯して一安心。

 

③ドット点灯用のトランジスタが動作していない。

ニキシー管は点灯しましたが、ドットが点灯しません。

これも配線を見直したり、はんだを盛りなおしたりしましたが改善せず。

ベース抵抗がまずかったのかと思い、色々値を変えましたが改善せず。

だいぶ時間を要しましたが、結局は、GNDがつながっていませんでした。

配線ミスはだいぶ疑って見直したんですが、分からないものですね。

まずは、電源ラインのチェックを重点的に行いましょう。

 

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ようやく、基盤も組み込んで、ニキシー管を点灯させられるようになったので、最終調整ができる段階になりました。

 

ニキシー管の表示が暗い。

基盤も組み込めたので、ダイナミック点灯で表示させてみたのですが、どうも表示が暗いです。

おかしいなぁ、輝度についてはブレッドボードでずいぶん実験して定数を決定したのに。。

どうも、8桁でダイナミック点灯させると、残像が見えるとはいってもエネルギーが1/8になってしまうため、スタティック点灯よりも大幅に暗くなってしまうようです。

うーん、残像が残るので明るさはあまり変化ないのかと思っていましたが、全くそういうことはないようで、体感で輝度が1/3くらいになっている印象です。

点灯実験では、ダイナミック点灯の状態で定数を追い込む必要がありましたね。

ブレッドボードで、あんまり規模の大きな回路を組みたくなくて、無精したのが良くありませんでした。

結局、アノード側の制限抵抗を33KΩから、15KΩに変更して、所望の明るさになりました。

どちらかというと、暗めの設定かと思いますので、もう少し電流を流してもよさそうです。

ただ、一桁に表示を集中させると、現状で3.3mA流れますので、データシートで2~3.5mAとされているところ、あまり余裕はありません。

ダイナミック点灯だと、8桁くらいが限界だということでしょうか。

ゴースト低減のための消灯時間もとっていますので、この辺をもう少し追い込めば、明るくできるかもしれませんが。

 

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トラブルシューティングに1日かかりましたが、やっと数字とドット全てをダイナミック点灯できるようになりました。

 

最終的に決定した回路図はこちら。

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電源回路は省略されています。

高圧側の電源は、輝度調整の結果190Vになりました。

そのため、カソードに与えたプリバイアスは69Vほどになっています。

K155ID1のデータシートでは60Vを推奨するとありましたが、とりあえず意図しない数字の点灯はないので、このままにしています。(これ以上抵抗を取り換えるのが面倒だっただけ。)

電源電圧を高くしていくと輝度は上がりますが、消灯している数字もうっすら光りはじめるので、やはりカソードのバイアスは60V程度が適切なようです。

 

懸案だった、アノード側の制限抵抗を、8桁で共通化してしまうことに関しても、特に問題は出ていません。

同様に、フォトカプラの入力側制限抵抗も共通化していますが、正常に動作しています。

これで14個の抵抗を省略できているので、実装上のメリットは大きいです。