Inhalt des Dokuments
Zuerst die Sicherheitshinweise.
- Dieses Gerät arbeitet mit lebensgefährlichen Spannungen
- Diese können auch nach dem Ausschalten des Gerätes noch in Kondensatoren gespeichert sein
- Das Gerät gibt eine erhebliche Wärme ab, es muss daher für ausreichende Konvektion gesorgt sein.
Die Idee.
- Das Zählen ist die elementarste digitale Funktion
- "Digital" heißt: Mit den Fingern abzählbar
- Dies wurde von IBM in einer Werbeanzeige in den 1950-ern treffend visualisiert
- Daher lag es nahe, sich beim ersten Teilprojekt mit der Funktion des Zählens zu befassen
- Eine Uhr zählt Sekunden
- Auch: Beschäftigung mit der Technologie der ersten kommerziell eingesetzten Großrechner, der Vorläufer unserer heutigen PCs
- Diese wurden in den 1950-er Jahren mit Elektronenröhren und Halbleiterdioden aufgebaut
- Ein Rechner bräuchte jedoch viele Quadratmeter Fläche und tausende von Röhren
- Eine Digitaluhr ermöglicht dagegen die Demonstration dieser Technik mit realisierbarem Platz- und Strombedarf
- Es gab Ende 2007, nach unserem Wissen, nur zwei Vollröhren-Digitaluhren auf der Welt
- Die ONCILLA-Uhr ist somit die Dritte!
- In den 1950-er Jahren hat man Digitaluhren aus Kostengründen ausschließlich mit mechanischen Schaltwerken realisiert
- Eine Röhrenuhr wäre viel zu teuer gewesen
- Bekannt ist die Digitaluhr von Friedhelm Bruegmann
- Siehe: www.jogis-roehrenbude.de
- Dieses spannende Projekt hat uns stark inspiriert
- Wir sind jedoch zu anderen schaltungstechnischen Lösungen gekommen
- Eine weitere Vollröhrenuhr wurde in den USA gebaut, die dazugehörige Internetseite ist aber seit 2008 nicht mehr online
- Nicht zuletzt: Das Projektergebnis sollte die Universität verlassen und praktisch angewendet werden
- Praktischer, kommerzieller Einsatz als Werbeträger
- "Eyecatcher" am Messestand von TIGRIS Elektronik GmbH und X-SPEX-GmbH auf der Fachmesse "Embedded World 2008" in Nürnberg
- Erhebliches Interesse, die Uhr war stets von neugierigen Besuchern umlagert
- Als Referenzfrequenz dient die Netzfrequenz
- Im Mittel sehr stabil bei 50Hz
- Verdoppelung auf 100 Hz mit Diodenbrücke
- Schwingkreis als Filter und Puffer
- Frequenzteiler 100Hz zu 1Hz
- Damit Sekundentakt
- Zählstufen mit binären Flipflops
- Decodierung mit Diodenmatrizen
- Anzeige mit Nixie-Röhren
Die Realisierung
Der Gesamtaufbau.
- Auf einem Messestand ist waagrechte Fläche das knappste Gut
- Daher: Senkrechter Aufbau
- Damit wird auch das Abstellen von Gegenständen auf der viel Wäme abgebenden Uhr verhindert
- Eine senkrechtstehende Uhr ist auch viel besser sichtbar
- Abnehm- bzw. austauschbares Werbebanner
Die Zählstufen.
- Zählen mit binär arbeitenden Flipflops
- Verwendung der speziell für den Einsatz in Computern entwickelten Doppeltriode E92CC
- Spezielle Beschichtung der Kathode vermeidet Rückgang der Emissionsfähigkeit bei Betrieb ohne Anodenstrom
- In einem Flipflop ist zu jedem Zeitpunkt ein Röhrensystem stromlos
- Diese Röhre wurde in großen Stückzahlen von IBM verwendet
- Aber: E92CC ist nicht für Analoganwendungen geeignet
- Brummen und Rauschen sehr hoch
- Daher schneller Produktionsstopp mit dem Vordringen des Transistors in den Computer zu Beginn der 1960-er Jahre
- Heute nur noch schwer zu bekommen
- Wir fanden glücklicherweise im Herbst 2007 eine Kiste mit 267 Röhren E92CC im Keller eines Berliner Schrotthändlers und konnten diese günstig erstehen
- Als Vorbild für die Schaltung der Zählstufen diente das Zähldekadenmodul "775AJ" von Beckman Instruments
- Dieses Modul war in den 1950-er Jahren weit verbreitet
- Im Internet konnte der Schaltplan dieses Moduls gefunden werden
- Anzeige des Zählerstands mit 10 Glimmlampen, die sich hinter einer geschwärzen Folie mit transparent ausgesparten Ziffern befinden
- Es leuchtet jeweils eine der Glimmlampen
- Die Schaltung wurde auf eine Zählweise im 8421-Code vereinfacht
- Die Originalschaltung arbeitet mit einer anderen Codierung, die eine direkte Ansteuerung der Glimmlampen durch die Flipflop-Ausgänge ermöglichte
- Anstelle der Röhren der Originalschaltung wurden die von der Kennlinie her ähnlichen Röhren E92CC eingesetzt
Das zentrales Elemen ist mit V4001A/B aufgebaute Flipflop
Nach dem Einschalten:
- Eines der beiden Röhrensysteme ist stromlos
- Das gegenüberliegende ist bis in die Sättigung ausgesteuert
- Welches Röhrensystem welche Rolle einnimmt ist zufällig
Wir nehmen an, V4001B würde sperren:
- Dann: Anode auf hohem positiven Potenzial
- Dann: Ansteuerung des Gitters von V4001A über R4004
- Damit: V41001A wird bis in die Sättigung ausgesteuert
- Nur noch ca. 20V Spannungsabfall über V4001A
- Damit: Potenzial der Anode von V4001A nur ca. 20V über Potenzial der Kathoden
- Damit: Potenzial des Gitters von V4001B negativ gegenüber Potenzial der Kathoden
- Somit: V4001B sperrt, wie angenommen
Es ist offensichtlich, dass aufgrund der Symmetrie der Schaltung das Sperren von V4001A das Durchsteuern von V4001B bis in die Sättigung erzwingen würde.
Das Flipflop kann nur zwei Zustände einnehmen:
- Beide Röhrensysteme sind durch eine (gleichspannungsgekoppelte) Mitkopplung miteinander verschaltet
- Damit kann die Schaltung nur zwei diskrete Zustände einnehmen
- Sie verhält sich also digital
- Die Elektronenröhren selbst sind jedoch nach wie vor analoge Bauelemente, denn ihre Kennlinien lassen beliebig viele Zwischenzustände zu.
Das Flipflop kann durch einen Puls am Takteingang (über C4001) zum Zustandswechsel gebracht werden
- Wenn es sich zunächst im Resetzustand befindet, wird es infolge des Taktimpulses gesetzt
- Wenn es zunächst gesetzt ist, kippt es infolge des Taktimpulses in den Resetzustand
- Damit kann es zum Zählen verwendet werden
- Hintereinanderschaltung mehrerer Flipflops ermöglicht größere Wortbreiten des Zählers
- Der Ausgang Q wird hierzu mit dem Takteingang der Folgestufe verbunden
- Fallende Flanke am Q-Ausgang wird mit Kondensator differenziert und ergibt negativen Zählimpuls für Folgestufe
Das durch den Takteingang verursachte "Kippen" des Flipflops funktioniert wie folgt:
- Zunächst sei V4001A gesperrt und V4001B in der Sättigung
- Dann liegt die Anode von V4001A auf einem hohen positiven Potenzial
- Die Anode von V4001B liegt dagegen auf etwa 20V über dem Kathodenpotenzial
- Damit ist C4004 mit einer wesentlich höheren Spannung als C4002 aufgeladen*
- Wichtig ist, daß die Dauer des nun folgenden Zählpulses deutlich geringer als die Zeitkonstante aus C4004 und R4009 bzw. C4002 und R4004 ist.
- Nun werde eine fallende Flanke am Takteingang wirksam.
- Diese wird mit C4001 differenziert.
- Damit wird das Potenzial des "unteren Endes" von R4001 innerhalb kürzester Zeit um ca. 40V negativer.
- Diese Potenzialänderung wird, wenn auch abgeschwächt, auch an der Anode der (gesperrten) Röhre V4001A wirksam.
- Über C4004 gelangt sie unmittelbar an das Gitter von V4001B (Die Spannung über C4004 ist im betrachteten Zeithorizont konstant)
- Damit wird auch V4001B gesperrt
- Nun klingt der differenzierte Eingangsimpuls ab
- Das Potenzial der Anoden von V4001A und V4001B (beide gesperrt) wird wieder positiver
- Da die Spannung über C4002 wesentlich geringer als die Spannung über C4004 ist (siehe *) wird das Potenzial des Gitters von V4001A bereits bei einem geringen Potenzialaufbau an der Anode von V4001B soweit positiv, daß es in die Nähe des Kathodenpotenzials kommt
- Damit wird V4001A aufgesteuert, womit das Sperren von V4001B erzwungen wird.
- Das Flipflop hat den Zustand gewechselt.
Aufgrund der Symmetrie der Schaltung ist offensichtlich, dass eine erneute fallende Flanke am Takteingang dazu führt, dass das Flipflop erneut seinen Zustand wechselt.
Das folgende Oszillogramm zeigt das Kippen des Flipflops:
Man erkennt, daß der Prozess des "Kippens" etwa 2 Microsekunden in Anspruch nimmt.
Die Decoder und die Anzeigen.
- Ziffernanzeige mit Nixie-Röhren
- Nixie-Röhren sind gasgefüllt
- Transparente Anode aus Gittergeflecht
- 10 Kathoden, in der Form der Ziffern "0" bis "9"
- An der stromführenden Kathode bildet sich ein Glimmsaum, die Ziffer erscheint orange leuchtend
- Es darf immer nur eine einzige Kathode stromführend sein
- Brennspannung ca. 135V
Die Funktion des Decoders erklärt sich wie folgt:
- Die Zählstufen werden mit einer bipolaren Versorgung von +170 / -130V betrieben
- Damit H-Pegel +50V und Low-Pegel -60V an den Ausgängen der Flipflops.
Es sei zunächst der Zählerstand "000b" = 0 angenommen
- Es wird zunächst die oberste waagrechte Ausgangsleitung der Matrix betrachtet (mit grüner "0" gekennzeichnet)
- Beim Zählerstand "000b" sind die Ausgänge /A, /B,/C und /D auf H-Pegel, +50V.
- Dann sperren die Dioden D4102, D4104, D4106 und D4108.
- Damit gelangt, über R4113, die Hilfsspannung +28V auf das Gitter von V4101A
- Damit wird V4101A aufgesteuert.
- Die Kathode "0" der Nixie-Röhre leuchtet.
Nun wird die zweitoberste waagrechte Ausgangsleitung der Matrix betrachtet (mit grüner "1" gekennzeichnet)
- Der Ausgang A ist auf Low-Pegel, -60V
- Damit leitet D4115
- Damit stellt sich am Gitter von V4101B ein negatives Potential ein
- Damit sperrt V4101B
- Die Kathode "1" der Nixie-Röhre bleibt dunkel
Wenn man nun alle Ausgangsleitungen durchgeht, dann stellt man fest, dass alle durch eine odermehrere leitende Dioden auf negatives Potenzial "gezogen" werden.
Es leuchtet somit nur die Kathode "0" der Nixie-RöhreNun wird der Zählerstand "0001b" = 1 angenommen
- Die oberste waagrechte Ausgangsleitung wird nun, über D4108, auf negatives Potenzial "gezogen", denn der Ausgang /A nimmt nun einen Low-Pegel ein
- Die zweitoberste waagrechte Ausgangsleitung nimmt nun ein Potenzial von +28V ein, denn nun sperrt auch D4115
- Damit leuchtet die Kathode "1" der Nixie-Röhre
- Alle anderen Kathoden bleiben dunkel
Es ergibt sich die folgende Wahrheitstabelle:
Zählerstand (ausschließlich) leuchtende Kathode
0000 0
0001 1
0010 2
0011 3
0100 4
0101 5
0110 6
0111 7
1000 8
1001 9
- Ein "reiner" Binärzähler würde bis "15" zählen
- Bei einer Digitaluhr wird aber nur bis "9", bis "5" oder bis "23" gezählt
- Zum Erzeugen des Rücksetzpulses wird auch noch der Zustand "10" mit der Diodenmatrix ausdecodiert
- Ein Tiefpass unterdrückt störende Impulse, wie sie bei den Schaltvorgängen der Flipflops über die Sperrschichtkapazität der Dioden der Matrix in die Decoderausgänge einkoppelt werden
- Der Tiefpass sorgt auch für eine ausreichende Länge des Resetimpulses, so dass mit Sicherheit alle Flipflops der Zählerkette zurückgesetzt werden
- Ein dem Tiefpass nachgeschalteter Schmittrigger erzeugt einen steilflankigen Resetimpuls mit ausreichendem Pegel
- Ein Carry-Impuls für die Folgestufe braucht nicht erzeugt zu werden, die beim Rücksetzen (und nur da) fallende Flanke des D-Ausgangs wird mit dem Takteingang der Folgestufe verbunden
Der Schmittrigger ist eine dem Flipflop verwandte Schaltung
- Mitkopplung zwischen den Röhrensystemen über R4942 und R4945
- Unsymmetrie in den Spannungsteilerverhältnissen R4942 zu R4943+R4944 sowie R4945 zu R4946 bewirkt definierte Ruheposition
- In der Ruheposition ist V4901A leitend, womit das Sperren von V4901B erzwungen wird
- Ein negativ gerichteter Impuls, der über C4914 eingekoppelt wird, erzwingt, wenn seine Amplitude einen Schwellwert überschreitet, das Sperren von V4901A
- Der sich damit ergebende Ansiteg des Anodenpotenzials von V4901A bewirkt, über R4945, das Aufsteuern von V4901B
- Der Abfall des Anodenpotenzials von V4901B untestützt, über R4942, die V4901A sperrende, Wirkung des eingekopelten Impulses
- Nun klingt der negativ gerichtete Impuls ab. Er erreicht wieder den Schwellwert, bei dem der Schmittrigger zuvor "gekippt" ist
- Der Schmittrigger behält jedoch seinen Zustand bei, da die positiv wirkende Vorspannung des Gitters über R4942 weggefallen ist
- Erst wenn die Spannung des Eingangsimpulses noch weiter zurückgegangen ist, reicht das auch bei leitender Röhre V4901B noch vorhandene Potenzial wieder dazu aus, V4901A erneut aufzusteuern
- Damit wird erneut das Sperren von V4901B erzwungen
Der Schmittrigger bewirkt somit eine Schalthysterese, die sich sehr gut zur Ausfilterung von Störungen eignet
Das folgende Oszillogramm zeigt das Verhalten des beschriebenen Schmittriggers, deutlich ist die Hysterese zu erkennen
- Bei den Zehnerstellen hängt die Resetbedingung davon ab, ob diese für die Anzeige der Stunden oder der Minuten bezw. Sekunden verwendet werden.
- Für die Zählung und Anzeige der Stunden, Minuten und Sekunden werden drei baugleiche Leiterplatten verwendet.
- Mittels Steckbrücken wird die jeweils benötigte Resetbedingung eingestellt.
- Bei der Verwendung für Minuten und Sekunden wird die orange markierte Steckbrücke gesteckt
- Damit Rücksetzen beim Erreichen des Zählerstandes "6"
- Bei der Verwendung für die Stunden wird eine zusätzliche Ausgangsleitung durchgeschaltet, die beiden Matrizen, für die Einer- und für die Zehnerstellen gemeinsam ist.
- Diese decodiert den Wert "24"
- Beim Erreichen des Wertes "24" werden sowohl die Einer- als auch die Zehner-Zählstufen simultan zurückgesetzt
- Zusätzlich: Erzeugung eines Carry-Impulses für die Folgestufe
- Direkte Verbindung mit Ausgang D des Flipflops nicht möglich, da Streukapazität des Anschlusskabels die Funktion des treibenden Flipflops stört
- Daher separate Treiberstufe mit V4304A für Signal mit hinreichend hoher Flankensteilheit
- Ableitung des Signals aus dem Schmittrigger
Die Zeitbasis.
- Netzfrequenz als Referenzsignal
- Verdopplung mit Diodenbrücke
- Pufferung und Filterung mit auf 100 Hz abgestimmten Schwingkreis
- Verändern der Verhältnisse am Schwingkreis bedarf einer Energie in der Größenordnung der im Schwingkreis zirkulierenden Energiemenge
- Kurzzeitige Netzausfälle bis zu einer Periode oder Störimpulse auf dem Netz führen daher zu keiner Gangabweichung
- 100Hz ermöglicht kleinere Drosseln und Kondensatoren im Schwingkreis und erlaubt die bauteilsparende Verwendung dekadischer Zählröhren in der Teilerstufe
- Weiterverarbeitung der Spannung über dem Schwingkreis mit einem Schmittrigger
- Dieser gibt eine Rechteckspannung ab
- Umformung in Nadelimpulse mit Differenzierglied
- Umformung in Sägezahnimpulse zum Anstuern der dakadischen Zählröhre E1T
- Zwei hintereindandergeschaltete Teilerstufen mit E1T
- Schmittrigger am Ausgang zur Erzeugung eines flankensteilen Signals zur Ansteuerung der Zählstufen-Flipflops
- Hochohmige Speisung des Schwingkreises mit hoher Spannung verringert Dämpfung
- Amplitude über dem Schwingkreis ca. 40V Scheitelwert
- Schalter zum Anhalten des Taktes zum Stellen der Uhr
- Prellen des Schalters wird durch nachfolgenden Schmittrigger/Teiler unschädlich gemacht
Das Prinzip der in den Teilerstufen verwendeten Zählröhre E1T
- Die E1T vereinigt die Funktionen Zählen, Speichern und Anzeigen.
- Praktisch die erste integrierte Digitalschaltung der Welt
- Erfunden 1949 von Philips
- Austritt eines bandförmigen Elektronenstrahls aus der Kathode
- Ablenkung des Elektronenstrahls auf eine Schlitzelektode (g4)
- Hinter der Schlitzelektrode liegen die Anode (a2) und der Leuchtschirm
- Wenn der Elektronenstrahl auf eine Öffnung der Schlitzelektrode trifft, gelangt er zur Anode und zum Leuchtschirm
- Dann fließt der höchstmögliche Anodenstrom
- Wenn der Elektronenstrahl zwischen den Öffnungen auf die Schlitzelektrode auftrifft, dann wird nahezu der gesamte Strahlstrom von der Schlitzelektrode aufgenommen, der Anodenstrom erreicht sein Minimum
- Die Position des Elektronenstrahls wird durch die Spannung zwischen den Ablenkplatten D und D' bestimmt
- Mitkopplung durch Verbinden der Ablenkplatte D' mit der Anode a2
- Vergleiche: Mitkopplung bei binärem Flipflop
- Damit ist die Lage des Elektronenstrahls nur dann stabil, wenn er (mit einem bestimmten Versatz) auf ein Loch in der Schlitzelektrode zeigt
- Die Röhre kann daher nur noch 10 voneinander abgegrenzte, diskrete Zustände einnehmen
- Sie verhält sich digital!
- Übergang zwischen den Zuständen durch Zählimpulse an der Ablenkplatte D
- Erkennung eines Überlaufs mit Rücksetzanode a1
- Rücksetzen durch kurzzeitige Unterbrechung des Strahlstroms über externes Monoflop, wenn der Strahlstrom wieder zunimmt wird zuerst die, stabile, Position "a", entspricht "0" erreicht.
- Monopflop erzeugt auch Zählimpuls für Folgestufe
- Über den diskreten Positionen, die der Elektronenstrahl auf dem Leuchtschirm einnehmen kann sind die dazugehörigen Ziffern auf dem Glaskolben der Röhre aufgedruckt. Damit direktes Ablesen des Zählerstandes möglich.
Zur Erklärung wird zunächst der Punkt "a" der Kennlinie betrachtet. Dies ist der stabile Arbeitspunkt, an dem die Ziffer "0" angezeigt wird.
Der Elektronenstrahl zeigt hierbei auf die Öffnung "0" der Schlitzelektrode, jedoch mit einem leichten Versatz im Gegenuhrzeigersinn, also zur "1" hin zeigend (Bezug zu Aufbauskizze)
Der Elektronenstrahl werde nun durch einen externen Einfluss ein wenig im Gegenuhrzeigersinn abgelenkt:
- Damit trifft ein größerer Teil des Strahls auf das Metall der Schlitzelektrode
- Damit nimmt die Schlitzelektrode einen größeren Teil des Strahlstroms auf
- Damit sinkt der Strom aus der Anode a2
- Damit steigt das Potential der Anode a2
- Damit wird auch die Ablenkplatte D', die mit a2 verbunden ist, positiver
- Damit wird der Strahl von dieser mehr angezogen, also wird der ursprünglich angenommenen Ablenkung in Richtung des Gegenuhrzeigersinns entgegengewirkt
Der Elektronenstrahl werde nun durch einen externen Einfluss ein wenig im Uhrzeigersinn abgelenkt:
- Damit trifft ein größerer Teil des Strahls auf die Öffnung der Schlitzelektrode
- Damit nimmt die Schlitzelektrode einen kleineren Teil des Strahlstroms auf
- Damit steigt der Strom aus der Anode a2
- Damit sinkt das Potenzial der Anode a2
- Damit wird auch die Ablenkplatte D', die mit a2 verbunden ist, negativer
- Damit wird der Strahl von dieser mehr abgestoßen, also wird der ursprünglich angenommenen Ablenkung in Richtung des Uhrzeigesinns entgegengewirkt
Der beschriebene Arbeitspunkt ist somit stabil
Nun wird der darauffolgende Kreuzungspunkt der Kennlinie mit der Arbeitsgeraden betrachtet.
Der Elektronenstrahl zeigt hierbei auf die Öffnung "1" der Schlitzelektrode, jedoch mit einem leichten Versatz im Uhrzeigersinn, also zur "0" hin zeigend (Bezug zu Aufbauskizze)
Der Elektronenstrahl werde nun durch einen externen Einfluss ein wenig im Gegenuhrzeigersinn abgelenkt:
- Damit trifft ein größerer Teil des Strahls auf die Öffnung der Schlitzelektrode
- Damit nimmt die Schlitzelektrode einen kleineren Teil des Strahlstroms auf
- Damit steigt der Strom aus der Anode a2
- Damit sinkt das Potential der Anode a2
- Damit wird auch die Ablenkplatte D', die mit a2 verbunden ist, negativer
- Damit wird der Strahl von dieser mehr abgestoßen, also wird die ursprünglich angenommenen Ablenkung in Richtung des Gegenuhrzeigersinns weiter unterstützt
Dieser Arbeitspunkt ist somit instabil.
Durch eine zusätzliche waagrechte Öffnung in der Schlitzelektrode, eine enstsprechende Ausgestaltung der Schlitze in Verbindung mit der Defokussierung des Strahls mit zunehmenden Ablenkwinkel wird ein monotoner Anstieg der Kennlinie bezüglich der Arbeitspunkte erreicht, womit die korrekte Reihenfolge er Zustände im Zählbetrieb sichergestellt ist.
Wie erfolgt nun der Übergang zwischen den Zuständen?
- Ein positiv gerichteter Zählimpuls mit steiler Vorderflanke und definierter Amplitude wird auf die Ablenkplatte D gegeben.
- Die Ablenkplatte D' kann, aufgrund der vorhandenen Streukapazität ihr Potenzial nicht sprunghaft ändern
- Die somit entstehende kurzzeitige Potenzialdifferenz zwischenden Ablenkplatten D und D' bringt den Strahl in die nächstfolgende, stabile Position
- Die langsame Rückflanke des Zählimpulses verhindert eine Rückablenkung des Strahls
- Ein Zählimpuls mit doppelter Amplitude würde den Zählerstand um 2 erhöhen.
- Treppenförmiger Spannungsverlauf an der Verbindung von a2 und D' während des Zählens
Der aufmerksame Betrachter wird feststellen, dass der Zustand "0" fehlt. Dies ist durch die Belastung des Messpunktes mit dem Oszilloskop-Tastkopf bedingt
Das Netzteil.
- Digitale Röhrenschaltungen stellen hohe Ansprüche an die zeitliche Konstanz und die absolute Genauigekeit der Versorgungsspannung
- Daher: Stabilisierung der Anodenversorgungsspannungen +300V, +170V und -130V mit Längsreglern
- Einsatz von Leistungstrioden des Typs 6080 als Längstrioden
- Einsatz von Glimmstabilisatoren 85A2 als Referenzquelle
- Vorbild: Netzteilschaltung von Hewlett-Packard
Das Prinzip.
- Kathode der Verstärkerröhre EF80 wird durch den Glimmstabilisator auf einem konstanten Potenzial von 85V gehalten
- Im Gleichgewichtszustand: Potenzial am Abgriff von P5101 auf 85V minus der verbleibenden negativen Gitterspannung der EF80 von ca. 5V
Es wird angenommen, die Ausgangsspannung sinke, etwa aufgrund einer Erhöhung des Ausgangsstroms, ab
- Dann sinkt auch das Potenzial des Abgriffs von P5101
- Damit sinkt aber auch das Potenzial des Steuergitters der EF80
- Da das Kathodenpotenzial unverändert bleibt, wird das Steuergitter gegenüber der Kathode negativer
- Damit geht der Anodenstrom der EF80 zurück
- Damit steigt das Anodenpotenzial der EF80 an
- Damit steigt auch das Potenzial des mit der Anode der EF80 verbundenen Steuergitters der 6080 an.
- Damit nimmt die Aufsteuerung der 6080 zu
- Dies wirkt dem ursprünglich angenommenen Absinken der Ausgangsspannung entgegen
- Die Spannung am Ausgang bleibt praktisch konstant
- Wenn umgekehrt die Ausgangsspannung, etwa aufgrund eines Anstiegs der Netzspannung, ansteigen würde, würde dies das Potenzial des Steuergitters der EF80 erhöhen und damit den Anodenstrom der EF80 vergößern.
- Damit sinkt aber das Potenzial des Steuergitters der 6080
- Die Aufsteuerung der 6080 geht zurück
- Dem ursprünglich angenommenen Anstieg der Ausgangsspannung wird entgegengewirkt
- Die verwendete Triode 6080 hat einen sehr geringen Innenwiderstand
- Damit geht aber zwingend ein kleiner Verstärkungsfaktor einher
- Damit werden sehr hohe negative Gitterspannungen in der Größenordnung -100V zum Sperren der Röhre benötigt
- Bei einer Ausgangsspannung von +170V müßte das Anodenpotenzial der EF80 auf bis zu 70V sinken können
- Das geht aber mit der vorherigen Schaltung nicht, da das Kathodenpotenzial auf 85V festgelegt ist
- Daher: Umpolung und "Verlegung" der Referenzquelle in den Spannungsteiler-Zweig
- Kathodenpotenzial dann auf 0V
- Die Schaltung der -130V-Versorgung entspricht bis auf wenige Details der Schaltung der +170V-Versorgung, so dass diese hier nicht wiedergegeben ist.
- Sie steht jedoch im Rahmen des Schaltplansatzes zum Download bereit (siehe oben)
- Der Ausgang der Schaltung ist mit der Systemmasse verbunden
- Die Masse der Netzteilschaltung ist dann der -130V-Ausgang
Die Ergebnisse.
- Das statische Verhalten der Schaltungsteile konnte rechnerisch exakt vorhergesagt werden
- Das dynamische Verhalten war jedoch in einigen Fällen erheblich anders als erwartet
- Daher waren noch umfangreiche experimentelle Arbeiten und Optimierungen nötig
- Besonders aufwändig war das Finden und Beheben der Ursache sporadischer Fehlzählungen, wie sie zunächst immer wieder auftraten
- Dies nahm viele Tage in Anspruch
- Der Grund: Zu hohe Amplitude eines Taktsignals führte gelegentlich zum unbeabsichtigten Kippen der "übernächsten" Zählstufe
- Nach Reduzierung der Amplitude absolut zuverlässiges Verhalten
- Die Uhr wurde jedoch pünktlich zur Messe fertig und funktionierte ohne Probleme
- Die Uhr ist seit Februar 2008 bis zum heutigen Zeitpunkt (September 2008) im täglichen Betrieb (mit Ökostrom)
- In dieser Zeit ist nur eine einzige Röhre, eine E92CC im Decoder, ausgefallen









































