【参赛】3SJ1J示波管时钟
本帖最后由 两角五分 于 2022-11-21 16:57 编辑(之前不小心把没编辑完的草稿发出来了，现在重新发一次)
本时钟采用3SJ1J型示波管作为屏幕显示，CH32V307国产微控制器作为主控芯片，DS3231作为时钟基准源。具有时钟调电保持功能，可以通过按键修改时间。
设计思路：
3SJ1J说明书
通过3SJ1J示波管的说明书可知，3SJ1J型示波管正常工作时需要在第一第三阳极接入650V直流电，在第二阳极接入30~150V直流电进行电子束聚焦，调制级需要接入-17V~-50V直流电压进行示波管屏幕的辉度调节，如果采用单独电源对示波管进行供电工作量是非常巨大的。由于示波管内阻极高，各个电极上的电流极小，可以采用各电极共用同一个高压电源，通过电阻分压的方式分配各个电极不同的电压。整套时钟系统输入电压我选择了较为常见的12V直流电源，因此需要将12V直流电压升压至800V左右的直流电压，再经过电阻分压供给各个电极。
示波管的偏转电路需要由微控制器驱动DAC芯片再经过放大加至两对偏转板上，通过电场力控制从阴极射出的电子束进行偏转完成想要显示的图像。根据说明书偏转因素与示波管的直径，放大电路的供电电压初步设定为150V直流，该路电压不能使用公共高压通过电阻分压进行供电，应当采用单独的升压电路。
由于示波管的灯丝采用6.3V交流或直流供电，因此需要通过DCDC电路将12V直流输入电压降为6.3V交与灯丝供电。
具体实现：
（注：原理图仅供参考，在实际电路中对部分元件型号参数等进行了修改原理图可能并没有及时更新，例如MOS管型号分压电阻阻值等。）
高压生成电路中电压变换过程为 12V直流->6V高频交流->140V高频交流->840V直流。电路上电后通过STC8G1K08A小型微控制器的PWM产生40KHz方波信号，该信号送至EG3013MOS管驱动芯片使EG3013驱动Q1Q2两个大功率mos管产生一个12V40KHz直流方波。直流方波经过10μF电容C5隔离直流分量将6V40KHz交流方波给与高频变压器，经过6比140高频变压器逆变为140V40KHz交流电压。变压器二次侧经过6倍倍压整流将140V交流电压转换成840V直流电压。
(高频变压器二次侧波形)
通过示波器测得变压器二次侧电压由于振铃现象平均电压比140V较高（峰值甚至到达340V左右）因此倍压整流后电压较之于840V要高许多，而实际输出的电压也会根据负载的大小而发生变化，计算较为困难，因此我在倍压整流电路后的电阻分压电路中增加了RP3、RP4、RP5、RP6四个电位器，调节四个电位器的阻值使得示波管能够得到合适的电压。电位器RP1对应示波管调制极电压，调节它就可以调节示波管的屏幕亮度，电位器RP2对应示波管的第二阳极，作为电子透镜调节RP2就能对电子束进行聚焦使光斑变得更细。在实际使用时我发现经过倍压整流的电压有较大的波动导致成像抖动，因此又在各个电极间并接了几个倍压整流剩下的电容解决了抖动的问题
对于电子管的灯丝供电，我选择了德州仪器公司的TPS54360芯片搭建BUCK降压电路，在德州仪器公司的芯片手册中有该芯片的参考电路，在使用时仅需稍微修改部分元件的参数即可使用。
(安装高压和灯丝驱动板)
以上就是高压生成电路和灯丝驱动电路的具体实现。接下来是偏转板的控制电路
（注：原理图仅供参考，在实际电路中对部分元件型号参数等进行了修改原理图可能并没有及时更新，例如MOS管型号分压电阻阻值等。）
偏转板控制电路相较于高压和灯丝驱动电路较为复杂。示波管两对偏转电极的偏转电压要与第一第三阳极电压接近，最好是在偏转电压为0时，各个偏转板与第一第三阳极等电位。在开始设计时，因为说明书和资料上没有相关介绍，我本以为只要在偏转板上相加相应电压就可以，为了安全没有将高压部分与偏转电路相连接，结果一直调不出来图像，经常是光斑出来后就马上消失。后来在论坛中查找了部分电路图结合实际才发现这个问题。因此，我采取了将输入12V直流通过B1212进行隔离，再通过MAX1771搭建12V转150V Boost升压电路给偏转电路供电，再通过稳压二极管取得75V电压，该电压就接到第一第三阳极保证偏转电压围绕着第一第三阳极电压进行起伏（语文不好，可能解释的不是很清楚请见谅;P ），
MAX1771升压电路所产生的150V电压供给两组差动放大电路，每队放大电路由两个高压三级管组成，其中一个三极管基极接2.5V基准电压另一个接由微控制器控制的DAC芯片，当DAC输出电压为2.5V时，差动放大电路两个集电极之间电压为0V，而集电极与地之间的电压为75V，该对偏转板的相对电压为0V，且偏转板与第一第三阳极电位相等。当DAC输出电压在围绕2.5V波动时，经过差动放大电路放大后即可通过偏转板控制电子束的偏转，产生我们想要产生的图像。
(电子束移动时产生的残影)
在实际测试中我发现由于电子束的移动是连续的，所以电子束从A点到B点的过程中的轨迹也会显示出来，也就是会产生拖影，要去掉这个影子需要在电子束进行移动时增加调制极的负电压，将电子束抑制，不让其移动时继续轰击屏幕，结束移动后打开调制极让光斑直接移动到指定位置。但是之前的电路已经让微控制器的电位处于第一第三阳极的附近，因此我还是使用B1212隔离了一路调制极控制电路，微控制器通过高速光耦进行控制，每当电子束需要移动时微控制器通过光耦控制该电路掐断电子束运动路径，移动结束再放开。至此，基本的电路设计完成，通过微控制器的程序编写即可完成任意图像的显示。
(组装完成)
显示细节
电路较为简单也还存在很多问题，感谢各位老师前辈提供批评建议！
做得真好，程序麻烦也上传一下:lol 真漂亮，前不久刚扔了一个大示波管:( 本帖最后由 两角五分 于 2022-11-21 16:25 编辑
电路板原理图文件因为今天文件上限传不了了每天再发;P 两角五分 发表于 2022-11-21 16:21
电路板原理图文件因为今天文件上限传不了了每天再发
两块板的原理图 文字不如指针有感觉，可以考虑设计个特色图案的表盘 感觉控制显示部分的程序挺难写:L 作品新颖，这就是会玩单片机和编程的优越性。提点意见：因显示屏较小，那5个按钮就太显眼了，建议适当改变外壳形状，并将显示屏单独放在一面，按钮放在侧面。还有如果能换成液晶屏，模拟指针显示，更好玩了。 做得不错... :victory: 要的就是CRT的味道。这里CRT是主角，要凸显它。 太漂亮了。。 很厉害，如果能分享源码就更好了 作品真好，赞一个 没有程序，只有电路图没有任何意义呀:lol 呀美喋 发表于 2023-1-14 14:40
没有程序，只有电路图没有任何意义呀
我觉得这个作品最主要的东西还是硬件电路吧，程序其实很简单的，只要驱动DAC芯片就能控制光斑移动进行显示了，我是按最笨的写法写的驱动那些高级的GUI、WiFi授时一个都没有发出来丢人现眼了就不发了哈哈 好厉害👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻
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