Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver (Algemeen)

door Otto @, Drenthe, 23-03-2025, 11:17 (8 dagen geleden)
Gewijzigd door Otto, 23-03-2025, 11:24

Naar aanleiding van de discussie door Ben opgestart, ben ik eens gaan kijken of het niet mogelijk zou zijn om een vervanger voor de 74141 te kunnen maken die je direct in de op de plek van het origineel zou kunnen steken. Het idee is dan om daarvoor zo'n DIL stekker te gebruiken:

[image]

Er is tegenwoordig super klein SMD-spul te krijgen. Ik heb daarom gekeken of het mogelijk zou zijn om een klein printje op de DIL-adapter te plaatsen met daarop vervangende elektronica voor de 74141. Ik denk dat het moet lukken met een CD4028 (of M74HC4028) in TSSOP behuizing:

[image]

Het voordeel van dit IC, is dat het positieve uitgangen heeft. Daarmee zou je dus direct een transistor aan kunnen sturen. Om te voorkomen dat het printje volloopt met weerstanden, kies ik daarvoor de NHUMD12. Dat zijn vier transistoren met ingebouwde weerstanden in één behuizing. Aan de uitgangen heb ik ook diodes toegevoegd die de boel beschermd tegen inductieve leidingen. Ook deze diodes hebben vier stuks in één behuizing.

Ik ben even een paar uurtjes met Kicad wezen spelen, en kom tot het volgende printje:

[image]

De diodes zitten daarbij aan de onderkant.

Nu heb ik nog wel wat vragen. De 74141 mag maximaal 60 volt op de uitgang hebben, als het bijbehorende cijfer uit is. Ik dacht dat nixie-buizen altijd met een hogere spanning worden gevoed. Blijkbaar zal het niet aangestuurde cijfer niet naar de "plus drijven". Heeft iemand daar een verklaring voor? Als dat geen probleem is, voldoet de vervanger ruim aan de specificaties voldoen. Zowel de NHUMD12 als de diodes zijn gespecificeerd tot 80 V.

Er zou ook een vergelijkbaar printje voor de HP-1820-0092 kunnen worden gemaakt. Er moet dan een viervoudige inverter worden toegevoegd. waarschijnlijk zal dat wel passen aan de onderkant:

[image]

Alle feedback is welkom.

Otto

P.S. ik heb zelf geen apparatuur meer met Nixie-buizen, dus ik ben niet van plan om printjes te gaan maken. Ieder die het wil gebruiken, kan t.z.t. de ontwerpfiles van Github halen.

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door henk vdb @, Breda, 23-03-2025, 11:52 (8 dagen geleden) @ Otto
Gewijzigd door henk vdb, 23-03-2025, 11:53

Mooi Ontwerp Otto! :)

Zou je eens wat over Kicad kunnen schrijven? Hoe is je persoonlijke ervaring voor wat betreft leercurve, duidelijkheid van de functies e.d.? Is het te doen voor wie nog geen ervaring heeft met dergelijke programma's?

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Otto @, Drenthe, 23-03-2025, 15:09 (8 dagen geleden) @ henk vdb

Zou je eens wat over Kicad kunnen schrijven? Hoe is je persoonlijke ervaring voor wat betreft leercurve, duidelijkheid van de functies e.d.? Is het te doen voor wie nog geen ervaring heeft met dergelijke programma's?

Hallo Henk, dat lijkt me meer iets voor een aparte thread, anders gaan hier twee discussies door elkaar lopen.

Otto

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Otto @, Drenthe, 23-03-2025, 13:47 (8 dagen geleden) @ Otto

Om te voorkomen dat het printje volloopt met weerstanden, kies ik daarvoor de NHUMD12. Dat zijn vier transistoren met ingebouwde weerstanden in één behuizing.

Oeps, dat moet zijn 'twee transistoren in één behuizing'

Aan de uitgangen heb ik ook diodes toegevoegd die de boel beschermd tegen inductieve leidingen. Ook deze diodes hebben vier stuks in één behuizing.

Hier kan het woordje 'ook' weg.

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door corne @, Omgeving Eindhoven, 23-03-2025, 13:54 (8 dagen geleden) @ Otto
Gewijzigd door corne, 23-03-2025, 13:56

Hallo Otto,

Mooi ontwerp.

Ik heb echter een opmerking:

De 74141 wordt vaak door TTL IC's aangestuurd, deze hebben maar een gegarandeerd hoog nivo van 2.4V en de CD4028B heeft typisch 3.5V op de ingangen nodig voor een hoog nivo.
Dit kan betrouwbaarheids problemen gaan geven, ik praat hier uit ervaring.
Door 10k pullups naar 5V op de ABCD ingangen van de CD4028B te zetten kun je dit oplossen.

Hopelijk heb je nog ruimte op dit kleine printplaatje voor de weerstanden.

M.v.g.
Corné

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Otto @, Drenthe, 23-03-2025, 15:26 (8 dagen geleden) @ corne
Gewijzigd door Otto, 23-03-2025, 15:28

De 74141 wordt vaak door TTL IC's aangestuurd, deze hebben maar een gegarandeerd hoog nivo van 2.4V en de CD4028B heeft typisch 3.5V op de ingangen nodig voor een hoog nivo.
Dit kan betrouwbaarheids problemen gaan geven, ik praat hier uit ervaring.
Door 10k pullups naar 5V op de ABCD ingangen van de CD4028B te zetten kun je dit oplossen.

Hallo Corné,

Dat klopt, even niet aan gedacht. Gaat het altijd werken met pull-ups? Anders denk ik meer aan 74HCT-buffers:

[image]

Mooie bijkomstigheid is dat als je de 74HCT08 vervangt door een 74HCT00, het schema voor de HP-1820-0092 past. (Uiteraard moet dan nog wel de pin-out worden aangepast).

Otto

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door corne @, Omgeving Eindhoven, 23-03-2025, 16:00 (8 dagen geleden) @ Otto

Hallo Otto,

Voor mijn toepassingen hebben pullups alijd gewerkt.
De oplossing met de 74HCT08/00 is de betere oplossing dan heb je een nivo aanpassing zoals het hoort.

Corné

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Otto @, Drenthe, 24-03-2025, 19:35 (7 dagen geleden) @ Otto

De 74141 wordt vaak door TTL IC's aangestuurd, deze hebben maar een gegarandeerd hoog nivo van 2.4V en de CD4028B heeft typisch 3.5V op de ingangen nodig voor een hoog nivo.
Dit kan betrouwbaarheids problemen gaan geven, ik praat hier uit ervaring.
Door 10k pullups naar 5V op de ABCD ingangen van de CD4028B te zetten kun je dit oplossen.


Hallo Corné,

Dat klopt, even niet aan gedacht. Gaat het altijd werken met pull-ups? Anders denk ik meer aan 74HCT-buffers:

[image]

Intussen de layout ook aangepast met de 74HCT08:

[image]

Past na wat gepuzzel nog steeds.

Otto

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door electron @, eindhoven, 23-03-2025, 16:29 (8 dagen geleden) @ Otto
Gewijzigd door electron, 23-03-2025, 16:42

@Otto- nooit toe gekomen die 1e am-zender print van je te bestellen- echt pracht ontwerp..!

Zo'n dil stekker is goed begin (reichelt..?). SMD ben ik niet dol op- loop al tegen de 80j.
Heb hier kleine desktop PC waar ik bios chip van kwijtraakte (5x5mm) en een 10k-R (1mm groot).:-(

gemeten 5750 nixie: ON= 139v(-2v) @1.1mA (vce= 2v)
OFF= volgens 1e grafiek behoort dan naar 100v te gaan (V+ =>170v).
vraag: kunnen zener diodes gegraderen van 100v naar 40v..?
begrenzing (zover ik weet= zenerdiodes): K155ID1= 100v, 74141= 60v.

inductie is niet het probleem, begrenzing op minimaal 60v wel- daarom mpsa42 of zeners!
denk dat je op ebay geld kan verdienen met zo'n zelfbouw kitje (printje +onderdelen).:-)

We komen tijd tekort.. lang geleden dat ik met logica werkte.
Ik ben beetje bekend met LTSpice, MicroCap, en Falhttps://www.falstad.com/circuit/
laatste kun je zelf Logica mee nabootsen (opslaan +laden op je pc als txt bestand)- plaatje onder: decoder vd. 74141.

Groet, Ben@

[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door henk vdb @, Breda, 23-03-2025, 17:16 (8 dagen geleden) @ Otto

Er zijn wel decoderingsverschillen voor input BOVEN 1001. Dat KAN in sommige gevallen uitmaken, zie volgende waarheidstabellen en beschrijvingen:

74141:

[image]
[image]

CD4028:

[image]
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Otto @, Drenthe, 23-03-2025, 20:33 (8 dagen geleden) @ henk vdb

Er zijn wel decoderingsverschillen voor input BOVEN 1001. Dat KAN in sommige gevallen uitmaken, zie volgende waarheidstabellen en beschrijvingen:

In mijn datasheet staat gewoon dat er boven de negen alle uitgangen laag zijn. Misschien het verschil tussen de CD4028 en de CD4028B?

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door henk vdb @, Breda, 23-03-2025, 21:27 (7 dagen geleden) @ Otto

Mijn knipsel komt uit de datasheet van een CD4028B van National Semiconducter.

Ondertussen heb ik een datasheet van een CD4028B van Texas Instruments die inderdaad wel dezelfde waarheidstabel als de 74141 heeft....

PFFFFF....echt DUIDELIJKE verschillen in gedrag bij verschillende merken dus, maar WEL iets om rekening mee te houden. En dan degenen die op die chinese uitverkoopsites kopen, die hebben helemaal geen idee wat ze krijgen en een SMD IC even testen is niet voor iedereen even te doen.

Een HEF4028B heeft dezelfde tabel als de TI CD4028B.

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door electron @, eindhoven, 23-03-2025, 22:03 (7 dagen geleden) @ henk vdb

DIL package kun je gemakkelijk testen met XGPro programmer. Hier uitkomst van hef4028b:
Ben@

[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door henk vdb @, Breda, 23-03-2025, 22:17 (7 dagen geleden) @ electron

En wat gebeurt er boven 1001 ?

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door henk vdb @, Breda, 23-03-2025, 22:06 (7 dagen geleden) @ henk vdb
Gewijzigd door henk vdb, 23-03-2025, 22:30

Ook Fairchild heeft in de datasheets dezelfde afwijkende tabel als National Semiconductor. En deze twee merken hebben t.o.v. de anderen ook een NET iets ander inwendig poortschema in de datasheets.

Het is dus merkafhankelijk. Zolang er geen codes boven 1001 aangeboden worden geen probleem, maar er is geen garantie dat er geen ontwerpen zijn die WEL boven de 1001 komen en dan kunnen digits 8 of 9 dus aangestuurd worden als je een Fairchild, National Semiconductor, of misschien nog sommige andere merken toepast.

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Otto @, Drenthe, 24-03-2025, 19:32 (7 dagen geleden) @ henk vdb

Ook Fairchild heeft in de datasheets dezelfde afwijkende tabel als National Semiconductor. En deze twee merken hebben t.o.v. de anderen ook een NET iets ander inwendig poortschema in de datasheets.

Het is dus merkafhankelijk. Zolang er geen codes boven 1001 aangeboden worden geen probleem, maar er is geen garantie dat er geen ontwerpen zijn die WEL boven de 1001 komen en dan kunnen digits 8 of 9 dus aangestuurd worden als je een Fairchild, National Semiconductor, of misschien nog sommige andere merken toepast.

Hallo Henk,

Ik denk dat de codes boven de b1001 ook kunnen worden gebruikt om de "leading zeroes" te onderdrukken.

Ik heb nog even rondgekeken, maar uiteindelijk is de soep niet zo heet als die word opgediend. Jouw gevonden Fairchild en National Semiconductor zijn echt oudjes en zijn niet eens beschikbaar in de door mij gebruikte TSSOP-16 behuizing. Voor mijn ontwerp wordt de CD4028BPWR gebruikt en dat is de enige in de TSSOP-16 behuizing (door TI gemaakt). Als je toch nog alternatieven vindt in TSSOP-16, maar met de "foute" tabel, dan hoor ik het graag.

Otto

P.S. voor degene die de schakeling willen nabouwen met conventionele onderdelen, is het wel opletten om de juiste CD4028 te selecteren.

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Onno-I @, 23-03-2025, 20:16 (8 dagen geleden) @ Otto
Gewijzigd door Onno-I, 23-03-2025, 21:05

Er is tegenwoordig super klein SMD-spul te krijgen. Ik heb daarom gekeken of het mogelijk zou zijn om een klein printje op de DIL-adapter te plaatsen met daarop vervangende elektronica voor de 74141. Ik denk dat het moet lukken met een CD4028 (of M74HC4028) in TSSOP behuizing:

Geniaal idee!

Het voordeel van dit IC, is dat het positieve uitgangen heeft. Daarmee zou je dus direct een transistor aan kunnen sturen.

Of je neemt een decoder met negatieve uitgangen en stuurt op de emitters. Dat heeft het voordeel dat van de meeste transistoren Ucbo hoger is dan Uceo zodat de kans op doorslag (een klein beetje) kleiner is.
Dan heb je ook een 74hct42 als mogelijkheid?

Om te voorkomen dat het printje volloopt met weerstanden, kies ik daarvoor de NHUMD12.

Daar heb je een punt, bij emittersturing heb je per transistor een weerstand. Hoewel... misschien kan het met 1 gemeenschappelijke.


Nu heb ik nog wel wat vragen. De 74141 mag maximaal 60 volt op de uitgang hebben, als het bijbehorende cijfer uit is. Ik dacht dat nixie-buizen altijd met een hogere spanning worden gevoed. Blijkbaar zal het niet aangestuurde cijfer niet naar de "plus drijven". Heeft iemand daar een verklaring voor? Als dat geen probleem is, voldoet de vervanger ruim aan de specificaties voldoen. Zowel de NHUMD12 als de diodes zijn gespecificeerd tot 80 V.

De anode van de nixie hangt op +90V, de brandspanning. De ontsteekspanning is typisch 110-120V. De overige kathodes "zweven" dus. Ik vermoed dat in het gas een negatieve lading hangt waardoor de andere kathodes niet snel zullen ontsteken.
Zolang er 1 cijfer wordt aangestuurd, zijn dus de andere cijfers vrijwel spanningsvrij en krijgen niet meer dan 90V als er in het gas iets van geleiding naar de anode is. Alleen bij het overschakelen is er een risico van piekjes.

Je ziet in oude (discrete) nixieschakelingen dat er transistoren worden gebruikt die 60-90V kunnen hebben. Dat werkt blijkbaar. Maar.. die schakelingen bevatten wel allerlei extra weerstanden die je nu niet wilt, of ook een clamping rail op 100V waar 10 weerstanden naartoe gaan.

Dat moet de reden zijn waarom bij de overgang van 7441 naar 74141 die zeners zijn toegevoegd.

Nog een idee: is er een TSSOP versie van de ULN2003/2004 resp. 2803/2804? Die bevatten 7 resp. 8 transistoren die (correctie!) 50V aankunnen. Ze zijn bedoeld voor relaissturing. Ik heb die eens toegepast om nixies aan te sturen. Vanaf elke transistor gaat een clampingdiode naar "+" aansluiting van het IC. Ik heb daar een 48V zener aan gehangen die zorgde dat de uitgangen niet boven (correctie) 50V uitkwamen. Werkte goed. Als je maar 1 zener nodig hebt, kun je een through-hole zener gebruiken.


Er zou ook een vergelijkbaar printje voor de HP-1820-0092 kunnen worden gemaakt. Er moet dan een viervoudige inverter worden toegevoegd. waarschijnlijk zal dat wel passen aan de onderkant:

Naar mijn idee is het mogelijk om met slechts 1-2 inverters en 2 diodes de BCD-input aan te passen, als je de uitgangen van je decoder omwisselt. idee is: D inverteren en uitgangen wisselen zodat uitgangen 0-7 de cijfers 7-0 aansturen.
Dan: als D " 0" is, ingangen B en C laag trekken via 2 diodes. Dat kan met TTL-ingangen direct, met CMOS moet je nog een pull-up weerstand per ingang toevoegen.
... met de CD4028 is het simpeler dan met een 7442:
De posting van Henk vdb laat zien dat de CD4028 de uitgangen 8 en 9 ook aanstuurt als D hoog is en B en C "1" zijn ipv "0". Je moet alleen de 9 aansturen met de 8 en andersom.
Je kunt een CD4028 dus aansturen met alleen een inverter in de D-lijn. Helpt dat? je zou een IC vervangen door een transistor + 2 weerstanden.

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door electron @, eindhoven, 23-03-2025, 21:42 (7 dagen geleden) @ Otto
Gewijzigd door electron, 23-03-2025, 22:30

ik denk dat ik tzt. gewoon een K155ID1 en 7404 aan elkaar plak.
En van 0h-5h zijn de outputs UIT- dus no problems.
is voor mij de simpelste oplossing- geen smd's of weerstanden nodig.
met smd's is wel elegant- maar lastig- print maken is dan noodzaak- moet ik uitbesteden.
dank voor het meedenken- allen.
Groet, Ben@

ps. begrijp alleen nog niet hoe paarsgewijs 2 cathoden aangestuurd worden bij een defecte hp-0092 driver (rtl).
uit falstad.com:
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door electron @, eindhoven, 24-03-2025, 21:44 (6 dagen geleden) @ Otto
Gewijzigd door electron, 24-03-2025, 22:02

@Otto, Als een cathode wordt aangestuurd (vce= 0v)-
dan willen de overige cathoden naar 175v sweven (electronen= ruimte ladingen).
tenzij ze geclampt worden naar 60 of 100v met een zener diode.
dus die diodes (MMBD4448HADW) vervangen door zener diodes anders kunnen de overige transistors doorslaan!
Bij 'blanking' is kans nog groter!
Ben@
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Otto @, Drenthe, 25-03-2025, 19:41 (6 dagen geleden) @ electron

@Otto, Als een cathode wordt aangestuurd (vce= 0v)-
dan willen de overige cathoden naar 175v sweven (electronen= ruimte ladingen).
tenzij ze geclampt worden naar 60 of 100v met een zener diode.
dus die diodes (MMBD4448HADW) vervangen door zener diodes anders kunnen de overige transistors doorslaan!

Hallo Ben,

Ik ga uit van de datasheet van de 74141:

[image]

Daar zitten ook geen zeners over de uitgangen. En de maximale spanning over de collector is 60 volt. Op hoge spanning staat er een "reverse current" van 50 micro-ampères gespecificeerd. Het "doorslaan" van de transistoren, hoeft niet niet te betekenen dat die stuk gaat. Alles gaat over het vermogen dat wordt gedissipeerd. Ik denk dat het vermogen van het afvoeren van de ruimtelading te gering is om de transistor te beschadigen.

Bij 'blanking' is kans nog groter!

Bij de 74141 is de gespecificeerde stroom dan ook maar 5 tot 15 micro-ampères.

Maar goed, ik zal het ontwerp zoals die nu is verder compleet maken, en beschikbaar stellen op het internet. Een ieder die het een keer wil proberen, kan dan de printjes zelf maken. Het ontwerp verder uitwerken mag natuurlijk ook.

Otto

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Onno-I @, 25-03-2025, 20:54 (6 dagen geleden) @ Otto
Gewijzigd door Onno-I, 25-03-2025, 21:05

Otto,
Formeel is het symbool in je plaatje vandaag de dag een Schottky diode. Maar ik denk dat een zener in het schema van de 74141 is bedoeld?
De andere tekening in het Texas datasheet toont schuine streepjes (zener)
mvg Onno

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door electron @, eindhoven, 25-03-2025, 23:29 (5 dagen geleden) @ Otto

Zit toch echt een Zener in hoor. Lees ook glowbug.nl. Clampen kan vanaf 40v.
Maar goed- maakt mij niet uit- ik ga toch niet met smd werken.
Ben@
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Otto @, Drenthe, 26-03-2025, 17:42 (5 dagen geleden) @ electron

Zit toch echt een Zener in hoor. Lees ook glowbug.nl. Clampen kan vanaf 40v.
Maar goed- maakt mij niet uit- ik ga toch niet met smd werken.
Ben@
[image]

Dank voor het verder uitzoeken, Ben. De datasheets zijn inderdaad niet erg consistent.

Otto

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door Otto @, Drenthe, 26-03-2025, 19:46 (5 dagen geleden) @ Otto

Toch er nog even voor gaan zitten. De BZB84 is een dubbele zener in een SOT-23 behuizing. Nu leek me de SOT-23 wat te groot voor het printje, maar zie, het past toch nog:

[image]

[image]

Otto

--
Ohm sweet Ohm...
[image]

Ontwerp vervanger 74141 Nixie driver

door electron @, eindhoven, 26-03-2025, 22:48 (4 dagen geleden) @ Otto

Zier er goed uit Otto. Maar je weet SMD betekent speciaal gereedschap en printen uitbesteden.

Uit- C.Online: Ghosting is het na/oplichten van een niet aangestuurd segment of cijfer.
De zener houdt het niet aangestuurde segment of cijfer op 60v, zodat het niet kan oplichten.

Off Topic: Overschrijding vcb0:
Ik ben met je eens dat je die mag overschrijden met zeer gering vermogen.
Denk wel dat de transistor op den duur hierdoor negatief be-invloed wordt.
Bij bipolair en waarschijnlijk jfets schijnt het te kunnen- maar mosfets gaan toch meestal dood.
Je kunt de vcb0 meten met een scoop:
serie-weerstand van 10Mohm, Spanning opdraaien tot je spikes gaan zien.
Tektronix heeft een schakeling (met 1 transistor) die telkens doorslaat en daarmee pico seconden pulsen
afgeeft. Heb ik gebouwd om TDR- kabel reflecties te meten.

Ben@

[image]

powered by my little forum