Reloj con Tubos NIXIE

Un desarrollo electrónico que posee múltiples cualidades por ser bonito, delicado y cautivante es, según mi gusto, un reloj construido con los eternos tubos “NIXIE”. Muy lejos de tener esa rigidez fría y recta que ofrecen los números que vemos en cualquier reloj digital (a base de LEDs), los tubos NIXIE se presentan agradables, cálidos, con suaves y curvas líneas, que aparentan guardar mucha sabiduría, acumulada con el paso de los años. Basados en la técnica del gas neón, estas bellezas de la electrónica de todos los tiempos nos servirán para construir un reloj elegante, admirable y por sobre todo, útil para embellecer la sala de nuestro hogar. No creas que viajaremos a un mundo que ya no existe. Síguenos y lo comprobarás.

Muy lejos de caer en el dicho popular de que “todo tiempo pasado fue mejor”, en este artículo veremos una aplicación electrónica que quizás despierte curiosidad e interés en muchos de ustedes. Tecnología que sigue vigente a pesar del paso del tiempo y que, como todo lo que puede ser considerado “arte”, siempre tendrá un espacio y un lugar en el ámbito de trabajo de cualquier desarrollador electrónico. ¿Acaso no conoces los relojes armados con tubos NIXIE? Utiliza cualquier buscador de Internet y descubrirás la belleza que vamos a construir, aquí en NeoTeo, pero antes de comenzar, será bueno que comentemos algunos detalles de funcionamiento de estos dispositivos para empezar a familiarizarnos con ellos, saber cómo se produce “la magia” en su interior para que los números se vuelvan incandescentes y lo más importante de todo, conocer muy bien las tensiones de trabajo necesarias para su funcionamiento.

El tubo NIXIE es, en términos básicos, una lámpara de neón con formato y utilidad específica. Esta lámpara fue el primer tipo de visualizador numérico que ofreció la electrónica y su construcción mecánica es elemental, pero estratégicamente organizada. Posee, en la mayoría de sus versiones populares, un ánodo con forma cilíndrica y múltiples cátodos que se organizan alineados unos tras otros con la forma de símbolos numéricos (del 0 al 9). El ánodo, posee una “ventana” por donde se pueden ver los dígitos y está formada por una fina rejilla que deja ver la formación en línea de los dígitos (lo puedes ver en la imagen superior). Cada uno de estos dígitos posee una conexión individual a la base del tubo y, como cualquier lámpara de neón, al aplicarle una tensión apropiada, se genera una “nube” electrónica resplandeciente y brillante que, en el caso de los tubos NIXIE, se presenta sobre cada dígito activado.

Por tratarse de tensiones continuas (no alternas), las empleadas en estas lámparas (o tubos), la luminosidad se presenta en cada cátodo activado que puede verse sin inconvenientes, aunque sea el último de la hilera, gracias al tamaño, brillo e intensidad de la mencionada “nube” electrónica. Para esto, el ánodo (único) debe estar alimentado con una tensión de entre 150V y 170Volts (o Voltios) y por este circuito “Ánodo – Cátodo” circulará una corriente que, por lo general, siempre es del orden de 1 mili-Amper (o Amperio). Finalizando el circuito, se coloca en la conexión al ánodo una resistencia de unos 33KOhms (33 Mil Ohms) para garantizar la baja corriente a través del circuito que “se cierra”, según el cátodo seleccionado en Tierra o GND de la alimentación. Para cerrar el circuito a GND y provocar el cambio de números al ritmo del reloj, se utilizan por lo general dos métodos: mediante un simple transistor NPN que conmuta y satura su circuito Colector – Emisor llevando la conexión a GND, o mediante la utilización del circuito integrado especialmente diseñado para esta aplicación, el SN74141. Por cualquiera de los dos métodos, el cátodo seleccionado se conecta a GND y el gas neón, encapsulado dentro del tubo, hace su trabajo.

Las maneras de generar los 150V – 170Volts necesarios para el ánodo son muy variadas y todas tienen ventajas y a su vez, factores desfavorables. De todos modos, tú elegirás el método que creas apropiado según los materiales que puedas conseguir, comprar, que ya tengas o que mejor se adapte al tipo de construcción que realices. Para comenzar, una de las posibilidades es utilizar directamente la tensión de red (doblarla con diodos y electrolíticos en caso de tener 110VAC en línea) y mediante un divisor resistivo, extraer los 170Volts necesarios para el funcionamiento a pleno de los tubos NIXIE. Vale recordarte que a la salida de un circuito “doblador”, obtendremos tensión continua.

En el otro caso, cuando tenemos 220VAC en la red, la rectificación y el filtrado directo te brindarán unos 290V – 311 Voltios de tensión continua. Desde allí, con un arreglo resistivo adecuado (como se observa en el primer circuito), obtienes los 170Volts. También, a través de la tensión de red de 110VAC, aquellos que rectifiquen y filtren en forma directa, obtendrán 152Volts, “tensión suficiente para hacer funcionar los tubos dentro de un margen de trabajo seguro y cómodo“. Como dijimos antes, puedes rectificar directamente desde la línea, aunque nosotros aconsejamos el uso de un transformador aislador para poder trabajar “sin conexión galvánica a la red”, como medida de seguridad. Lo mismo ocurre si tienes 220VAC en la línea. Colocas un transformador 220VAC/110VAC, aíslas, rectificas, filtras y obtienes la tensión.

Debes saber que los métodos hasta aquí explicados son de riesgo sanitario si no tienes los recaudos y/o conocimientos suficientes como para trabajar en forma directa con la red eléctrica domiciliaria. Siempre ten presente que NeoTeo no pagará los incendios que puedas provocar por el mal uso de la instalación eléctrica, ni por los daños a tu salud (o terceros) que puedas generar si no tomas las precauciones debidas y/o si no tienes los conocimientos adecuados. En ese caso, pide colaboración de alguien con conocimientos para que te ayude y así evitarás problemas que después lamentarás.

Siguiendo con esto de los transformadores, debemos considerar, como vemos en el gráfico superior, que nuestro reloj tendrá circuitos lógicos en su interior y para ello, necesitaremos tensiones de 5Volts, por ejemplo. En este caso, debemos utilizar otro transformador o tener la suerte de saber construir transformadores y fabricar uno a medida con una salida de 110VAC y otra de 9VAC. Como eso no es tan sencillo y los que se dedican a construir transformadores no se dejarán convencer “tan fácilmente” con nuestras locuras, no tenemos muchas opciones además de usar dos transformadores. Hasta aquí tenemos la configuración más elegante y una de las más seguras, sin embargo, existe otra posibilidad, también con dos transformadores y su conexión está en el próximo gráfico.

Quizás esta también sea muy interesante y confiable, ya que de este modo, te aseguras que en todo momento y con todas las tensiones estarás aislado de la red. Del modo anterior, existe siempre la posibilidad que el transformador 220VAC/110VAC que te vendan no sea en realidad un transformador, sino un simple bobinado con una toma central. Así son la mayoría de estos “transformadores” (auto – transformadores) porque son más sencillos de construir y porque funcionan sin problemas, sin embargo, para esta aplicación, intentamos que lo prioritario sea la seguridad. Por esto, si no tenemos forma de asegurar que estamos ante un “transformador aislador” para la tensión de ánodo, el “Plan B” puede ser la opción recomendada. De todos modos, siempre estamos utilizando dos transformadores.

Como te mencionamos al comienzo, no creas que los tubos NIXIE son cosa del pasado absoluto y se tratan de piezas de museo. Si bien en las tiendas de las pequeñas ciudades no los podrás conseguir, buscando en la web siempre encontrarás algún sitio que los comercialice y no estamos hablando de unidades usadas, sino nuevas a estrenar. Por supuesto, tendrás que tomarte el trabajo de buscar la mejor opción de compra, considerando el precio final, los gastos de envío, la seguridad de la operación y todas esas cosas que intervienen en una compra a través de la web. En mi caso, mi amigo Maiku (luthier, guitarrista, amigo y buena persona),  sin anunciar nada, a los pocos días de haberle comentado mi deseo de conseguir tubos NIXIE, me sorprendió con cuatro unidades Hitachi CD71 como las que ven en las imágenes.

Mi sorpresa y alegría fueron tan grandes que al día siguiente ya estaba buscando toda la información posible sobre esta joya (la lámpara, no Maiku) para comenzar, cuanto antes, con la construcción de mi tan ansiado reloj con tubos NIXIE. La disposición de pines es muy clara y está en los gráficos que te mostramos al inicio, de modo que no tendrás mayores inconvenientes en identificar los pines de la válvula. Excepto que utilices otras, de otros estilos y/o formas.

Te reitero, en mi caso tuve la ocasión de que me obsequiaran (no crean que me las regaló, algo me sacará a cambio), pero ustedes quizás no consigan, o no logren, comprar ese mismo modelo de lámpara. Hay mucha variedad de tubos NIXIE y deberán conseguir al menos, como en nuestro caso, cuatro unidades iguales para mostrar horas y minutos como cualquier reloj de LED tradicional. Si pueden acceder a seis unidades, podrán contar con una versión que incluya un contador de segundos y alcanzar así un reloj más grande y llamativo. Nosotros, realizaremos esta indicación con uno o dos bulbos comunes de neón (no sabemos aún, estamos en proceso de desarrollo) que encenderán al ritmo de los segundos de funcionamiento.

Por lo tanto, para aquellos que puedan conseguir los mismos tubos NIXIE les mostramos y ofrecemos el método que empleamos para realizar una conectividad eficiente y confiable, ya que el CD71 no trae pines rígidos como traían otras válvulas en la antigüedad, que se encastraban en firmes zócalos atornillados a un chasis. Los pines son finos y maleables como si se tratara (o tratase) de una resistencia de carbón tradicional, por lo tanto, debimos construir una base soporte (PCB) para cada lámpara con el objeto de poder ensayarlas en un protoboard o para poder adaptarlas rápidamente a un PCB general que contenga a todas. Otra ventaja que este sistema nos brinda es que si algún día necesitamos los tubos NIXIE para otra aplicación las acciones de soldadura se puedan realizar en la placa de soporte y NO directamente sobre los tubos con el riesgo que puede significar romperlos por cualquier movimiento mal hecho o por un golpe accidental.

La placa está hecha con nuestro clásico y ya conocido DesignSpark PCB 3.0 y siguiendo los pasos que utilizamos en forma habitual con el método de la plancha. Los archivos necesarios para que puedas copiarlos y construirlos tú también (si tienes la suerte de conseguir los mismos) están al final de este artículo y recuerda que te sugerimos construir este tipo de soportes para proteger los tubos y tener mayor libertad al diagramar y realizar la construcción final.

Siempre hablando de esta placa soporte, observarás que tienen un agujero en el centro que dejamos con la intención de ensayar y apreciar de qué modo podría quedar proyectar desde allí abajo una luz LED de color azul, como tantos modelos que hemos visto en la web y nos han deslumbrado por su belleza y buen gusto. Ya tenemos los tubos, ya tenemos todas las opciones de alimentación, ahora sólo nos falta seleccionar el circuito apropiado y pensar en un modelo de gabinete (o construcción mecánica final) atractivo y acorde a nuestra personalidad donde se vea reflejada la belleza de lo que será nuestro reloj de tubos NIXIE.