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在我小时候的记忆中，所在县城粮油站显示计量白面和大米的电子秤就是使用的辉光数码管。致敬小时候的记忆，寒假制作一个辉光数码灯管，将会用于录制MOOC视频的特色背景动态装饰。
01 辉光数码管
春节前购买的两只IN-12辉光数码管到货了，计划用作MOOC视频前景特色装饰品。这是看到其他短视频中获得的启发。
▲ 图1.1 刚到手还没有捂热乎的辉光数码管
根据 俄文字母表[1] 可以看出上述的型号对应的应该是IN-12B型辉光数码管管。
1.1 辉光数码管简介
在 讲堂军库 IN-12A辉光管时钟 苏联原装辉光管 赛博朋克风格[2] 给出了辉光数码管的一般介绍。
辉光管也叫作阴冷极辉光放电指示管，诞生于50年代左右，由由一家名为 Haydu Brothers Laboratories （海顿兄弟实验室）的小型真空管制造商制造出来，并在1955年被Burroughs Corporation（美国宝来公司）收购之后开始推向市场。
美国宝来公司将这种阴冷极辉光放电指示管命名为NIXIE，这个名字衍生自Numeric Indicator eXperimentalNo. 1的缩写NIX I，虽然后来这种阴冷极辉光放电指示管有很多种名称出现，业界一般统称为阴冷极氖读数管，但是大多数还是以Burroughs Corporation（美国宝来公司）的NIXIE这个名字当做白话统称，因此后来大部分都是用Nixie tube这个词来表示。
▲ 图1.1.1 辉光数码管对应的始终
1.2 IN-12辉光数码管管脚定义
网络上早了半天IN-12辉光管管脚定义未果。在 B站关于IN-12辉光管视频[3] 中看到作者展示了相应的产品说明书。
▲ 图1.2.1 IN-12的外观
下面是视频中产品说明书的内容，可以看到IN-12包括有两种型号：IN-12A，IN-12B两种。他们的管脚分布略有不同。
▲ 图1.2.2 IN-12产品说明书
▲ 图1.2.3 在TB网站下面盒子上的标签
1.3 管脚初步测试
1.3.1 如何识别管脚？
IN-12辉光数码管总共有12个管脚。他们在底部呈顺时针排列。
▲ 图1.3.1 内部管脚1具有白色的标志
使用 绝缘测试仪[4] 所产生的高压（500V）对IN-12的管脚的功能进行测试。使用其中正极连接第一管脚。然后利用其中的负极点击其中其它管脚，可以逐次确定每个引脚对应的数字。沿着顺时针，各个管脚对应的数字如下图所示.
▲ 图1.3.2 辉光数字管管脚定义
1.3.2 辉光管极性
（1）在HIV施加正电压
在HIV 施加正电压，数码施加负电压。串联电阻为50kΩ。施加的电压为+500V，但实际输出的电压为176V。
▲ 图1.3.3 测量电路示意图
▲ 图1.3.4 笔画施加负电压的情况
（2）HIV施加负电压
将施加的电压反过来。通常的串联电阻：50kΩ。
▲ 图1.3.5 施加反向电压之后对应的效果
1.4 辉光管导电特性
1.4.1 导电电流
▲ 图1.4.1 工作电压
1.5 高压模块
驱动辉光管需要+170V的电压。现在春节期间，订购的高压小模块还无法到货，只能将手边已有的直流高压模块进行改装。
下面这个模块可以产生100V的直流电压。根据它核心控制IC的型号UC3843 可以找到它对应的外围反馈回路的分压电阻参数。
▲ 图1.5.1 100V的高压模块
● 分压回路参数：
电位器：10k
电阻：13.7k
下面分压电阻：621Ω
这与实际输出的100V相吻合；
1.5.1 更改分压电阻
现在电路上已经有固有的电阻13.7kΩ，则需要外加电阻：
利用两个51kΩ并联，经过测量为25.21kΩ的电阻。替换原来的10k电位器。此时理论上输出电压应该为：
1.5.2 更换功率器件
改动之后，高压模块工作电流非常大。这说明其中的功率部分出现了击穿。
高压斩波所使用的MOS为 SUP85N10[5] ，它的耐压为100V。所以超过100V，该功率管则会被击穿。
整流肖特基二极管为 SPTS20S100C[6] ，它的耐压等级也是100V。
选择 IRF840[7] 替换原来的MOS管， IRF840的耐压为500V。整流二极管更换成APT60D60B，反向击穿电压600V。
除了前面两个半导体替换之后，将输出滤波电容修改为0.15uF,400V。
▲ 图1.5.2 改造后的高压模块
将IN-12换光管的限流电阻修改为10kΩ，点亮之后，测量高压模块输出电压为158V。
● 高压模块工作条件：
电源：+12V
工作电流：0.2A
▲ 图1.5.3 点亮后的IN-12辉光数码管
02 数码管驱动
2.1 三极管驱动
IN12辉光管的单个数码的电压为176V，电流大约5mA。所以驱动单个辉光管的要求：
- 耐压超过176V；电流超过5mA；
▲ 图2.1.1 三极管驱动辉光管示意图
选择高压小功率三极管MFV13001 驱动辉光管数码管脚，它的最高耐压超过Vceo=400V。对于实验样品实测，Vcbo超过740V， Vceo超过500V。
实际上，经过测试发现选择一些耐压小于170V的三极管，比如 2222， 它的Vcb大约只有150V，仍然可以控制辉光数码管的点亮和熄灭。
实际上，市场上可以购买到的辉光管专用驱动芯片（比如K155ID1，SN&1414dg）它们的输出耐压也远小于170V，实际测试也只有65V左右，但可以用于控制辉光管的点亮与熄灭。
▲ 图2.1.2 K155ID1 辉光管驱动译码芯片
这一点的确出乎我们的意料之外。课件实践才能出真知。
2.2 单片机电路设计
2.2.1 原理图设计
AD\Atmel\NiXieTube\NiXieTube.SchDoc
▲ 图2.2.2 输出控制电路
2.2.2 单面电路板设计
▲ 图2.2.3 单面板的PCB的设计
2.3 运行情况
▲ 图2.3.1 辉光管运行情况
※ 制作总结 ※
为了驱动两个辉光数码管，供有20个数字，使用MEGA32 MCU制作了一个秒表运行驱动电路板。这个辉光将会用于录制MOOC视频的特色背景动态装饰。
▲ 图3.1 制作的数码管
参考资料
[1]
俄文字母表: https://baike.baidu.com/pic/%E4%BF%84%E6%96%87%E5%AD%97%E6%AF%8D%E8%A1%A8/10412399/1/91529822720e0cf37995f3730046f21fbf09aadc?fr=lemma&ct=single#aid=1&pic=91529822720e0cf37995f3730046f21fbf09aadc
[2]
讲堂军库 IN-12A辉光管时钟 苏联原装辉光管 赛博朋克风格: https://new.qq.com/omn/20211026/20211026A0AIV700.html
[3]
B站关于IN-12辉光管视频: https://www.bilibili.com/video/av75976685/
[4]
绝缘测试仪: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120628992
[5]
SUP85N10: https://www.vishay.com/docs/64833/sup85n10.pdf
[6]
SPTS20S100C: https://html.alldatasheet.com/html-pdf/111350/STMICROELECTRONICS/STPS20S100CT/1949/1/STPS20S100CT.html
[7]
IRF840: https://www.chip37.com/scp/IRF840
下载ECAD模型
