ニキシー管のカソード側を2SC1815でドライブする方法をご紹介します。

トランジスタを使ったカソードドライバ

一般的にニキシー管のカソードをドライブするためには、ニキシー管のアノード電圧よりも高耐圧なトランジスタを使います。よく使われているのがコレクタ-エミッタ間耐圧が300VのMPSA42です。

このトランジスタを2SC1815に置き換えてみましょう。2SC1815のコレクタ-エミッタ間耐圧は50Vなので、コレクタの電圧が50V以上になってはいけません。そこで、47Vのツェナーダイオードをコレクタ-エミッタ間に入れて、47Vでクランプするようにします。

ツェナーダイオードの精度は5%以下の物を使います。47Vの±5%では実際のばらつきは、45Vから49Vになります。精度は5%以上あると50Vを超えてしまう可能性があります。

アノード電圧を考える

さて、トランジスタがOFFしていてカソードが47Vでクランプされている状態を考えてみましょう。この時、ニキシー管は消灯してほしいです。しかし、ニキシー管にはアノード電圧Vppとカソードでクランプされた47Vとの差の電圧が印加されています。この電位差が大きいとニキシー管が点灯してしまうでしょう。

そこで、アノード-カソード間が何Vだったら、ニキシー管が消灯するのか実験してみました。

ニキシー管のアノードに10kΩの抵抗を入れて、アノード電圧を80Vから200V可変できるようにしました。

ニキシー管が点灯した状態から電圧を下げて完全に消えた時の電圧を測定します。また、逆に、消灯から電圧を上げて完全に点灯した時の電圧も測定します。

上の表が測定結果です。ニキシー管が消灯するためには、アノード-カソード間は121Vよりも低くないといけないことがわかりました。

そこで、消灯時のアノード-カソード間電圧を110Vに設定します。ツェナー電圧の誤差を含んだクランプ電圧は最低45Vです。このため、アノード電圧は110V+45V=155Vと求まります。

先ほどの実験で、ニキシー管が点灯する電圧が138Vだったので、それよりも17V高い155Vあれば余裕で点灯するでしょう。

実験

上の図が実験回路の回路図です。アノード電圧を155Vにして、47Vでクランプした2SC1815でカソードをドライブします。トランジスタのベースをON,OFFして、ニキシー管がON,OFFするか確かめます。

アノードの電源にはNixie DCDCを使います。このDCDCは出力電圧を調整できます。この調整機能を使って今回は155Vに設定しました。

ニキシー管のカソードには、2SC1815と47Vツェナーを接続します。

それでは電源を入れて、ベースの電圧をON,OFFしてみましょう。

おおおお！！トランジスタのON,OFFに合わせて、ニキシー管もON、OFFしましたよ！

2SC1815でもニキシー管がドライブできました。

トランジスタを4つに増やして、1から4まで切り替えてみました。ちゃんと点灯消灯しています。

2SC1815でドライブできました

アノード電圧を155Vといつもの175Vよりも低く設定することで、2SC1815でもニキシー管をドライブできることがわかりました。

ちなみに、トランジスタがOFFしている時のコレクタ電圧が何Vか測定してみたら、29Vでした。ツェナーはもしかしたら不要だったりするのかな？