Rurka Nixie - Nixie tube

Dziesięć cyfr lampy GN-4 Nixie

Lampa cyfrowa ( angielski: / n ɪ k . E ı / NIK -patrz ) lub wyświetlacz zimnej katody , to elektroniczne urządzenie służące do wyświetlania cyfr lub innych informacji, za pomocą wyładowania jarzeniowego .

Wewnątrz złamanej tuby Nixie

Szklana rurka zawiera anodę z siatki drucianej i wiele katod w kształcie cyfr lub innych symboli. Doprowadzenie zasilania do jednej katody otacza ją pomarańczowym wyładowaniem jarzeniowym . Rurka jest wypełniona gazem pod niskim ciśnieniem, zwykle głównie neonem i często niewielką ilością rtęci lub argonu w mieszaninie Penninga .

Chociaż przypomina rurkę próżniową wyglądem, jego działanie nie zależy termoelektronowej emisji z elektronami z ogrzanego katody. Jest to zatem rura z zimną katodą (forma rury wypełnionej gazem ) i jest odmianą lampy neonowej . Takie rury rzadko przekraczają 40°C (104°F) nawet w najcięższych warunkach pracy w pomieszczeniu o temperaturze otoczenia. Próżniowe wyświetlacze fluorescencyjne z tej samej epoki wykorzystują zupełnie inną technologię – mają podgrzewaną katodę wraz z siatką kontrolną i ukształtowanymi anodami luminoforowymi; Nixies nie mają grzałki ani siatki sterującej, zwykle pojedynczą anodę (w postaci siatki drucianej, której nie należy mylić z siatką kontrolną) i ukształtowane gołe katody metalowe.

Historia

Licznik częstotliwości Systron-Donner z 1973 r. z wyświetlaczem Nixie-tube

Wczesne wyświetlacze Nixie były produkowane przez małego producenta lamp próżniowych o nazwie Haydu Brothers Laboratories i wprowadzone w 1955 roku przez firmę Burroughs Corporation , która kupiła Haydu. Nazwa Nixie została zaczerpnięta przez Burroughsa od „NIX I”, skrótu „Numeric Indicator eXperimental No. 1”, chociaż mógł to być backronim zaprojektowany, aby uzasadnić przywołanie mitycznego stworzenia o tym imieniu . Od lat pięćdziesiątych do lat dziewięćdziesiątych wiele firm wyprodukowało setki wariantów tego projektu. Korporacja Burroughs wprowadziła „Nixie” i była właścicielem nazwy Nixie jako znaku towarowego . Wyświetlacze podobne do Nixie wykonane przez inne firmy miały nazwy handlowe, w tym Digitron , Inditron i Numicator . Właściwym terminem ogólnym jest neonowa rurka odczytowa z zimną katodą , chociaż wyrażenie Nixie tube szybko weszło do języka potocznego jako nazwa ogólna.

Burroughs miał nawet inną lampę Haydu, która mogła działać jako licznik cyfrowy i bezpośrednio napędzać lampę Nixie do wyświetlania. Nazywano to „Trochotronem”, w późniejszej formie znanej jako rura licznika „Beam-X Switch”; inna nazwa to „rurka przełączająca wiązkę magnetronową”, odnosząc się do ich wyprowadzenia z magnetronu z dzieloną anodą . Trochotrony zastosowano w komputerze UNIVAC 1101 , a także w zegarach i licznikach częstotliwości.

Pierwsze trochotrony były otoczone wydrążonym cylindrycznym magnesem z biegunami na końcach. Pole wewnątrz magnesu miało zasadniczo równoległe linie siły, równoległe do osi tuby. Była to termionowa rura próżniowa; wewnątrz znajdowała się centralna katoda, dziesięć anod i dziesięć „szpadelowych” elektrod. Pole magnetyczne i napięcia przyłożone do elektrod sprawiły, że elektrony utworzyły gruby arkusz (jak w magnetronie wnękowym), który trafił tylko na jedną anodę. Podanie na widły impulsu o określonej szerokości i napięciu spowodowało, że blacha przesunęła się na następną anodę, gdzie pozostawała do następnego impulsu wyprzedzającego. Kierunek zliczania był określony przez kierunek pola magnetycznego i jako taki nie był odwracalny. Późniejsza forma trochotronu zwana Beam-X Switch zastąpiła duży, ciężki zewnętrzny cylindryczny magnes dziesięcioma małymi wewnętrznymi magnesami prętowymi ze stopu metali, które służyły również jako elektrody.

Ta rurka Nixie ИН-19А (IN-19A) wyświetla symbole, w tym % i °C.

Rurki do zliczania jarzeniowego, podobne w zasadniczej funkcji do trochotronów, miały wyładowanie jarzeniowe na jednej z kilku głównych katod, widoczne przez górną część szklanej bańki. Większość używała mieszaniny gazów na bazie neonu i liczyła w oparciu o zasadę 10, ale szybsze typy były oparte na argonie, wodorze lub innych gazach, a do pomiaru czasu i podobnych zastosowań dostępnych było kilka typów o podstawie 12 . Zestawy katod „prowadzących” (zwykle dwa zestawy, ale niektóre typy miały jedną lub trzy) pomiędzy katodami wskazującymi przesuwały żarzenie stopniowo do następnej katody głównej. Typy z dwoma lub trzema zestawami katod prowadzących mogą liczyć w obu kierunkach. Dobrze znaną nazwą handlową dla lamp z licznikiem jarzeniowym w Wielkiej Brytanii była Dekatron . Typy z przyłączami do poszczególnych katod wskazujących, które umożliwiały ustawianie stanu lampy na dowolną wartość (w przeciwieństwie do prostszych typów, które można było tylko bezpośrednio zerować lub niewielki podzbiór ich całkowitej liczby stanów), nazwano handlowymi lampami Selectron .

Urządzenia działające tak samo jak lampy Nixie zostały opatentowane w latach 30. XX wieku, a pierwsze masowo produkowane lampy wyświetlaczowe zostały wprowadzone w 1954 roku przez National Union Co. pod marką Inditron. Jednak ich konstrukcja była bardziej prymitywna, ich średnia żywotność była krótsza i nie znalazły wielu zastosowań ze względu na złożone obrzeża.

Projekt

Najpopularniejsza forma rurki Nixie ma dziesięć katod w kształcie cyfr od 0 do 9 (a czasami kropki dziesiętnej lub dwóch), ale są też typy, które pokazują różne litery, znaki i symbole. Ponieważ liczby i inne znaki są ułożone jeden za drugim, każdy znak pojawia się na innej głębokości, nadając wyświetlaczom opartym na Nixie odrębny wygląd. Pokrewnym urządzeniem jest rurka pixie , która wykorzystuje maskę szablonową z otworami w kształcie cyfr zamiast ukształtowanych katod. Niektóre rosyjskie Nixie, np. ИH-14 (IN-14), używały odwróconej cyfry 2 jako cyfry 5, przypuszczalnie w celu zaoszczędzenia kosztów produkcji, ponieważ nie ma oczywistego powodu technicznego ani estetycznego.

ИH-14 (IN-14) Rury Nixie wyświetlające „25”. 5 jest zaimplementowany z odwróconą 2.

Każda katoda może świecić w charakterystycznym czerwono-pomarańczowym neonowym kolorze przez przyłożenie około 170 woltów prądu stałego przy kilku miliamperach między katodą a anodą. Ograniczenie prądu jest zwykle realizowane jako rezystor anodowy o wartości kilkudziesięciu tysięcy omów . Nixie wykazują ujemną rezystancję i utrzymują swój blask zwykle na poziomie od 20 V do 30 V poniżej napięcia uderzenia. Pomiędzy typami można zaobserwować pewne różnice kolorystyczne, spowodowane różnicami w stosowanych mieszaninach gazów. Rury o dłuższej żywotności, które zostały wyprodukowane później na osi czasu Nixie, mają dodaną rtęć w celu zmniejszenia rozpylania, co powoduje niebieski lub fioletowy odcień emitowanego światła. W niektórych przypadkach kolory te są odfiltrowywane przez czerwoną lub pomarańczową powłokę filtracyjną na szkle.

Jedną z zalet tuby Nixie jest to, że jej katody są zaprojektowane typograficznie i ukształtowane tak, aby były czytelne. W większości typów nie są one umieszczane w kolejności numerycznej od tyłu do przodu, ale tak rozmieszczone, aby katody z przodu minimalnie zasłaniały zapaloną katodę. Jednym z takich układów jest 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 od przodu (6) do tyłu (1). Rosyjskie lampy ИH-12A (IN-12A) i ИH-12B (IN-12B) używają układu liczbowego 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 od przodu (3) do tyłu (1), przy czym 5 oznacza górę dół 2. Lampy ИH-12B mają dolny skrajny lewy przecinek dziesiętny między cyframi 8 i 3.

Zastosowania i żywotność

W tym (obnażonym) ZM1210 widoczny jest ułożony układ cyfr w tubie Nixie.
Para lamp wyświetlacza Nixie NL-5441

Nixies były używane jako wyświetlacze numeryczne we wczesnych woltomierzach cyfrowych , multimetrach , licznikach częstotliwości i wielu innych typach urządzeń technicznych. Pojawiły się również w kosztownych cyfrowych wyświetlaczach czasu używanych w placówkach badawczych i wojskowych oraz w wielu wczesnych elektronicznych kalkulatorach biurkowych , w tym w pierwszym: Sumlock-Comptometer ANITA Mk VII z 1961 roku, a nawet w pierwszych elektronicznych centralach telefonicznych . Późniejsze wersje alfanumeryczne w czternasto-segmentowym formacie wyświetlacza znalazły zastosowanie w znakach przylotów/odlotów z lotniska oraz w wyświetlaczach giełdowych . Niektóre windy używały Nixies do wyświetlania numerów pięter.

Średnia żywotność lamp Nixie wahała się od około 5000 godzin w przypadku najwcześniejszych typów do nawet 200 000 godzin lub więcej w przypadku niektórych ostatnio wprowadzonych typów. Nie ma formalnej definicji tego, co stanowi „koniec życia” dla Nixies, z wyjątkiem mechanicznej awarii. Niektóre źródła sugerują, że niepełne pokrycie jarzenia glifów (" zatrucie katody ") lub pojawienie się jarzenia w innym miejscu tuby byłoby nie do przyjęcia.

Lampy Nixie są podatne na wiele trybów awarii, w tym:

  • Proste złamanie
  • Pęknięcia i hermetyczne przecieki uszczelniające umożliwiające przedostawanie się do atmosfery
  • Zatrucie katody uniemożliwiające świecenie części lub całości jednego lub więcej znaków
  • Zwiększone napięcie uderzające powodujące migotanie lub brak świecenia
  • Rozpylanie metalu elektrody na bańce szklanej, blokując katody przed wzrokiem
  • Wewnętrzne przerwy lub zwarcia, które mogą być spowodowane fizycznym nadużyciem lub rozpylaniem

Prowadzenie Nixies poza ich określone parametry elektryczne przyspieszy ich zanik, zwłaszcza nadmiar prądu, który zwiększa rozpylanie elektrod. Kilka ekstremalnych przykładów napylania spowodowało nawet całkowity rozpad katod rurek Nixie.

Zatrucie katod można złagodzić poprzez ograniczenie prądu płynącego przez lampy do wartości znacznie poniżej ich maksymalnej wartości znamionowej, poprzez zastosowanie lamp Nixie wykonanych z materiałów, które unikają tego efektu (np. brak krzemianów i aluminium) lub poprzez programowanie urządzeń do okresowego wszystkie cyfry, aby aktywować się te rzadko wyświetlane.

Jako świadectwo ich długowieczności i sprzętu, który je zawierał, od 2006 r. kilku dostawców nadal dostarcza popularne typy rurek Nixie jako części zamienne, nowe w oryginalnym opakowaniu. Sprzęt z wyświetlaczami Nixie-tube w doskonałym stanie roboczym jest nadal obfity, chociaż większość z nich była używana przez 30-40 lat lub dłużej. Takie przedmioty można łatwo znaleźć jako nadwyżki i uzyskać bardzo niewielkim kosztem. W byłym Związku Radzieckim Nixy były nadal produkowane masowo w latach 80., więc rosyjskie i wschodnioeuropejskie Nixy są nadal dostępne.

Alternatywy i następcy

Inne technologie numeryczny wyświetlaczy jednocześnie w użyciu zawiera podświetlany kolumnowe z folii ( „termometr wyświetla”), światłowodów, z tyłu występ, a krawędź oświetlone LightGuide wyświetla (wszystkie z wykorzystaniem indywidualnych żarowe lub neon żarówek dla oświetlania) Numitron odczyty żarowe żarówki, Panaplex wyświetlacze siedmiosegmentowe i świetlówki próżniowe . Zanim lampy Nixie stały się widoczne, większość wyświetlaczy numerycznych była elektromechaniczna, wykorzystując mechanizmy krokowe do wyświetlania cyfr bezpośrednio za pomocą cylindrów z nadrukowanymi cyframi przymocowanymi do ich wirników lub pośrednio poprzez podłączenie wyjść przełączników krokowych do żarówek wskaźników. Później kilka starych zegarów wykorzystywało nawet rodzaj przełącznika krokowego do sterowania lampami Nixie.

Lampy Nixie zostały zastąpione w latach 70. przez diody elektroluminescencyjne (LED) i próżniowe wyświetlacze fluorescencyjne (VFD), często w postaci wyświetlaczy siedmiosegmentowych . VFD wykorzystuje gorące włókno do emitowania elektronów, siatkę kontrolną i anody pokryte luminoforem (podobne do kineskopu ) ukształtowane tak, aby przedstawiały segmenty cyfry, piksele wyświetlacza graficznego lub całe litery, symbole lub słowa. Podczas gdy Nixie zwykle wymagają do oświetlenia 180 woltów, VFD wymagają do działania jedynie stosunkowo niskiego napięcia, co czyni je łatwiejszymi i tańszymi w użyciu. VFD mają prostą strukturę wewnętrzną, co zapewnia jasny, ostry i niezakłócony obraz. W przeciwieństwie do Nixies, szklana powłoka VFD jest opróżniana, a nie wypełniana określoną mieszaniną gazów pod niskim ciśnieniem.

Do sterowania Nixies dostępne były wyspecjalizowane układy sterowników wysokiego napięcia, takie jak 7441/74141. Diody LED są lepiej przystosowane do niskich napięć, które zwykle wykorzystują półprzewodnikowe układy scalone , co było zaletą w przypadku urządzeń takich jak kalkulatory kieszonkowe, zegarki cyfrowe i ręczne cyfrowe przyrządy pomiarowe. Ponadto diody LED są znacznie mniejsze i mocniejsze, bez kruchej szklanej osłony. Diody LED zużywają mniej energii niż VFD lub lampy Nixie o tej samej funkcji.

Spuścizna

Zegar Nixie z sześcioma lampami ZM1210 firmy Telefunken
Zegarek Nixie na nadgarstku Steve'a Wozniaka , współzałożyciela Apple Inc.

Powołując się na niezadowolenie z estetyki nowoczesnych wyświetlaczy cyfrowych i nostalgiczne zamiłowanie do stylizacji przestarzałej technologii, znaczna liczba entuzjastów elektroniki wykazała zainteresowanie wskrzeszeniem Nixies. Niesprzedane tuby, które od dziesięcioleci leżą w magazynach, są wydobywane i używane, przy czym najczęstszym zastosowaniem są domowe zegary cyfrowe. W czasach swojej świetności Nixies były ogólnie uważane za zbyt drogie do użytku w masowych towarach konsumpcyjnych, takich jak zegary. Ten niedawny wzrost popytu spowodował znaczny wzrost cen, szczególnie w przypadku dużych rur, dzięki czemu produkcja nowych urządzeń na małą skalę ponownie stała się opłacalna.

Oprócz samej lampy, innym ważnym czynnikiem jest obwody stosunkowo wysokiego napięcia niezbędne do napędzania lampy. Oryginalne układy scalone sterowników serii 7400, takie jak sterownik dekodera 74141 BCD , już dawno wyszły z produkcji i są rzadsze niż lampy NOS . Tylko „Integral” na Białorusi wymienia 74141 i jego radziecki odpowiednik K155ID1 jako wciąż w produkcji. Jednak nowoczesne tranzystory bipolarne o wysokim napięciu są teraz dostępne tanio, takie jak MPSA92 lub MPSA42.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki