Никси трубка

«Дигитрон» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о компании, производящей калькуляторы, см. Digitron (компания) .

Десять цифр трубки Никси GN-4.

трубка Никси- ( Английский: / ˈ n ɪ k . s iː / NIK -см. ), или дисплей с холодным катодом , — электронное устройство, предназначенное для отображения цифр или другой информации с помощью тлеющего разряда .

Внутри сломанной трубки Никси

Стеклянная трубка содержит анод из проволочной сетки и несколько катодов , имеющих форму цифр или других символов. Подача питания на один катод окружает его оранжевым тлеющим разрядом . Трубка заполнена газом низкого давления, обычно в основном неоном и небольшим количеством аргона в смеси Пеннинга . В более поздних никси, чтобы продлить срок службы устройства, небольшое количество ртути добавляли , чтобы уменьшить отравление катода и распыление .

виду он напоминает вакуумную лампу , его работа не зависит от термоэлектронной эмиссии электронов Хотя по внешнему с нагретого катода. Следовательно, это трубка с холодным катодом (разновидность газонаполненной трубки ) и вариант неоновой лампы . Температура таких трубок редко превышает 40 °C (104 °F) даже в самых тяжелых условиях эксплуатации в помещении при температуре окружающей среды. Вакуумные флуоресцентные дисплеи той же эпохи используют совершенно другую технологию — у них есть нагретый катод вместе с управляющей сеткой и фасонные люминофорные аноды; Никси не имеют нагревателя или управляющей сетки, обычно имеют один анод (в виде проволочной сетки, не путать с управляющей сеткой) и профилированные катоды из голого металла.

История

Частотомер Systron-Donner 1973 года с дисплеем на лампе Никси

Никси-лампы были изобретены Дэвидом Хагельбаргером. Первые дисплеи Nixie были изготовлены небольшим производителем электронных ламп Haydu Brothers Laboratories и представлены в 1955 году. корпорацией Burroughs , которая приобрела Haydu. Название Никси было получено Берроузом от «NIX I», аббревиатуры от «Экспериментальный числовой индикатор № 1». хотя, возможно, это был бэкроним, призванный оправдать появление мифического существа с этим именем . Сотни вариаций этой конструкции выпускались многими фирмами с 1950-х по 1990-е годы. Корпорация Берроуз представила «Nixie» и владела именем Nixie в качестве товарного знака . Дисплеи, подобные Nixie, производимые другими фирмами, имели названия торговых марок, включая Digitron , Inditron и Numicator . Правильный общий термин — неоновая считывающая трубка с холодным катодом , хотя фраза « трубка Никси» быстро вошла в обиход как общее название.

У Берроуза даже была еще одна трубка Хайду, которая могла работать как цифровой счетчик и напрямую управлять лампой Никси для отображения. Это называлось «Трохотрон», в более поздней форме, известное как счетчиковая трубка «Переключатель луча-X»; другое название было «магнетронная трубка переключения луча», имея в виду их происхождение от магнетрона с разделенным анодом . Трохотроны использовались в компьютере UNIVAC 1101 , а также в часах и частотомерах.

Первые трохотроны были окружены полым цилиндрическим магнитом с полюсами на концах. Поле внутри магнита имело по существу параллельные силовые линии, параллельные оси трубки. Это была термоэлектронная вакуумная лампа; внутри находились центральный катод, десять анодов и десять «лопаточных» электродов. Магнитное поле и напряжения, приложенные к электродам, заставляли электроны образовывать толстый слой (как в магнетроне с резонатором), который попадал только на один анод. Подача на лопатки импульса заданной ширины и напряжения приводила к продвижению листа к следующему аноду, где он оставался до следующего импульса продвижения. Направление счета определялось направлением магнитного поля и поэтому не было обратимым. Более поздняя форма трохотрона, названная Beam-X Switch, заменила большой и тяжелый внешний цилиндрический магнит десятью маленькими внутренними стержневыми магнитами из металлического сплава, которые также служили электродами.

Никси-лампа ИН-19А (ИН-19А) отображает символы, в том числе % и °С.

Счетные трубки с тлеющим переносом, по своей сути схожие с трохотронами, имели тлеющий разряд на одном из нескольких основных катодов, видимый через верхнюю часть стеклянной колбы. Большинство из них использовали газовую смесь на основе неона и считали в 10-й системе счисления, но более быстрые типы были основаны на аргоне, водороде или других газах, а для хронометража и аналогичных приложений было доступно несколько типов с 12-й базой. Наборы «направляющих» катодов (обычно два набора, но в некоторых типах их было один или три) между индикаторными катодами ступенчато перемещали свечение к следующему основному катоду. Типы с двумя или тремя наборами направляющих катодов могли считать в любом направлении. хорошо известным торговым названием для счетчиков тлеющего переноса В Соединенном Королевстве было Dekatron . Типы с подключением к каждому отдельному индикаторному катоду, которые позволяли предварительно устанавливать любое значение состояния лампы (в отличие от более простых типов, которые можно было напрямую сбросить только до нуля или небольшого подмножества их общего количества состояний), назывались Selectron трубками .

По крайней мере одно устройство, действовавшее так же, как лампы Никси, было запатентовано в 1930-х годах. . Примерно в начале 1950-х годов компания Northrop и другие подали ряд соответствующих патентов, а первые кинескопы массового производства были представлены в 1954 году компанией National Union Co. под торговой маркой Inditron. Однако конструкция первых Индитронов была более грубой, чем у более поздних Никси, из-за отсутствия общей анодной сетки, поэтому неосвещенные цифры удерживались под анодным напряжением и функционировали как эффективный анод. Их средний срок службы был короче, и им не удалось найти много применений из-за сложных потребностей в приводах.

Дизайн

Самая распространенная форма трубки Никси имеет десять катодов в форме цифр от 0 до 9 (а иногда и десятичной точки или двух), но есть также типы, на которых изображены различные буквы, знаки и символы. Поскольку цифры и другие символы расположены один за другим, каждый символ отображается на разной глубине, что придает дисплеям на основе Nixie особый внешний вид. Родственным устройством является трубка пикси используется трафаретная , в которой вместо фигурных катодов маска с отверстиями в форме цифр. Некоторые российские Никси, например ИГ-14 (ИН-14), использовали перевернутую цифру 2 в качестве цифры 5, предположительно для экономии производственных затрат.

ИХ-14 (ИН-14) Никси-лампы с цифрой «25». 5 реализована с перевернутой 2.

Каждый катод можно заставить светиться характерным неоновым красно-оранжевым цветом, подав напряжение около 170 В постоянного тока с током в несколько миллиампер между катодом и анодом . Ограничение тока обычно реализуется в виде анодного резистора сопротивлением в несколько десятков тысяч Ом . Никси обладают отрицательным сопротивлением и сохраняют свечение обычно на 20–30 В ниже напряжения зажигания. Между типами можно наблюдать некоторые различия в цвете, вызванные различиями в используемых газовых смесях. В трубки с более длительным сроком службы, которые были изготовлены позже во временной шкале Никси, добавили ртуть для уменьшения распыления. что приводит к синему или фиолетовому оттенку излучаемого света. В некоторых случаях эти цвета отфильтровываются красным или оранжевым фильтрующим покрытием на стекле.

Одним из преимуществ лампы Никси является то, что ее катоды имеют типографский дизайн и имеют удобочитаемую форму. В большинстве типов они расположены не в числовой последовательности сзади вперед, а расположены так, чтобы катоды спереди минимально закрывали освещенный катод. Одно из таких расположений — 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 спереди (6) назад (1). В российских лампах ИХ-12А (ИН-12А) и ИХ-12Б (ИН-12Б) используется расположение номеров 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 спереди (3) назад (1), где 5 означает верхнюю сторону. вниз 2. В лампах ИХ-12В имеется крайняя левая нижняя десятичная точка между цифрами 8 и 3.

Приложения и срок службы

На этом (раздетом) ZM1210 видно расположение сложенных цифр в трубке Никси.

Пара кинескопов NL-5441 Nixie

Никси использовались в качестве числовых дисплеев в первых цифровых вольтметрах , мультиметрах , частотомерах и многих других видах технического оборудования. Они также появились в дорогостоящих цифровых дисплеях времени, используемых в исследовательских и военных учреждениях, и во многих ранних электронных настольных калькуляторах , включая первый: Sumlock-Comptometer ANITA Mk VII 1961 года и даже в первых электронных телефонных коммутаторах . Более поздние буквенно-цифровые версии в формате четырнадцати-сегментного дисплея нашли применение в указателях прибытия/отправления в аэропорту и на дисплеях биржевых тикеров . Некоторые лифты использовали Nixies для отображения номеров этажей.

Средний срок службы ламп Никси варьировался от примерно 5000 часов для самых ранних типов до 200 000 и более часов для некоторых из последних типов, которые были представлены. Не существует формального определения того, что представляет собой «конец срока службы» Nixies, за исключением механических неисправностей. Некоторые источники предполагают, что неполное покрытие свечением глифа (« катодное отравление ») или появление свечения в другом месте трубки недопустимы.

Никси-лампы подвержены множеству видов отказов, в том числе:

• Простая поломка
• Трещины и утечки герметичных уплотнений, позволяющие проникнуть атмосфере
• Отравление катода, препятствующее свечению части или всех одного или нескольких символов.
• Повышенное напряжение зажигания, вызывающее мерцание или отсутствие света.
• Напыление электродного металла на стеклянную колбу, закрывающую катоды из поля зрения.
• Внутренние обрывы или короткие замыкания, которые могут быть вызваны физическим насилием или распылением.

Выход Nixies за пределы установленных электрических параметров ускорит их выход из строя, особенно из-за избыточного тока, который увеличивает распыление электродов. Несколько крайних примеров распыления даже привели к полному разрушению катодов Никси-трубок.

Отравление катода можно уменьшить, ограничив ток через трубки значительно ниже максимального номинала. за счет использования трубок Никси, изготовленных из материалов, которые предотвращают этот эффект (например, благодаря тому, что они не содержат силикатов и алюминия), или путем программирования устройств, которые периодически перебирают все цифры, чтобы активировались редко отображаемые цифры.

Как свидетельство их долговечности и долговечности оборудования, в которое они включены, по состоянию на 2006 год. несколько поставщиков по-прежнему поставляли обычные типы ламп Nixie в качестве запасных частей, новые в оригинальной упаковке. Устройств с дисплеями на Nixie-трубках в отличном рабочем состоянии по-прежнему много, хотя многие из них используются уже 30–40 лет и более. Такие предметы можно легко найти в качестве излишков и приобрести с очень небольшими затратами. В бывшем Советском Союзе Nixies все еще производились в больших объемах в 1980-х годах, поэтому российские и восточноевропейские Nixies все еще доступны.

и

2-значный семисегментный дисплей «Panaplex» производства Бекмана (1974 г.).

Другие технологии числового отображения включают световоды, световодные дисплеи с обратной проекцией и боковой подсветкой (все они используют отдельные лампы накаливания или неоновые лампы для освещения), Numitron , считывание показаний ламп накаливания Семисегментные дисплеи Panaplex и вакуумные флуоресцентные индикаторные трубки. До того, как лампы Никси стали широко распространены, большинство числовых дисплеев были электромеханическими, в них использовались шаговые механизмы для отображения цифр либо напрямую с помощью цилиндров с напечатанными цифрами, прикрепленными к их роторам, либо косвенно, путем подключения выходов шаговых переключателей к индикаторным лампочкам. Позже в некоторых старинных часах даже использовалась своего рода шаговый переключатель для управления лампами Никси.

Никси-лампы были заменены в 1970-х годах светодиодами (LED) и вакуумными флуоресцентными дисплеями (VFD), часто в форме семисегментных дисплеев . VFD использует горячую нить накала для испускания электронов, управляющую сетку и аноды с люминофорным покрытием (похожие на электронно-лучевую трубку ), имеющие форму, представляющую сегменты цифр, пиксели графического дисплея или полные буквы, символы или слова. В то время как Nixies обычно требуется 180 вольт для освещения, VFD требуют только относительно низкого напряжения для работы, что делает их проще и дешевле в использовании. VFD имеют простую внутреннюю структуру, что обеспечивает яркое, четкое и беспрепятственное изображение. В отличие от Nixies, стеклянная оболочка VFD вакуумируется, а не заполняется определенной смесью газов под низким давлением.

специализированные микросхемы высоковольтных драйверов, такие как 7441/74141 Для управления Nixies были доступны . Светодиоды лучше подходят для низких напряжений, которые обычно используются в полупроводниковых интегральных схемах , что было преимуществом для таких устройств, как карманные калькуляторы, цифровые часы и портативные цифровые измерительные приборы. Кроме того, светодиоды намного меньше и прочнее, без хрупкой стеклянной оболочки. Светодиоды потребляют меньше энергии, чем VFD или лампы Nixie с той же функцией.

Наследие

Часы Nixie с шестью лампами ZM1210 производства Telefunken.

На этом фото Apple сооснователь Стив Возняк носит часы Nixie. Чтобы сэкономить заряд батареи, трубки в этих часах загораются и отображают время только после определенного поворота запястья.

Ссылаясь на недовольство эстетикой современных цифровых дисплеев и ностальгическую привязанность к стилю устаревших технологий, значительное количество энтузиастов электроники проявили интерес к возрождению Nixies. Непроданные лампы, десятилетиями пролежавшие на складах, вывозятся и используются, причем наиболее распространенным применением являются самодельные цифровые часы. В период своего расцвета Nixies обычно считались слишком дорогими для использования в потребительских товарах массового спроса, таких как часы. Этот недавний всплеск спроса привел к значительному росту цен, особенно на большие лампы, что сделало мелкосерийное производство новых устройств снова жизнеспособным.

Помимо самой лампы, еще одним важным фактором является наличие относительно высоковольтной схемы, необходимой для ее управления. Оригинальные интегральные схемы драйверов серии 7400, такие как драйвер декодера BCD 74141 , давно сняты с производства и встречаются реже, чем лампы NOS . Модель 74141 по-прежнему доступна в виде NOS у различных поставщиков, а советский аналог К155ИД1 все еще находится в производстве. Однако современные биполярные транзисторы с высоким номинальным напряжением теперь доступны дешево, например MPSA92 или MPSA42.

См. также

• Общий товарный знак
• You Tube
• Нумитронная трубка
• Шестнадцатисегментный дисплей
• Вакуумный флуоресцентный дисплей

Дальнейшее чтение

• Байландер, Э.Г. (1979), Электронные дисплеи , Нью-Йорк : McGraw Hill , ISBN  978-0-07-009510-6 , LCCN   78031849 .
• Дэнс, Дж. Б. (1967), Электронные счетные схемы , Лондон : ILIFFE Books Ltd , LCCN   67013048 .
• Уэстон, Г.Ф. (1968), Трубки тлеющего разряда с холодным катодом , Лондон : ILIFFE Books Ltd , LCCN   68135075 , Dewey 621.381/51, LCC TK7871.73.W44.

Внешние ссылки

• Краткая история братьев Хайду. Архивировано 14 апреля 2012 г. в Wayback Machine.
• Электрические штучки Майка: трубки для отображения и счета
• Фотографии и технические характеристики трубки Nixie (на английском и немецком языках)
• Коллекция Giant Nixie Tube (на английском и немецком языках)
• Искусство изготовления трубки Nixie
• Описание и изображения Nixie Tube (на английском и чешском языках)
• История трубки Nixie (IEEE Spectrum, 18 июля)