Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Десять цифр трубки Никси GN-4

Nixie трубка ( английский: / п ɪ к . С я / NIK -см ), или дисплей с холодным катодом , [1] представляет собой электронное устройство , используемое 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 энергии на один катод окружает его оранжевым тлеющим разрядом . Трубка заполнена газом низкого давления, обычно в основном неоном и часто с небольшим количеством ртути или аргона в смеси Пеннинга . [2] [3]

Несмотря на то, что напоминает вакуумную трубку по внешнему виду, его работа не зависит от термоэлектронной эмиссии из электронов от нагретого катода. Следовательно, это лампа с холодным катодом (форма газонаполненной трубки ) и вариант неоновой лампы . Такие трубки редко превышают 40 ° C (104 ° F) даже в самых суровых условиях эксплуатации в помещении при температуре окружающей среды. [4] Вакуумные флуоресцентные дисплеииз той же эпохи используют совершенно другую технологию - у них есть нагретый катод вместе с управляющей сеткой и фасонные люминофорные аноды; У Nixies нет нагревателя или управляющей сетки, обычно с одним анодом (в виде проволочной сетки, не путать с управляющей сеткой) и профильных металлических катодов.

История [ править ]

Частотомер Systron-Donner 1973 года выпуска с дисплеем Nixie-tube

Первые дисплеи Nixie производились небольшим производителем электронных ламп под названием Haydu Brothers Laboratories и представлены в 1955 году [5] корпорацией Burroughs , которая купила Haydu. Имя Никси было получено Берроузом от «NIX I», аббревиатуры «Эксперимент № 1 с числовым индикатором» [6], хотя это могло быть бэкронимом, призванным оправдать воскрешение мифического существа с этим именем . Сотни вариаций этой конструкции были произведены многими фирмами с 1950-х по 1990-е годы. Корпорация Burroughs представила "Nixie" и владела названием Nixie в качестве товарного знака.. Дисплеи, подобные Nixie, изготовленные другими фирмами, имели торговые марки, включая Digitron , Inditron и Numicator . Подходящим общим термином является неоновая лампа с холодным катодом , хотя фраза « лампа Никси» быстро вошла в обиход как родовое название.

У Берроуза даже была другая трубка Хайду, которая могла работать как цифровой счетчик и напрямую приводить в действие трубку Никси для отображения. Это было названо «Трохотроном», в более поздней форме известное как счетная трубка «Переключатель Beam-X»; другое название было «трубка переключения луча магнетрона», имея в виду их происхождение от магнетрона с расщепленным 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 трубка; 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 шел только на один анод. Приложение импульса заданной ширины и напряжения к лопаткам продвигало лист к следующему аноду, где он оставался до следующего импульса продвижения. Направление счета определялось направлением магнитного поля и как таковое не было обратимым. Более поздняя форма трохотрона под названием Beam-X Switch заменила большой,тяжелый внешний цилиндрический магнит с десятью небольшими внутренними стержневыми магнитами из металлического сплава, которые также служили электродами.

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

Счетные трубки с переносом тлеющего света, по сути схожие с трохотронами, имели тлеющий разряд на одном из нескольких основных катодов, видимых через верхнюю часть стеклянной оболочки. Большинство из них использовали газовую смесь на основе неона и считали по основанию 10, но более быстрые типы были основаны на аргоне, водороде или других газах, а для хронометража и подобных приложений было доступно несколько типов с основанием 12. Наборы «направляющих» катодов (обычно два набора, но некоторые типы имели один или три) между индикаторными катодами пошагово перемещали свечение к следующему основному катоду. Типы с двумя или тремя наборами направляющих катодов могут рассчитывать в любом направлении. Хорошо известным торговым наименованием счетных трубок с переносом накаливания в Соединенном Королевстве было Dekatron.. Типы с подключениями к каждому отдельному индикаторному катоду, которые позволяли предварительно установить состояние лампы на любое значение (в отличие от более простых типов, которые можно было напрямую сбросить только до нуля или небольшого подмножества их общего количества состояний), получили торговое название трубок Selectron .

Устройства, которые функционировали так же, как лампы Nixie, были запатентованы в 1930-х годах, а первые серийные дисплеи были представлены в 1954 году компанией National Union Co. под торговой маркой Inditron. Однако их конструкция была более грубой, их средний срок службы был короче, и они не смогли найти многих приложений из-за своей сложной периферии.

Дизайн [ править ]

Наиболее распространенная форма трубки Никси имеет десять катодов в форме цифр от 0 до 9 (и иногда с десятичной точкой или двумя), но есть также типы, которые показывают различные буквы, знаки и символы. Поскольку числа и другие символы расположены один за другим, каждый символ отображается на разной глубине, что придает дисплеям на основе Nixie особый вид. Родственное устройство - трубка пикси , в которой вместо фигурных катодов используется трафаретная маска с отверстиями в форме цифр. Некоторые российские Nixies, например ИН-14 (ИН-14), использовали перевернутую цифру 2 вместо цифры 5, предположительно для экономии производственных затрат, поскольку для этого нет очевидной технической или эстетической причины.

ИН-14 (ИН-14) Трубки Никси с надписью «25». 5 реализована с перевернутой 2.

Каждый катод можно заставить светиться характерным неоновым красно-оранжевым цветом, приложив около 170 вольт постоянного тока на несколько миллиампер между катодом и анодом. Ограничение тока обычно реализуется в виде анодного резистора на несколько десятков тысяч Ом . Никси обладают отрицательным сопротивлением и обычно сохраняют свое свечение на уровне от 20 до 30 В ниже напряжения удара. Между типами могут наблюдаться некоторые цветовые различия, вызванные различиями в используемых газовых смесях. В пробирки с более длительным сроком службы, которые были изготовлены позже в графике Nixie, была добавлена ​​ртуть для уменьшения разбрызгивания [4]в результате излучаемый свет приобретает синий или фиолетовый оттенок. В некоторых случаях эти цвета отфильтровываются красным или оранжевым фильтрующим покрытием на стекле.

Одним из преимуществ трубки Nixie является то, что ее катоды имеют типографский дизайн и форму для удобочитаемости. В большинстве типов они не расположены в числовой последовательности сзади вперед, а расположены так, чтобы катоды спереди минимально закрывали освещенный катод. Одно такое расположение - 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 спереди (6) назад (1). [7] [8] В российских лампах ИН-12А (ИН-12А) и ИН-12Б (ИН-12Б) используется нумерация 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 спереди (3) назад (1), где 5 - это перевернутая цифра 2. В лампах ИН-12В имеется крайняя левая десятичная точка между числами 8 и 3.

Приложения и время жизни [ править ]

Сложенное расположение цифр в трубке Никси видно на этом (без изоляции) ZM1210.
Пара дисплейных трубок NL-5441 Nixie

Nixies использовались в качестве цифровых дисплеев в первых цифровых вольтметрах , мультиметрах , частотомерах и многих других типах технического оборудования. Они также появились в дорогостоящих цифровых дисплеях времени, используемых в исследовательских и военных учреждениях, и во многих ранних электронных настольных калькуляторах , включая первые: Sumlock-Comptometer ANITA Mk VII 1961 года и даже первые электронные телефонные коммутаторы . Более поздние буквенно-цифровые версии в четырнадцатисегментном формате отображения нашли применение в знаках прибытия / отправления в аэропортах и ​​на табло биржевых тикеров . Некоторые лифты использовал Nixies для отображения номеров этажей.

Средняя долговечность трубок Nixie варьировалась от примерно 5000 часов для самых ранних типов до 200000 часов или более для некоторых из последних типов, которые будут представлены. Не существует формального определения того, что является «окончанием срока службы» для Nixies, за исключением механической поломки. Некоторые источники [2] предполагают, что неполное покрытие глифа свечением (" катодное отравление ") или появление свечения в другом месте трубки недопустимо.

Лампы Nixie подвержены множественным сбоям, в том числе:

  • Простая поломка
  • Трещины и утечки герметичного уплотнения, позволяющие проникнуть в атмосферу
  • Катодное отравление, предотвращающее засветку части или всего одного или нескольких символов
  • Повышенное напряжение зажигания, вызывающее мерцание или отключение света
  • Распыление электродного металла на стеклянную оболочку, закрывающую катоды из поля зрения
  • Внутренние обрывы или короткие замыкания, которые могут быть вызваны физическим воздействием или разбрызгиванием

Приведение Nixies за пределы их указанных электрических параметров ускорит их выход из строя, особенно избыточный ток, который увеличивает распыление электродов. Несколько крайних примеров распыления даже привели к полному разрушению катодов с трубкой Никси.

Отравление катода можно уменьшить, ограничив ток через трубки до значения, значительно ниже их максимального значения [9], за счет использования трубок Nixie, изготовленных из материалов, которые избегают этого эффекта (например, не содержат силикатов и алюминия), или путем программирования устройств на периодически перебирайте все цифры, чтобы активировались редко отображаемые. [10]

В подтверждение их долговечности и долговечности оборудования, в которое они включены, по состоянию на 2006 год несколько поставщиков по-прежнему поставляют обычные трубки Nixie в качестве запасных частей, новые в оригинальной упаковке. [ необходима цитата ] Оборудование с дисплеями с никс-трубками в отличном рабочем состоянии все еще в изобилии, хотя большая часть его часто используется в течение 30-40 лет или более. Такие предметы легко найти в излишках и получить при очень небольших затратах. В бывшем Советском Союзе в 1980-х годах никси все еще производились в больших количествах, поэтому российские и восточноевропейские никси все еще доступны.

Альтернативы и преемники [ править ]

Другие технологии числовых дисплеев, которые одновременно используются, включают столбчатые прозрачные пленки с подсветкой («дисплеи термометров»), световые трубки, обратную проекцию и световодные дисплеи с боковой подсветкой (все с использованием отдельных ламп накаливания или неоновых ламп для освещения), считывающие устройства нити накаливания Numitron , [ 11] Семисегментные дисплеи Panaplex и вакуумные люминесцентные индикаторные лампы. До того, как трубки Никси стали заметными, большинство цифровых дисплеев были электромеханическими, с использованием шаговых механизмов для отображения цифр либо непосредственно с помощью цилиндров с печатными цифрами, прикрепленными к их роторам, либо косвенно путем подключения выходов шаговых переключателей.к индикаторным лампочкам. Позже в некоторых старинных часах даже использовались ступенчатые переключатели для управления лампами Nixie.

На смену лампам Никси в 1970-х годах пришли светодиоды (LED) и вакуумные флуоресцентные дисплеи (VFD), часто в форме семисегментных дисплеев . В ЧРП используется горячая нить накала для испускания электронов, управляющая сетка и аноды с люминофорным покрытием (аналогично электронно-лучевой трубке).) в форме для представления сегментов цифры, пикселей графического дисплея или полных букв, символов или слов. В то время как Nixies обычно требует 180 вольт для освещения, для работы VFD требуется только относительно низкое напряжение, что делает их более простыми и дешевыми в использовании. У VFD простая внутренняя структура, обеспечивающая яркое, резкое и беспрепятственное изображение. В отличие от Nixies, стеклянная оболочка VFD откачивается, а не заполняется определенной смесью газов при низком давлении.

Для управления Nixies были доступны специализированные микросхемы драйверов высокого напряжения, такие как 7441/74141. 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 [ править ]

Часы Nixie с шестью лампами ZM1210 производства Telefunken
Часы Nixie на запястье Стива Возняка , соучредителя Apple Inc.

Ссылаясь на неудовлетворенность эстетикой современных цифровых дисплеев и ностальгическое пристрастие к стилю устаревших технологий, значительное число энтузиастов электроники проявили интерес к возрождению Nixies. [12] Непроданные лампы, которые десятилетиями лежали на складах, выводятся и используются, причем наиболее распространенным применением является самодельные цифровые часы. [8] [13] [7] Во время своего расцвета Nixies обычно считались слишком дорогими для использования в массовых потребительских товарах, таких как часы. [7] Этот недавний всплеск спроса привел к значительному росту цен, особенно на большие трубки, что снова сделало мелкосерийное производство новых устройств жизнеспособным.

Помимо самой лампы, еще одним важным соображением является относительно высоковольтная схема, необходимая для привода лампы. Оригинальные интегральные схемы драйверов серии 7400, такие как драйвер декодера BCD 74141 , давно сняты с производства и встречаются реже, чем лампы NOS . Только «Интеграл» в Беларуси указывает, что 74141 [14] и его советский аналог К155ИД1 [15] все еще производятся. Однако современные биполярные транзисторы с высоким номинальным напряжением теперь доступны дешево, например MPSA92 или MPSA42.

См. Также [ править ]

  • Обобщенный товарный знак
  • Трубка Нимо
  • Numitron трубка
  • Шестнадцатисегментный дисплей
  • Вакуумный флуоресцентный дисплей

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Дисплеи калькулятора» . www.vintagecalculators.com . Архивировано из оригинального 22 августа 2013 года .
  2. ^ a b ( Уэстон, 1968 , стр. 334)
  3. ^ ( Bylander 1979 , стр.65 )
  4. ^ Б ( Bylander 1979 , стр. 60)
  5. ^ Статья С. Руньона «Solid State Devices - Instruments» вжурнале Electronic Design vol. 24, 23 ноября 1972 г., стр. 102, через Электронные изобретения и открытия: Электроника от ее самых ранних истоков до наших дней, 4-е изд., Джеффри Уильям Арнольд Даммер, 1997, ISBN 0-7503-0376-X , стр. 170 
  6. ^ Собела, Алан (июнь 1973). «Электронные номера». Scientific American . 228 (6): 64–73. DOI : 10.1038 / Scientificamerican0673-64 . JSTOR 24923073 . 
  7. ^ a b c "Дом ламповых часов Nixie" . nixieclock.net . Архивировано из оригинала на 2012-01-18 . Проверено 20 сентября 2017 .
  8. ^ a b «KD7LMO - Ламповые часы Nixie - Обзор» . ad7zj.net . 2014-01-17. Архивировано 14 июля 2017 года . Проверено 20 сентября 2017 .
  9. ^ "KD7LMO - Nixie Tube Clock - Аппаратное обеспечение" . ad7zj.net . 2014-01-17. Архивировано 21 июня 2017 года . Проверено 20 сентября 2017 .
  10. ^ "Chronotronix V300 Nixie Tube Clock User Manual" (PDF) . nixieclock.net . п. 6. Архивировано из оригинального (PDF) 05 января 2012 года . Проверено 20 сентября 2017 .
  11. ^ "Numitron Readout" . www.decodesystems.com . Архивировано из оригинального 19 октября 2007 года.
  12. ^ Зорпетт, Гленн. «Новая жизнь для Nixies» . IEEE Spectrum . Архивировано 31 августа 2009 года . Проверено 31 января 2010 .
  13. ^ "Nixie Tube Clocks" . nixieclock.net . Архивировано из оригинала на 2007-08-08 . Проверено 20 сентября 2017 .
  14. ^ "IN74141N" . Интеграл. Архивировано 14 января 2018 года . Проверено 19 октября 2017 года .
  15. ^ К155ИД1[К155ИД1]. Интеграл. Архивировано 16 сентября 2016 года . Проверено 19 октября 2017 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Биландер, EG (1979), электронные дисплеи , Нью-Йорк : Макгроу Хилл , ISBN 978-0-07-009510-6, LCCN  78031849.
  • Танец, JB (1967), электронные схемы подсчета , Лондон : ILIFFE Books Ltd , LCCN  67013048.
  • Уэстон, Г.Ф. (1968), Трубки тлеющего разряда с холодным катодом , Лондон : ILIFFE Books Ltd , LCCN  68135075, Дьюи 621.381 / 51, LCC TK7871.73.W44.

Внешние ссылки [ править ]

  • Коллекция советских никси-трубок с фотографиями и даташитами
  • Краткая история компании Haydu Brothers
  • Электрооборудование Майка: индикаторные и счетные трубки
  • Фотографии и спецификации трубки Nixie (на английском и немецком языках)
  • Коллекция Giant Nixie Tube (на английском и немецком языках)
  • Искусство изготовления трубки Nixie Tube
  • Описание и изображения Nixie Tube (на английском и чешском языках)
  • Ламповые часы Nixie Dream (на английском языке)
  • История Nixie Tube (IEEE Spectrum, 7/18)