Трубка Никси - Википедия - Nixie tube

Десять цифр трубки Никси GN-4

А Трубка Nixie (Английский: /ˈпɪk.sя/ НИК-видеть ), или же дисплей с холодным катодом,[1] является электронный устройство, используемое для отображение цифр или другой информации с помощью тлеющий разряд.

Внутри сломанной трубки Никси

Стеклянная трубка содержит проволочную сетку. анод и несколько катоды, в форме цифры или другие символы. Подача энергии на один катод окружает его оранжевым тлеющий разряд. Трубка заполнена газом низкого давления, обычно в основном неон и часто немного Меркурий или же аргон, в Смесь пеннинга.[2][3]

Хотя он напоминает вакуумная труба по внешнему виду его работа не зависит от термоэлектронная эмиссия из электроны от нагретого катода. Поэтому он называется с холодным катодом трубка (форма газонаполненная трубка ), и является вариантом неоновая лампа. Такие трубки редко превышают 40 ° C (104 ° F) даже в самых суровых условиях эксплуатации в помещении при температуре окружающей среды.[4] Вакуумные флуоресцентные дисплеи из той же эпохи используют совершенно другую технологию - у них есть нагретый катод вместе с управляющей сеткой и фасонные люминофорные аноды; В Nixies нет нагревателя или управляющей сетки, обычно с одним анодом (в виде проволочной сетки, не путать с управляющей сеткой) и профильных металлических катодов.

История

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] к Корпорация Берроуз, который купил Хайду. Название Nixie был получен Берроузом из «NIX I», аббревиатуры «Numeric Indicator eXperimental No. 1»,[6] хотя это могло быть backronym разработан, чтобы оправдать вызов мифическое существо с этим именем. Сотни вариаций этой конструкции были произведены многими фирмами с 1950-х по 1990-е годы. Корпорация Берроуз представила "Nixie" и владела названием Nixie как товарный знак. Дисплеи, похожие на Nixie, сделанные другими фирмами, имели торговые марки, включая Digitron, Индитрон и Нумикатор. Подходящим общим термином является неоновая лампа с холодным катодом, хотя фраза Трубка Nixie быстро вошло в обиход как родовое имя.

У Берроуза даже была еще одна трубка Хайду, которая могла работать как цифровой счетчик и непосредственно управлять трубкой Nixie для отображения. Это было названо «трохотроном», в более поздней форме известное как счетная трубка «Beam-X Switch»; другое название было "магнетронная трубка переключения луча", имея в виду их происхождение от магнетрон с расщепленным анодом. Трохотроны использовались в UNIVAC 1101 компьютер, 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, получившая название Beam-X Switch, заменила большой тяжелый внешний цилиндрический магнит десятью маленькими стержневыми магнитами из металлического сплава, которые также служили электродами.

Трубка Никси ИН-19А (ИН-19А) отображает символы, включая% 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 аналогичных 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 на следующий основной катод. Типы с двумя или тремя наборами направляющих катодов могут рассчитывать в любом направлении. Хорошо известная торговая марка счетных трубок с переносом накала в объединенное Королевство был Декатрон. 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 Selectron трубки.

Устройства, которые работали 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

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. Связанное устройство - это пикси трубка, который использует трафарет маска с отверстиями в виде цифр вместо фигурных катодов. Некоторые русские Nixies, например В ИН-14 (ИН-14) в качестве цифры 5 использовалась перевернутая цифра 2, 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, нанеся около 170 вольт ОКРУГ КОЛУМБИЯ в нескольких миллиамперы между катодом и анодом. Ограничение тока обычно реализовано как анод резистор из нескольких десятков тысяч Ом. Выставка Nixies отрицательное сопротивление и будут поддерживать свое свечение на уровне от 20 до 30 В ниже напряжения зажигания. Между типами могут наблюдаться некоторые различия в цвете, вызванные различиями в используемых газовых смесях. В пробирки с более длительным сроком службы, которые были произведены позже в графике Nixie, была добавлена ​​ртуть, чтобы уменьшить распыление[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 размещаются 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) к спине (1).[7][8] В российских трубках ИН-12А (ИН-12А) и ИН-12Б (ИН-12Б) используется нумерация 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 спереди (3) на тыльную сторону (1), при этом цифра 5 обозначает верх. вниз 2. В лампах ИН-12Б имеется крайняя левая десятичная точка внизу между числами 8 и 3.

Приложения и срок службы

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

Nixies использовались в качестве цифровых дисплеев в раннем цифровом вольтметры, мультиметры, частотомеры и многие другие виды техники. Они также появились в дорогостоящих цифровых дисплеях времени, используемых в исследовательских и военных учреждениях, и во многих ранних электронных настольных компьютерах. калькуляторы, в том числе первый: Sumlock-Comptometer ANITA Mk VII 1961 года и даже первые электронные телефонные коммутаторы. Потом буквенно-цифровой версии в четырнадцатисегментный дисплей формат используется в знаках прибытия / отправления аэропорта и биржевой тикер отображает. Немного 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 неполное покрытие свечения глифа ("катодное отравление ") или появление свечения в другом месте трубки было бы неприемлемо.

Трубки Nixie подвержены множественным сбоям, в том числе:

  • Простая поломка
  • Трещины и герметичная печать утечки, позволяющие проникать в атмосферу
  • Катодное отравление предотвращение подсветки части или всего одного или нескольких символов
  • Повышенное напряжение зажигания, вызывающее мерцание или отключение света
  • Распыление электродного металла на стеклянную оболочку, закрывая катоды из поля зрения
  • Внутренние обрывы или короткие замыкания, которые могут быть вызваны физическим насилием 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 уровня, 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, которые периодически циклически перебирают все цифры, чтобы активировались редко отображаемые.[10]

Как свидетельство их долговечности и долговечности оборудования, в которое они входят, по состоянию на 2006 г. несколько поставщиков по-прежнему поставляют обычные трубки Nixie в качестве запасных частей, новые в оригинальной упаковке.[нужна цитата ] Оборудование с дисплеями с Nixie-трубками в отличном рабочем состоянии все еще в изобилии, хотя большая его часть 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

Другие технологии числового дисплея, которые используются одновременно, включают столбчатые прозрачные пленки с подсветкой («дисплеи термометров»), световые трубки, обратную проекцию и боковую подсветку. световодные дисплеи (все с использованием индивидуальных раскаленный или же неон лампочки для освещения), Numitron считывание показаний нити накаливания,[11] Семисегментные дисплеи Panaplex и вакуумный люминесцентный дисплей трубки. 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 шаговые переключатели к индикаторным лампочкам. Позже несколько старинных часов даже использовали ступенчатый переключатель для управления лампами Nixie.

На смену лампам Nixie в 1970-х гг. Пришли светодиоды (Светодиоды) и вакуумные люминесцентные дисплеи (ЧРП), часто в виде семисегментные дисплеи. VFD использует горячую нить накала для испускания электронов, управляющую сетку и аноды с люминофорным покрытием (аналогично электронно-лучевая трубка ) 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, VFD требуют для работы только относительно низкого напряжения, что делает их более простыми и дешевыми в использовании. VFD имеют простую внутреннюю структуру, обеспечивающую яркое, резкое и беспрепятственное изображение. В отличие от Nixies, стеклянная оболочка VFD откачивается, а не заполняется определенной смесью газов при низком давлении.

Специализированные микросхемы драйверов высокого напряжения, такие как 7441/74141 были доступны для вождения Nixies. Светодиоды лучше подходят для низких напряжений, чем полупроводниковые. интегральные схемы обычно используют, 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
Часы Nixie на запястье Стив Возняк, соучредитель Apple Inc.

Ссылаясь на недовольство эстетикой современных цифровых дисплеев и ностальгическое пристрастие к стилю устаревших технологий, значительное число энтузиастов электроники проявили интерес к возрождению Nixies.[12] Нераспроданные лампы, которые десятилетиями лежали на складах, вывозятся 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. Оригинал 7400 серии интегральные схемы драйверов, такие как 74141 BCD драйвера декодера давно сняты с производства и встречаются реже, чем NOS трубки. Только «Интеграл» в Беларусь перечисляет 74141[14] и его советский аналог К155ИД1 [15] пока еще в производстве. Однако современные биполярные транзисторы с высокими номинальными напряжениями теперь доступны дешево, например MPSA92 или MPSA42.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Дисплеи калькулятора". www.vintagecalculators.com. Архивировано из оригинал 22 августа 2013 г.
  2. ^ а б (Уэстон 1968, п. 334)
  3. ^ (Bylander 1979, п. 65)
  4. ^ а б (Bylander 1979, п. 60)
  5. ^ Статья С. Руньона «Твердотельные устройства - инструменты» в Электронный дизайн журнал vol. 24, 23 ноября 1972 г., стр. 102, через Электронные изобретения и открытия: Электроника от ее зарождения до наших дней, 4-е изд., Джеффри Уильям Арнольд Даммер, 1997, ISBN  0-7503-0376-X, п. 170
  6. ^ Scientific American, Июнь 1973 г., стр. 66
  7. ^ а б c "Дом ламповых часов Nixie". nixieclock.net. Архивировано из оригинал на 2012-01-18. Получено 2017-09-20.
  8. ^ а б «KD7LMO - Tube Clock Nixie - Обзор». ad7zj.net. 2014-01-17. В архиве из оригинала на 2017-07-14. Получено 2017-09-20.
  9. ^ "KD7LMO - Tube Clock - Оборудование". ad7zj.net. 2014-01-17. В архиве из оригинала от 21.06.2017. Получено 2017-09-20.
  10. ^ «Руководство пользователя ламповых часов Chronotronix V300 Nixie» (PDF). nixieclock.net. п. 6. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-01-05. Получено 2017-09-20.
  11. ^ "Numitron Readout". www.decodesystems.com. Архивировано из оригинал 19 октября 2007 г.
  12. ^ Зорпетт, Гленн. "Новая жизнь для Nixies". IEEE Spectrum. В архиве из оригинала 31.08.2009. Получено 2010-01-31.
  13. ^ "Nixie Tube Clocks". nixieclock.net. Архивировано из оригинал на 2008-08-08. Получено 2017-09-20.
  14. ^ "IN74141N". Интеграл. В архиве из оригинала 14 января 2018 г.. Получено 19 октября 2017.
  15. ^ К155ИД1 [К155ИД1]. Интеграл. В архиве из оригинала 16 сентября 2016 г.. Получено 19 октября 2017.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка