Никси - трубка ( англ. / ˈ n ɪ k . s iː / NIK -см. ), или дисплей с холодным катодом , [1] — электронное устройство, используемое для отображения цифр или другой информации с помощью тлеющего разряда .
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 . [2] [3] В более поздних никси, чтобы продлить срок службы устройства, добавлялось небольшое количество ртути , чтобы уменьшить отравление катода и распыление .
Хотя по внешнему виду он напоминает вакуумную лампу , его работа не зависит от термоэлектронной эмиссии электронов 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. [4] Вакуумные флуоресцентные дисплеи той же эпохи используют совершенно другую технологию — они имеют нагретый катод вместе с управляющей сеткой и фасонными люминофорными анодами; 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.
Никси-лампы были изобретены Дэвидом Хагельбаргером. [5] [6] Первые дисплеи Nixie были изготовлены небольшим производителем электронных ламп под названием Haydu Brothers Laboratories и представлены в 1955 году [7] корпорацией Burroughs , которая приобрела Haydu. Имя Никси было получено Берроузом из «NIX I», аббревиатуры «Экспериментальный числовой индикатор № 1», [8] хотя это, возможно, был бэкроним , призванный оправдать вызов 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.
Счетные трубки с тлеющим переносом, по своей основной функции 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 десятичной 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 основанием 12. 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. В Соединенном Королевстве хорошо известным торговым названием для счетчиков тлеющего переноса 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 трубками Selectron .
По крайней мере одно устройство, действовавшее так же, как лампы Никси, было запатентовано в 1930-х годах [9] . 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.
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 , в которой вместо фигурных катодов используется трафаретная маска с отверстиями в форме цифр. Некоторые российские Никси, например ИГ-14 (ИН-14), использовали перевернутую цифру 2 вместо цифры 5, предположительно для экономии производственных затрат.
_Nixie_Tubes_Displaying_%2225%22.jpg/1280px-%D0%98H-14_(IN-14)_Nixie_Tubes_Displaying_%2225%22.jpg)
Каждый катод можно заставить светиться характерным неоновым красно-оранжевым цветом, подав между катодом и анодом напряжение около 170 В постоянного тока при силе тока в несколько миллиампер . 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 на временной шкале Никси, добавляли ртуть для уменьшения распыления [4] , что приводило 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). [10] [11] В российских лампах ИГ-12А (ИН-12А) и ИГ-12Б (ИН-12Б) используется расположение номеров 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 спереди (3) назад (1), цифра 5 означает перевернутую цифру 2. В лампах ИХ-12B имеется крайняя левая нижняя десятичная точка между цифрами 8 и 3.
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 часов и более 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 [2] предполагают, что неполное покрытие свечением глифа (« катодное отравление ») или появление свечения в другом месте трубки недопустимо.
Никси-лампы подвержены множеству видов отказов, в том числе:
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.
Катодное отравление можно уменьшить, ограничивая ток через трубки до значения, значительно ниже максимального значения, [12] за счет использования Nixie-трубок, изготовленных из материалов, которые предотвращают этот эффект (например, из-за отсутствия силикатов и алюминия), или путем программирования устройств, периодически перебирать все цифры, чтобы активировались редко отображаемые. [13]
В качестве доказательства их долговечности и долговечности оборудования, в котором они используются, по состоянию на 2006 год [обновлять]несколько поставщиков все еще поставляли обычные типы ламп Nixie в качестве запасных частей, новые в оригинальной упаковке. [ нужна цитация ] Устройства с дисплеями на основе Nixie-трубки в отличном рабочем состоянии по-прежнему многочисленны, хотя многие из них используются от 30 до 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.
Другие технологии числовых дисплеев включают световоды, световодные дисплеи с обратной проекцией и боковой подсветкой (все они используют отдельные лампы накаливания или неоновые лампы для освещения), считывающие устройства с нитью накаливания Numitron , [14] семисегментные дисплеи Panaplex и вакуумные флуоресцентные индикаторные трубки. . До того, как трубки 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 для освещения обычно требуется 180 вольт, для работы VFD требуется только относительно низкое напряжение, 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.
Для управления Nixies были доступны специализированные микросхемы высоковольтных драйверов, 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.
Ссылаясь на недовольство эстетикой современных цифровых дисплеев и ностальгическую любовь к стилю устаревших технологий, значительное количество энтузиастов электроники проявили интерес к возрождению Nixies. [15] Непроданные лампы, которые десятилетиями лежали на складах, вывозятся и используются, причем наиболее распространенным применением являются самодельные цифровые часы. [11] [16] [10] В период своего расцвета Nixies обычно считались слишком дорогими для использования в потребительских товарах массового рынка, таких как часы. [10] Недавний всплеск спроса привел к значительному росту цен, особенно на большие трубки, 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 интернет-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.
Прототип Nixie Tube и патентный материал были представлены музею ее изобретателем Дэвидом Хагельбаргером.
70 появляются примерно в одном и том же месте.
Таким образом, любая из десяти цифр может отображаться, вызывая свечение соответствующего катода.
