Tubo de Nixie - Nixie tube

Los diez dígitos de un tubo GN-4 Nixie

Un tubo Nixie ( Inglés: / n ɪ k . S i / NIK -ver ) o display de cátodo frío , es una electrónica de dispositivo utilizado para visualizar números u otra información mediante descarga luminiscente .

Dentro de un tubo Nixie roto

El tubo de vidrio contiene un ánodo de malla de alambre y varios cátodos , con forma de números u otros símbolos. La aplicación de energía a un cátodo lo rodea con una descarga luminiscente naranja . El tubo se llena con un gas a baja presión, generalmente neón y, a menudo, un poco de mercurio o argón , en una mezcla de Penning .

Aunque se parece a un tubo de vacío en apariencia, su funcionamiento no depende de la emisión termoiónica de electrones de un cátodo calentado. Por lo tanto, es un tubo de cátodo frío (una forma de tubo lleno de gas ) y es una variante de la lámpara de neón . Dichos tubos rara vez superan los 40 ° C (104 ° F) incluso en las condiciones de funcionamiento más severas en una habitación a temperatura ambiente. Las pantallas fluorescentes de vacío de la misma época utilizan una tecnología completamente diferente: tienen un cátodo calentado junto con una rejilla de control y ánodos de fósforo con forma; Los Nixies no tienen calentador o rejilla de control, por lo general un solo ánodo (en forma de malla de alambre, que no debe confundirse con una rejilla de control) y cátodos de metal desnudo con forma.

Historia

Contador de frecuencia Systron-Donner de 1973 con pantalla de tubo Nixie

Las primeras pantallas de Nixie fueron hechas por un pequeño fabricante de tubos de vacío llamado Haydu Brothers Laboratories, y fueron introducidas en 1955 por Burroughs Corporation , que compró Haydu. El nombre Nixie fue derivado por Burroughs de "NIX I", una abreviatura de "Numeric Indicator eXperimental No. 1", aunque esto puede haber sido un backronym diseñado para justificar la evocación de la criatura mítica con este nombre . Muchas empresas fabricaron cientos de variaciones de este diseño, desde la década de 1950 hasta la de 1990. Burroughs Corporation introdujo "Nixie" y poseía el nombre Nixie como marca comercial . Las pantallas tipo Nixie fabricadas por otras firmas tenían marcas registradas como Digitron , Inditron y Numicator . Un término genérico adecuado es tubo de lectura de neón de cátodo frío , aunque la frase tubo Nixie entró rápidamente en la lengua vernácula como nombre genérico.

Burroughs incluso tenía otro tubo Haydu que podía funcionar como contador digital y conducir directamente un tubo Nixie para su visualización. Esto se llamó un "Trochotron", en una forma posterior conocida como el tubo contador "Beam-X Switch"; otro nombre era "tubo de conmutación de haz de magnetrón", refiriéndose a su derivación de un magnetrón de ánodo dividido . Los trochotrones se utilizaron en la computadora UNIVAC 1101 , así como en relojes y contadores de frecuencia.

Los primeros trochotrones estaban rodeados por un imán cilíndrico hueco, con polos en los extremos. El campo dentro del imán tenía líneas de fuerza esencialmente paralelas, paralelas al eje del tubo. Era un tubo de vacío termoiónico; en el interior había un cátodo central, diez ánodos y diez electrodos de "pala". El campo magnético y los voltajes aplicados a los electrodos hicieron que los electrones formaran una hoja gruesa (como en un magnetrón de cavidad) que iba a un solo ánodo. La aplicación de un pulso con un ancho y voltajes especificados a las palas hizo que la hoja avanzara al siguiente ánodo, donde permaneció hasta el siguiente pulso de avance. La dirección del recuento estaba determinada por la dirección del campo magnético y, como tal, no era reversible. Una forma posterior de trochotron llamada Beam-X Switch reemplazó el imán cilíndrico externo grande y pesado por diez pequeños imanes internos de varilla de aleación de metal que también sirvieron como electrodos.

Este tubo Nixie ИН-19А (IN-19A) muestra símbolos, incluidos% y ° C.

Los tubos contadores de transferencia luminiscente, similares en función esencial a los trochotrones, tenían una descarga luminiscente en uno de varios cátodos principales, visible a través de la parte superior del sobre de vidrio. La mayoría usaba una mezcla de gas a base de neón y se contaba en base 10, pero los tipos más rápidos se basaban en argón, hidrógeno u otros gases, y para el cronometraje y aplicaciones similares estaban disponibles algunos tipos de base 12. Conjuntos de cátodos "guía" (normalmente dos conjuntos, pero algunos tipos tenían uno o tres) entre los cátodos indicadores movían el resplandor en pasos al siguiente cátodo principal. Los tipos con dos o tres juegos de cátodos guía podrían contar en cualquier dirección. Un nombre comercial bien conocido para los tubos contadores de transferencia luminiscente en el Reino Unido era Dekatron . Los tipos con conexiones a cada cátodo indicador individual, que permitían preestablecer el estado del tubo en cualquier valor (en contraste con los tipos más simples que solo podían restablecerse directamente a cero o un pequeño subconjunto de su número total de estados), se comercializaron con el nombre de tubos Selectron .

Los dispositivos que funcionaban de la misma manera que los tubos Nixie fueron patentados en la década de 1930, y los primeros tubos de exhibición producidos en masa fueron introducidos en 1954 por National Union Co. bajo la marca Inditron. Sin embargo, su construcción fue más burda, su vida útil promedio fue más corta y no pudieron encontrar muchas aplicaciones debido a su compleja periferia.

Diseño

La forma más común de tubo Nixie tiene diez cátodos en la forma de los números del 0 al 9 (y ocasionalmente un punto decimal o dos), pero también hay tipos que muestran varias letras, signos y símbolos. Debido a que los números y otros personajes están ordenados uno detrás del otro, cada personaje aparece a una profundidad diferente, dando a las pantallas basadas en Nixie una apariencia distinta. Un dispositivo relacionado es el tubo pixie , que usa una máscara de plantilla con agujeros en forma de números en lugar de cátodos en forma. Algunos Nixies rusos, por ejemplo, el ИH-14 (IN-14), utilizaron un dígito 2 al revés como el dígito 5, presumiblemente para ahorrar costos de fabricación, ya que no hay una razón técnica o estética obvia.

ИH-14 (IN-14) Tubos Nixie que muestran "25". El 5 se implementa con un 2 al revés.

Se puede hacer que cada cátodo brille en el color rojo anaranjado característico de neón aplicando aproximadamente 170 voltios de CC a unos pocos miliamperios entre un cátodo y el ánodo. La limitación de corriente se implementa normalmente como una resistencia de ánodo de unas pocas decenas de miles de ohmios . Los Nixies exhiben una resistencia negativa y mantendrán su brillo típicamente entre 20 V y 30 V por debajo del voltaje de impacto. Se puede observar cierta variación de color entre tipos, causada por diferencias en las mezclas de gases utilizadas. Los tubos de mayor vida útil que se fabricaron más tarde en la línea de tiempo de Nixie tienen mercurio agregado para reducir el chisporroteo, lo que da como resultado un tinte azul o púrpura en la luz emitida. En algunos casos, estos colores se filtran mediante una capa de filtro roja o naranja en el vidrio.

Una de las ventajas del tubo Nixie es que sus cátodos tienen un diseño tipográfico y una forma de legibilidad. En la mayoría de los tipos, no se colocan en secuencia numérica de atrás hacia adelante, sino que están dispuestos de manera que los cátodos al frente oscurezcan mínimamente el cátodo iluminado. Uno de estos arreglos es 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 desde el frente (6) hacia atrás (1). Los tubos rusos ИH-12A (IN-12A) y ИH-12B (IN-12B) utilizan la disposición numérica 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 desde el frente (3) hacia atrás (1), siendo el 5 un lado positivo abajo 2. Los tubos ИH-12B tienen un punto decimal en el extremo inferior izquierdo entre los números 8 y 3.

Aplicaciones y vida útil

La disposición de los dígitos apilados en un tubo Nixie es visible en este ZM1210 (despojado).
Par de tubos de visualización NL-5441 Nixie

Los Nixies se utilizaron como pantallas numéricas en los primeros voltímetros digitales , multímetros , contadores de frecuencia y muchos otros tipos de equipos técnicos. También aparecieron en costosas pantallas digitales de tiempo utilizadas en investigaciones y establecimientos militares, y en muchas de las primeras calculadoras electrónicas de escritorio , incluida la primera: el Sumlock-Comptometer ANITA Mk VII de 1961 e incluso las primeras centralitas telefónicas electrónicas . Las versiones alfanuméricas posteriores en formato de pantalla de catorce segmentos se utilizaron en las señales de llegada / salida de los aeropuertos y en las pantallas de cotizaciones de valores . Algunos ascensores usaban Nixies para mostrar los números de piso.

La longevidad promedio de los tubos Nixie varió desde alrededor de 5,000 horas para los primeros tipos, hasta 200,000 horas o más para algunos de los últimos tipos que se introdujeron. No existe una definición formal de lo que constituye el "fin de la vida útil" de los Nixies, salvo fallas mecánicas. Algunas fuentes sugieren que la cobertura de brillo incompleta de un glifo (" envenenamiento de cátodo ") o la aparición de brillo en otra parte del tubo no sería aceptable.

Los tubos Nixie son susceptibles a múltiples modos de falla, que incluyen:

  • Rotura simple
  • Grietas y fugas de sellado hermético que permiten la entrada de la atmósfera
  • Envenenamiento por cátodos que evita que parte o la totalidad de uno o más caracteres se iluminen
  • Aumento del voltaje de golpe que causa parpadeo o falta de luz.
  • Salpicadura de metal del electrodo sobre la envoltura de vidrio que bloquea la vista de los cátodos
  • Circuitos abiertos o cortocircuitos internos que pueden deberse a abuso físico o chisporroteo

Conducir Nixies fuera de sus parámetros eléctricos especificados acelerará su desaparición, especialmente el exceso de corriente, lo que aumenta el chisporroteo de los electrodos. Algunos ejemplos extremos de pulverización catódica incluso han provocado la desintegración completa de los cátodos de tubo de Nixie.

El envenenamiento por cátodos puede reducirse limitando la corriente a través de los tubos a un valor significativamente inferior a su clasificación máxima, mediante el uso de tubos Nixie construidos con materiales que evitan el efecto (por ejemplo, al estar libres de silicatos y aluminio), o mediante la programación de dispositivos para realizar ciclos periódicamente. todos los dígitos para que se activen los que rara vez se muestran.

Como testimonio de su longevidad y de los equipos que los incorporaron, a partir de 2006 varios proveedores todavía ofrecen tipos de tubos Nixie comunes como piezas de repuesto, nuevos en su embalaje original. Los equipos con pantallas de tubo Nixie en excelentes condiciones de funcionamiento todavía son abundantes, aunque muchos de ellos se han utilizado con frecuencia durante 30 a 40 años o más. Estos artículos pueden encontrarse fácilmente como excedentes y obtenerse con muy poco gasto. En la antigua Unión Soviética, los Nixies todavía se fabricaban en volumen en la década de 1980, por lo que los Nixies rusos y de Europa del Este todavía están disponibles.

Alternativas y sucesores

Otras tecnologías-numérica de visualización simultáneamente en uso incluyen retroiluminados columnares transparencias ( "termómetro muestra"), tubos de luz, de retroproyección y de borde iluminado muestra de guía de luz (todo utilizando individuo incandescente o neón bombillas de luz para la iluminación), Numitron lecturas de filamento incandescente, Panaplex pantallas de siete segmentos y tubos de visualización fluorescentes al vacío . Antes de que los tubos Nixie se volvieran prominentes, la mayoría de las pantallas numéricas eran electromecánicas, utilizando mecanismos de pasos para mostrar dígitos, ya sea directamente mediante el uso de cilindros con números impresos conectados a sus rotores, o indirectamente conectando las salidas de los interruptores paso a paso a las bombillas indicadoras. Más tarde, algunos relojes antiguos incluso utilizaron una forma de interruptor de pasos para impulsar los tubos Nixie.

Los tubos Nixie fueron reemplazados en la década de 1970 por diodos emisores de luz (LED) y pantallas fluorescentes al vacío (VFD), a menudo en forma de pantallas de siete segmentos . El VFD utiliza un filamento caliente para emitir electrones, una rejilla de control y ánodos recubiertos de fósforo (similar a un tubo de rayos catódicos ) con forma de representar segmentos de un dígito, píxeles de una pantalla gráfica o letras, símbolos o palabras completas. Mientras que los Nixies generalmente requieren 180 voltios para iluminarse, los VFD solo requieren voltajes relativamente bajos para funcionar, lo que los hace más fáciles y económicos de usar. Los VFD tienen una estructura interna simple, lo que da como resultado una imagen brillante, nítida y sin obstrucciones. A diferencia de los Nixies, la envoltura de vidrio de un VFD se evacua en lugar de llenarse con una mezcla específica de gases a baja presión.

Los chips controladores de alto voltaje especializados, como el 7441/74141, estaban disponibles para conducir Nixies. Los LED se adaptan mejor a los bajos voltajes que suelen utilizar los circuitos integrados de semiconductores , lo que fue una ventaja para dispositivos como calculadoras de bolsillo, relojes digitales e instrumentos de medición digitales portátiles. Además, los LED son mucho más pequeños y resistentes, sin una envoltura de vidrio frágil. Los LED usan menos energía que los VFD o los tubos Nixie con la misma función.

Legado

Un reloj Nixie con seis tubos ZM1210 fabricado por Telefunken
Un reloj Nixie en la muñeca de Steve Wozniak , cofundador de Apple Inc.

Citando la insatisfacción con la estética de las pantallas digitales modernas y una afición nostálgica por el estilo de la tecnología obsoleta, un número significativo de entusiastas de la electrónica han mostrado interés en revivir las Nixies. Los tubos sin vender que han estado almacenados en los almacenes durante décadas se están sacando y utilizando, siendo la aplicación más común en los relojes digitales caseros. Durante su apogeo, los Nixies generalmente se consideraban demasiado caros para su uso en bienes de consumo del mercado masivo, como los relojes. Este reciente aumento de la demanda ha provocado un aumento significativo de los precios, en particular para los tubos grandes, lo que hace que la producción a pequeña escala de nuevos dispositivos vuelva a ser viable.

Además del tubo en sí, otra consideración importante es el circuito de voltaje relativamente alto necesario para impulsar el tubo. Los circuitos integrados de los controladores originales de la serie 7400 , como el controlador del decodificador BCD 74141 , han estado fuera de producción hace mucho tiempo y son más raros que los tubos NOS . Sólo "Integral" en Bielorrusia enumera el 74141 y su equivalente soviético, el K155ID1, todavía en producción. Sin embargo, los transistores bipolares modernos con clasificaciones de alto voltaje ahora están disponibles a bajo costo, como MPSA92 o MPSA42.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos