Введение
Электронное цифровое отображающее устройство
Никси-трубка (/'nɪk.siː/ NIKsee), или холоднокатодный дисплей, – это электронное устройство, используемое для отображения цифр или другой информации посредством газового разряда. Стеклянная трубка содержит анод в виде проволочной сетки и несколько катодов, выполненных в форме цифр или других символов. Подача напряжения на один из катодов окружает его оранжевым свечением. Трубка заполнена газом при низком давлении, обычно в основном неоном с небольшим добавлением аргона, в смеси Пеннинга. В более поздних моделях никси-трубок для увеличения срока службы устройства добавлялось небольшое количество ртути, чтобы уменьшить отравление катода и распыление материала. Несмотря на внешнее сходство с вакуумной лампой, принцип её работы не основан на термоэлектронной эмиссии электронов с нагретого катода. Таким образом, это холодная катодная трубка (разновидность газонаполненной трубки), являющаяся вариантом неоновой лампы. Такие трубки редко нагреваются даже в самых тяжелых условиях эксплуатации при комнатной температуре. Вакуумно-флуоресцентные дисплеи того же периода используют совершенно иную технологию – они оснащены нагретым катодом, управляющей сеткой и анодами, покрытыми люминофором; никси-трубки не имеют нагревателя или управляющей сетки, обычно одного анода (в виде проволочной сетки, который не следует путать с управляющей сеткой) и катодов из металла заданной формы.
Дизайн
Наиболее распространенная форма трубки Никси имеет десять катодов в форме цифр от 0 до 9 (и иногда десятичную точку или две), но существуют также типы, отображающие различные буквы, знаки и символы. Поскольку цифры и другие символы расположены один за другим, каждый символ кажется находящимся на разной глубине, что придает дисплеям на основе трубок Никси характерный вид. Связанным устройством является пикси-трубка, которая использует трафаретную маску с отверстиями в форме цифр вместо катодов специальной формы. Некоторые советские трубки Никси, например ИH 14 (IN 14), использовали перевернутую цифру 2 в качестве цифры 5, вероятно, для снижения производственных затрат. Каждый катод может быть заставлен светиться характерным неоново-красно-оранжевым цветом при подаче примерно 170 вольт постоянного тока при токе в несколько миллиампер между катодом и анодом. Ограничение тока обычно реализуется с помощью анодного резистора в несколько десятков тысяч Ом. Трубки Никси обладают отрицательным сопротивлением и сохраняют свечение при напряжении на 20–30 В ниже напряжения пробоя. Между типами можно заметить некоторую разницу в цвете, вызванную различиями в используемых газовых смесях. В более поздних трубках с увеличенным сроком службы добавлялась ртуть для уменьшения распыления. Советские трубки ИH 12A (IN 12A) и ИH 12B (IN 12B) используют последовательность цифр 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 от переднего края (3) к заднему (1), при этом цифра 5 представляет собой перевернутую 2. На трубках ИH 12B десятичная точка расположена в нижней части слева между цифрами 8 и 3.
Применение и срок службы
Никси использовались в качестве цифровых индикаторов в ранних цифровых вольтметрах, мультиметрах, частотомерах и многих других типах технического оборудования. Они также применялись в дорогих цифровых дисплеях времени, используемых в научно-исследовательских и военных учреждениях, и во многих ранних электронных настольных калькуляторах, включая первый: Sumlock Comptometer ANITA Mk VII 1961 года и даже первые электронные телефонные коммутаторы. Позднее алфавитно-цифровые версии в формате с четырнадцатью сегментами нашли применение в табло прибытия и отправления рейсов в аэропортах и на дисплеях биржевых котировок. Некоторые лифты использовали индикаторы Никси для отображения номеров этажей. Средняя продолжительность службы никсовых ламп варьировалась от примерно 5000 часов для самых ранних типов до 200 000 часов и более для некоторых последних моделей. Четкого определения "конца срока службы" для Никси не существует, за исключением механических поломок. Некоторые производители использовали никсовые лампы, изготовленные из материалов, предотвращающих износ (например, не содержащих силикатов и алюминия), или программировали устройства для периодической прокрутки всех цифр, чтобы активировать редко используемые. В качестве подтверждения их долговечности и надежности оборудования, в котором они применялись, в 2006 году несколько поставщиков по-прежнему предлагали распространенные типы никсовых ламп в качестве запасных частей, новые в оригинальной упаковке. Устройств с никсовыми индикаторами в отличном рабочем состоянии до сих пор много, хотя многие из них эксплуатируются уже 30–40 лет и более. Такие изделия легко найти в избытке и приобрести по невысокой цене. В бывшем Советском Союзе Никси продолжали производиться крупными партиями в 1980-х годах, поэтому российские и восточноевропейские Никси все еще доступны.
Альтернативы и преемники
Другие технологии цифрового отображения включают световоды, заднюю проекцию и дисплеи с краевым освещением (все используют отдельные лампы накаливания или неоновые лампы для подсветки), индикаторы Numitron с нитями накаливания, семисегментные дисплеи Panaplex и вакуумно-флуоресцентные индикаторы. До того, как индикаторы Nixie стали широко распространены, большинство цифровых дисплеев были электромеханическими, использующими шаговые механизмы для отображения цифр либо непосредственно с помощью цилиндров с нанесенными на роторы цифрами, либо косвенно, подключая выходы шаговых переключателей к индикаторным лампам. Позже некоторые старинные часы даже использовали разновидность шагового переключателя для управления индикаторами Nixie. Индикаторы Nixie в 1970-х годах были вытеснены светодиодами (LED) и вакуумно-флуоресцентными дисплеями (VFD), часто в виде семисегментных дисплеев. VFD используют горячую нить для испускания электронов, управляющую сетку и аноды, покрытые люминофором (подобные кинескопу), сформированные для отображения сегментов цифр, пикселей графического дисплея или полных букв, символов или слов. В то время как индикаторы Nixie обычно требуют 180 вольт для свечения, VFD работают от относительно низкого напряжения, что делает их более простыми и дешевыми в использовании. VFD имеют простую внутреннюю структуру, обеспечивающую яркое, четкое и неискаженное изображение. В отличие от Nixie, стеклянный баллон VFD эвакуирован, а не заполнен определенной смесью газов под низким давлением. Для управления индикаторами Nixie были доступны специализированные микросхемы высоковольтных драйверов, такие как 7441/74141. Светодиоды лучше подходят для низких напряжений, обычно используемых 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 хрупкого стеклянного баллона. Светодиоды потребляют меньше энергии, чем VFD или индикаторы Nixie при выполнении одной и той же функции.
Наследие
Ссылаясь на недовольство эстетикой современных цифровых дисплеев и ностальгическую привязанность к стилю устаревшей техники, значительное число энтузиастов электроники проявили интерес к возрождению индикаторов Nixie. Непроданные трубки, десятилетиями пролежавшие на складах, извлекаются и используются, причём наиболее распространённое применение – создание самодельных цифровых часов. В период расцвета индикаторы Nixie обычно считались слишком дорогими для использования в массовых потребительских товарах, таких как часы. Этот недавний всплеск спроса привёл к значительному росту цен, особенно на крупные трубки, что вновь сделало экономически целесообразным мелкосерийное производство новых устройств. Помимо самой трубки, важным фактором является и относительно высокое напряжение, необходимое для её работы. Оригинальные интегральные схемы драйверов серии 7400, такие как драйвер-декодер BCD 74141, давно сняты с производства и встречаются реже, чем новые старые запасы (NOS) трубок. 74141 всё ещё доступен как NOS у различных интернет-поставщиков, а советский аналог K155ID1 продолжает производиться. Однако современные биполярные транзисторы с высокими вольт-амперными характеристиками, такие как MPSA92 или MPSA42, теперь доступны по низкой цене.