Nixie tube

Los diez dígitos de un tubo GN-4 Nixie

Un tubo Nixie (NIK-ver), o pantalla de cátodo frío, es un dispositivo electrónico que se utiliza para mostrar números u otra información mediante una descarga luminiscente.

Dentro de un tubo de 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 luminosa de color naranja. El tubo se llena con un gas a baja presión, generalmente en su mayoría neón y, a menudo, un poco de mercurio o argón, en una mezcla de Penning.

Aunque su apariencia se asemeja a un tubo de vacío, su funcionamiento no depende de la emisión termoiónica de electrones desde 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 moldeados; Los Nixies no tienen calentador ni rejilla de control, generalmente 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 Nixie-tube

Las primeras pantallas de Nixie fueron fabricadas por un pequeño fabricante de tubos de vacío llamado Haydu Brothers Laboratories y presentadas en 1955 por Burroughs Corporation, que compró Haydu. Burroughs derivó el nombre Nixie de "NIX I", una abreviatura de "Numeric Indicator eXperimental No. 1", aunque esto puede haber sido un acrónimo 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. La Corporación Burroughs presentó "Nixie" y poseía el nombre Nixie como marca comercial. Las pantallas tipo Nixie fabricadas por otras empresas tenían nombres de marcas registradas, incluidos 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 un nombre genérico.

Burroughs incluso tenía otro tubo Haydu que podía funcionar como un contador digital y controlar directamente un tubo Nixie para su visualización. Esto se denominó "Trochotron", más tarde conocido como "Interruptor Beam-X" contratubo; otro nombre era "tubo de conmutación de haz de magnetrón", en referencia a su derivación de un magnetrón de ánodo dividido. Los trocotrones se utilizaron en la computadora UNIVAC 1101, así como en relojes y contadores de frecuencia.

Los primeros trocotrones 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; dentro había un cátodo central, diez ánodos y diez "palas" electrodos El campo magnético y los voltajes aplicados a los electrodos hicieron que los electrones formaran una lámina gruesa (como en un magnetrón de cavidad) que iba a un solo ánodo. La aplicación de un pulso con el ancho y los voltajes especificados a las espadas hizo que la lámina avanzara hasta el siguiente ánodo, donde permaneció hasta el siguiente pulso de avance. La dirección de conteo estaba determinada por la dirección del campo magnético y, como tal, no era reversible. Una forma posterior de trochotrón llamada Beam-X Switch reemplazó el gran y pesado imán cilíndrico externo con diez pequeños imanes internos de varilla de aleación de metal que también servían como electrodos.

This НН-19А (IN-19A) Tubo Nixie muestra símbolos, incluyendo % y °C.

Los tubos contadores de transferencia de brillo, cuya función esencial es similar a la de los trocotrones, tenían una descarga de brillo en uno de varios cátodos principales, visible a través de la parte superior de la envoltura de vidrio. La mayoría usaba una mezcla de gas a base de neón y 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. Juegos de "guía" Los cátodos (generalmente dos conjuntos, pero algunos tipos tenían uno o tres) entre los cátodos indicadores movieron el brillo en pasos al siguiente cátodo principal. Los tipos con dos o tres conjuntos de cátodos guía podrían contar en cualquier dirección. Un nombre comercial bien conocido para los contratubos de transferencia de brillo 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 (a diferencia de los tipos más simples que solo podían restablecerse directamente a cero o a un pequeño subconjunto de su número total de estados), se comercializaron llamados tubos Selectron.

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

Diseño

La forma más común de tubo Nixie tiene diez cátodos con la forma de los números del 0 al 9 (y ocasionalmente uno o dos puntos decimales), pero también hay tipos que muestran varias letras, signos y símbolos. Debido a que los números y otros caracteres están dispuestos uno detrás de otro, cada carácter aparece a una profundidad diferente, lo que le da a las pantallas basadas en Nixie una apariencia distinta. Un dispositivo relacionado es el tubo de duendecillo, que utiliza una máscara de plantilla con orificios en forma de números en lugar de cátodos con forma. Algunos Nixies rusos, p. el ИH-14 (IN-14), usó un dígito 2 al revés como el dígito 5, presumiblemente para ahorrar costos de fabricación.

Tubos Nixie que muestran "25". El 5 se implementa con un retroceso 2.

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

Una de las ventajas del tubo Nixie es que sus cátodos están diseñados tipográficamente, con forma para que sean legibles. En la mayoría de los tipos, no se colocan en secuencia numérica de atrás hacia adelante, sino que se organizan de manera que los cátodos del frente oscurezcan mínimamente el cátodo encendido. Uno de esos 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) usan la disposición numérica 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 desde el frente (3) hacia atrás (1), con el 5 al revés abajo 2. Los tubos ИH-12B cuentan con un punto decimal en el extremo inferior izquierdo entre los números 8 y 3.

Aplicaciones y vida útil

La disposición de dígitos apilados en un tubo de Nixie es visible en este (tripped) ZM1210.

Par of NL-5441 Tubos de pantalla Nixie

Los nixies se usaban 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 establecimientos militares y de investigación, y en muchas de las primeras calculadoras electrónicas de escritorio, incluida la primera: la 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 usaron en las señales de llegada / salida del aeropuerto y en las pantallas de cotizaciones bursátiles. Algunos ascensores usaban Nixies para mostrar los números de piso.

La longevidad promedio de los tubos Nixie varió desde unas 5000 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 "final de la vida" para Nixies, salvo falla mecánica. Algunas fuentes sugieren que la cobertura de brillo incompleta de un glifo ("envenenamiento de cátodo") o la apariencia de brillo en otra parte del tubo no sería aceptable.

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

• Breakage simple
• Cracks y filtraciones herméticas de sello permitiendo que la atmósfera entre
• Intoxicación por Cathode evitando que parte o todos de uno o más caracteres iluminen
• Incremento del voltaje que causa flicker o falla de luz
• Estrecho de metal electrodo sobre el sobre de vidrio bloqueando las cátodos desde la vista
• Circuitos abiertos o cortos internos que pueden deberse al abuso físico o al espionaje

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

El envenenamiento por cátodos puede reducirse limitando la corriente a través de los tubos por debajo de su valor nominal máximo, mediante el uso de tubos Nixie fabricados con materiales que evitan el efecto (p. ej., sin silicatos ni aluminio) o programando dispositivos para alterna periódicamente entre todos los dígitos para que se activen los que rara vez se muestran.

Como testimonio de su longevidad y la del equipo que los incorporó, a partir de 2006, varios proveedores aún ofrecían tipos de tubos Nixie comunes como piezas de repuesto, nuevos en el embalaje original. Todavía abundan los dispositivos con pantallas de tubo Nixie en excelentes condiciones de funcionamiento, aunque muchos han estado en uso durante 30 a 40 años o más. Dichos artículos pueden encontrarse fácilmente como excedentes y obtenerse a muy bajo costo. En la antigua Unión Soviética, los Nixies todavía se fabricaban en grandes cantidades en la década de 1980, por lo que los Nixies rusos y de Europa del Este todavía están disponibles.

Alternativas y sucesoras

Otras tecnologías de pantallas numéricas que se usaban al mismo tiempo incluían transparencias en columnas retroiluminadas ("pantallas de termómetro"), tubos de luz, retroproyección y pantallas de guía de luz iluminadas en los bordes (todas con bombillas incandescentes o de neón individuales para la iluminación).), lectores de filamentos incandescentes Numitron, pantallas Panaplex de siete segmentos y tubos fluorescentes de vacío. Antes de que los tubos Nixie se hicieran prominentes, la mayoría de las pantallas numéricas eran electromecánicas y usaban mecanismos escalonados para mostrar dígitos, ya sea directamente mediante el uso de cilindros con números impresos unidos a sus rotores, o indirectamente conectando las salidas de los interruptores escalonados a las bombillas indicadoras. Más tarde, algunos relojes antiguos incluso usaron una forma de interruptor de paso para impulsar los tubos Nixie.

Los tubos Nixie fueron reemplazados en la década de 1970 por diodos emisores de luz (LED) y pantallas fluorescentes de 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 (similares a un tubo de rayos catódicos) con forma para 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 encenderse, 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 Nixies, la envoltura de vidrio de un VFD se vacía en lugar de llenarse con una mezcla específica de gases a baja presión.

Los chips de controlador de alto voltaje especializados, como el 7441/74141, estaban disponibles para impulsar Nixies. Los LED se adaptan mejor a los voltajes bajos que suelen utilizar los circuitos integrados de semiconductores, lo que supuso 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 un frágil envoltorio de vidrio. Los LED usan menos energía que los VFD o los tubos Nixie con la misma función.

Legado

Un reloj Nixie con seis tubos ZM1210 hechos 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 Nixies. Los tubos sin vender que han estado en los almacenes durante décadas están siendo sacados y utilizados, 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 relojes. Este reciente aumento de la demanda ha provocado que los precios aumenten significativamente, en particular para los tubos grandes, lo que hace que la producción a pequeña escala de nuevos dispositivos vuelva a ser viable.

Además del propio tubo, 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 aparece el 74141 y su equivalente soviético, el K155ID1, todavía está en producción. Sin embargo, los transistores bipolares modernos con clasificaciones de alto voltaje ahora están disponibles a bajo precio, como MPSA92 o MPSA42.