Tubo Nixie - Nixie tube

Os dez dígitos de um tubo GN-4 Nixie

Um tubo Nixie ( Inglês: / n ɪ k . S i / NIK -ver ), ou exibição de cátodo frio , é uma electrónica dispositivo utilizado para exibir numerais ou outras informações usando descarga luminescente .

Dentro de um tubo Nixie quebrado

O tubo de vidro contém um ânodo de malha de arame e vários cátodos , em forma de numerais ou outros símbolos. Aplicar energia a um cátodo envolve-o com uma descarga brilhante laranja . O tubo é preenchido com um gás a baixa pressão, geralmente na maior parte neon e freqüentemente um pouco de mercúrio ou argônio , em uma mistura de Penning .

Embora tenha a aparência de um tubo de vácuo , seu funcionamento não depende da emissão termiônica de elétrons de um cátodo aquecido. É, portanto, um tubo de cátodo frio (uma forma de tubo cheio de gás ) e uma variante da lâmpada de néon . Esses tubos raramente excedem 40 ° C (104 ° F), mesmo sob as mais severas condições de operação em uma sala à temperatura ambiente. Os monitores fluorescentes a vácuo da mesma época usam uma tecnologia completamente diferente - eles têm um cátodo aquecido junto com uma grade de controle e ânodos de fósforo moldados; Os Nixies não têm aquecedor ou grade de controle, normalmente um único ânodo (na forma de uma malha de arame, não deve ser confundida com uma grade de controle) e cátodos de metal em forma.

História

Contador de frequência Systron-Donner de 1973 com display de tubo Nixie

Os primeiros visores do Nixie foram feitos por um pequeno fabricante de tubos a vácuo chamado Haydu Brothers Laboratories, e introduzidos em 1955 pela Burroughs Corporation , que comprou a Haydu. O nome Nixie foi derivado por Burroughs de "NIX I", uma abreviatura de "Numeric Indicator eXperimental No. 1", embora isso possa ter sido um backronym projetado para justificar a evocação da criatura mítica com este nome . Centenas de variações desse projeto foram fabricadas por muitas empresas, desde os anos 1950 até os anos 1990. A Burroughs Corporation apresentou "Nixie" e possuía o nome Nixie como marca registrada . Monitores semelhantes ao Nixie feitos por outras empresas tinham nomes de marcas registradas, incluindo Digitron , Inditron e Numicator . Um termo genérico apropriado é tubo de leitura de néon de cátodo frio , embora a frase tubo Nixie tenha entrado rapidamente no vernáculo como um nome genérico.

Burroughs tinha até outro tubo Haydu que poderia operar como um contador digital e acionar diretamente um tubo Nixie para exibição. Isso foi chamado de "Trocotron", posteriormente conhecido como tubo contador "Beam-X Switch"; outro nome era "tubo de comutação de feixe de magnetron", referindo-se a sua derivação de um magnetron de ânodo dividido . Trochotrons foram usados ​​no computador UNIVAC 1101 , bem como em relógios e contadores de freqüência.

Os primeiros trocotrons eram circundados por um ímã cilíndrico oco, com pólos nas extremidades. O campo dentro do ímã tinha linhas de força essencialmente paralelas, paralelas ao eixo do tubo. Era um tubo de vácuo termiônico; dentro havia um cátodo central, dez ânodos e dez eletrodos "pá". O campo magnético e as tensões aplicadas aos eletrodos faziam com que os elétrons formassem uma folha espessa (como em um magnetron de cavidade) que ia para apenas um ânodo. Aplicar um pulso com largura e tensões especificadas às espadas fez a folha avançar para o próximo ânodo, onde permaneceu até o próximo pulso de avanço. A direção da contagem era determinada pela direção do campo magnético e, como tal, não era reversível. Uma forma posterior de trocotron chamada Beam-X Switch substituiu o grande e pesado ímã cilíndrico externo por dez pequenos ímãs internos de liga metálica que também serviam como eletrodos.

Este tubo Nixie de Í-19А (IN-19A) exibe símbolos, incluindo% e ° C.

Os tubos de contagem de transferência de brilho, semelhantes em função essencial aos trocotros, tinham uma descarga de brilho em um de vários cátodos principais, visível através do topo do envelope de vidro. A maioria usava uma mistura de gás à base de neon e contava na base 10, mas os tipos mais rápidos eram baseados em argônio, hidrogênio ou outros gases e, para cronometragem e aplicações semelhantes, alguns tipos de base 12 estavam disponíveis. Conjuntos de catodos "guias" (geralmente dois conjuntos, mas alguns tipos tinham um ou três) entre os catodos indicadores moviam o brilho em etapas para o próximo catodo principal. Tipos com dois ou três conjuntos de cátodos-guia podem contar em qualquer direção. Um nome comercial bem conhecido para tubos contador de transferência de brilho no Reino Unido era Dekatron . Tipos com conexões para cada cátodo indicador individual, que permitiam predefinir o estado do tubo para qualquer valor (em contraste com tipos mais simples que só podiam ser redefinidos diretamente para zero ou um pequeno subconjunto de seu número total de estados), eram comercializados com tubos Selectron .

Dispositivos que funcionavam da mesma maneira que os tubos Nixie foram patenteados na década de 1930, e os primeiros tubos de exibição produzidos em massa foram introduzidos em 1954 pela National Union Co. sob a marca Inditron. No entanto, sua construção era mais tosca, sua vida útil média era mais curta e eles não conseguiram encontrar muitas aplicações devido à sua periferia complexa.

Projeto

A forma mais comum de tubo de Nixie tem dez cátodos nas formas dos algarismos de 0 a 9 (e ocasionalmente um ponto decimal ou dois), mas também existem tipos que mostram várias letras, sinais e símbolos. Como os números e outros caracteres são organizados um atrás do outro, cada caractere aparece em uma profundidade diferente, dando às exibições baseadas em Nixie uma aparência distinta. Um dispositivo relacionado é o tubo pixie , que usa uma máscara de estêncil com orifícios em forma de numeral em vez de cátodos em forma. Alguns Nixies russos, por exemplo, o ИH-14 (IN-14), usavam um dígito 2 invertido como o dígito 5, presumivelmente para economizar custos de fabricação, pois não há nenhuma razão técnica ou estética óbvia.

ИH-14 (IN-14) Tubos Nixie exibindo "25". O 5 é implementado com um 2 de cabeça para baixo.

Cada cátodo pode ser feito para brilhar na cor laranja-vermelha característica neon aplicando cerca de 170 volts DC a alguns miliamperes entre um cátodo e o ânodo. A limitação de corrente é normalmente implementada como um resistor anódico de algumas dezenas de milhares de ohms . Nixies exibem resistência negativa e manterão seu brilho em tipicamente 20 V a 30 V abaixo da tensão de ataque. Pode-se observar alguma variação de cor entre os tipos, causada por diferenças nas misturas de gases utilizadas. Tubos de vida mais longa que foram fabricados posteriormente na linha do tempo do Nixie têm mercúrio adicionado para reduzir a pulverização catódica, resultando em uma coloração azul ou roxa para a luz emitida. Em alguns casos, essas cores são filtradas por um revestimento de filtro vermelho ou laranja no vidro.

Uma vantagem do tubo Nixie é que seus cátodos são projetados tipograficamente, moldados para legibilidade. Na maioria dos tipos, eles não são colocados em sequência numérica de trás para a frente, mas dispostos de forma que os cátodos na frente obscurecem o cátodo aceso minimamente. Um desses arranjos é 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 da frente (6) para trás (1). Os tubos russos ИH-12A (IN-12A) e ИH-12B (IN-12B) usam o arranjo de número 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 da frente (3) para trás (1), com o 5 sendo uma parte superior down 2. Os tubos ИH-12B apresentam um ponto decimal inferior esquerdo entre os números 8 e 3.

Aplicativos e tempo de vida

O arranjo de dígitos empilhados em um tubo Nixie é visível neste ZM1210 (despojado).
Par de tubos de exibição Nixie NL-5441

Nixies eram usados ​​como displays numéricos nos primeiros voltímetros digitais , multímetros , contadores de frequência e muitos outros tipos de equipamentos técnicos. Eles também apareceram em dispendiosos monitores digitais de tempo usados ​​em estabelecimentos militares e de pesquisa, e em muitas das primeiras calculadoras eletrônicas de mesa , incluindo a primeira: o Sumlock-Comptometer ANITA Mk VII de 1961 e até mesmo as primeiras centrais telefônicas eletrônicas . Versões alfanuméricas posteriores em formato de exibição de quatorze segmentos são usadas em sinais de chegada / partida de aeroportos e mostradores de cotações da bolsa . Alguns elevadores usavam Nixies para exibir os números dos andares.

A longevidade média dos tubos Nixie variou de cerca de 5.000 horas para os primeiros tipos, até 200.000 horas ou mais para alguns dos últimos tipos a serem introduzidos. Não há uma definição formal sobre o que constitui "fim de vida" para Nixies, exceto falha mecânica. Algumas fontes sugerem que a cobertura de brilho incompleta de um glifo (" envenenamento do cátodo ") ou aparecimento de brilho em outra parte do tubo não seria aceitável.

Os tubos Nixie são suscetíveis a vários modos de falha, incluindo:

  • Quebra simples
  • Rachaduras e vazamentos de vedação hermética permitindo a entrada da atmosfera
  • Envenenamento por cátodo impedindo parte ou todos de um ou mais caracteres de iluminar
  • Aumento da tensão de ataque causando oscilação ou falha na iluminação
  • Pulverização do metal do eletrodo no envelope de vidro bloqueando a visão dos cátodos
  • Abertura interna ou curto-circuito que pode ser devido a abuso físico ou pulverização catódica

Conduzir Nixies fora de seus parâmetros elétricos especificados irá acelerar sua morte, especialmente o excesso de corrente, o que aumenta a pulverização catódica dos eletrodos. Alguns exemplos extremos de pulverização catódica resultaram na desintegração completa dos cátodos de tubo de Nixie.

O envenenamento por cátodo pode ser diminuído limitando a corrente através dos tubos para significativamente abaixo de sua classificação máxima, através do uso de tubos Nixie construídos com materiais que evitam o efeito (por exemplo, por ser livre de silicatos e alumínio), ou por dispositivos de programação para circular periodicamente todos os dígitos para que os raramente exibidos sejam ativados.

Como prova de sua longevidade, e do equipamento que os incorporou, a partir de 2006 vários fornecedores ainda fornecem tipos de tubos Nixie comuns como peças de reposição, novos na embalagem original. Equipamentos com visores de tubo Nixie em excelentes condições de funcionamento ainda são abundantes, embora muitos deles estejam em uso frequente por 30–40 anos ou mais. Esses itens podem ser facilmente encontrados como excedentes e obtidos com muito poucas despesas. Na ex-União Soviética, os Nixies ainda eram fabricados em grande volume na década de 1980, de modo que os Nixies da Rússia e do Leste Europeu ainda estão disponíveis.

Alternativas e sucessores

Outras tecnologias de display numérico em uso concomitantemente incluem transparências colunares retroiluminadas ("displays de termômetro"), tubos de luz, projeção traseira e displays de guia de luz iluminados pelas bordas (todos usando lâmpadas incandescentes individuais ou neon para iluminação), leituras de filamento incandescente Numitron, Panaplex monitores de sete segmentos e tubos fluorescentes a vácuo . Antes que os tubos Nixie se tornassem proeminentes, a maioria dos monitores numéricos eram eletromecânicos, usando mecanismos de passo para exibir dígitos, seja diretamente pelo uso de cilindros com numerais impressos anexados aos seus rotores, ou indiretamente, conectando as saídas dos interruptores de passo às lâmpadas indicadoras. Mais tarde, alguns relógios antigos até usaram uma forma de interruptor de passo para acionar as válvulas Nixie.

Os tubos Nixie foram substituídos na década de 1970 por diodos emissores de luz (LEDs) e telas fluorescentes a vácuo (VFDs), geralmente na forma de telas de sete segmentos . O VFD usa um filamento quente para emitir elétrons, uma grade de controle e ânodos revestidos de fósforo (semelhantes a um tubo de raios catódicos ) em forma de representar segmentos de um dígito, pixels de uma tela gráfica ou letras completas, símbolos ou palavras. Enquanto os Nixies normalmente requerem 180 volts para iluminar, os VFDs requerem tensões relativamente baixas para operar, tornando-os mais fáceis e baratos de usar. Os VFDs têm uma estrutura interna simples, resultando em uma imagem clara, nítida e desobstruída. Ao contrário de Nixies, o envelope de vidro de um VFD é evacuado em vez de ser preenchido com uma mistura específica de gases em baixa pressão.

Chips de driver de alta voltagem especializados, como o 7441/74141, estavam disponíveis para controlar o Nixies. Os LEDs são mais adequados para as baixas tensões que os circuitos integrados de semicondutores normalmente usam, o que era uma vantagem para dispositivos como calculadoras de bolso, relógios digitais e instrumentos de medição digital portáteis. Além disso, os LEDs são muito menores e mais resistentes, sem um envoltório de vidro frágil. LEDs usam menos energia do que VFDs ou tubos Nixie com a mesma função.

Legado

Um relógio Nixie com seis tubos ZM1210 feito pela Telefunken
Um relógio Nixie no pulso de Steve Wozniak , cofundador da Apple Inc.

Citando a insatisfação com a estética dos monitores digitais modernos e uma predileção nostálgica pelo estilo de tecnologia obsoleta, um número significativo de entusiastas da eletrônica mostraram interesse em reviver o Nixies. Tubos não vendidos que ficaram parados em depósitos por décadas estão sendo trazidos e usados, sendo a aplicação mais comum em relógios digitais caseiros. Durante seu apogeu, os Nixies eram geralmente considerados caros demais para uso em bens de consumo de massa, como relógios. Este recente aumento na demanda fez com que os preços subissem significativamente, especialmente para tubos grandes, tornando a produção em pequena escala de novos dispositivos novamente viável.

Além do tubo em si, outra consideração importante é o circuito de tensão relativamente alta necessário para acionar o tubo. Os circuitos integrados dos drivers da série 7400 originais , como o driver do decodificador 74141 BCD , estão há muito tempo fora de produção e são mais raros do que os tubos NOS . Apenas "Integral" na Bielorrússia lista o 74141 e seu equivalente soviético, o K155ID1, como ainda em produção. No entanto, transistores bipolares modernos com classificações de alta voltagem agora estão disponíveis a baixo custo, como MPSA92 ou MPSA42.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos