Un tubo Nixie ( inglés: / ˈ n ɪ k . s iː / NIK -ver ), o pantalla de cátodo frío , [1] es un dispositivo electrónico que se utiliza para mostrar números u otra información mediante descarga luminosa .
El tubo de vidrio contiene un ánodo de malla de alambre y múltiples cátodos , con forma de números u otros símbolos. Al aplicar energía a un cátodo lo rodea con una descarga luminosa de color naranja . El tubo se llena con un gas a baja presión, normalmente neón y una pequeña cantidad de argón , en una mezcla de Penning . [2] [3] En nixies posteriores, para extender la vida útil del dispositivo, se agregó una pequeña cantidad de mercurio para reducir el envenenamiento del cátodo y la chisporroteo .
Aunque en apariencia se parece a un tubo de vacío , su funcionamiento no depende de la emisión termoiónica de electrones de un cátodo calentado. Por tanto, es un tubo de cátodo frío (una forma de tubo lleno de gas ) y es una variante de la lámpara de neón . Estos tubos rara vez superan los 40 °C (104 °F), incluso en las condiciones de funcionamiento más severas en una habitación a temperatura ambiente. [4] 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, normalmente 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.
Los tubos Nixie fueron inventados por David Hagelbarger. [5] [6] Las primeras pantallas Nixie fueron fabricadas por un pequeño fabricante de tubos de vacío llamado Haydu Brothers Laboratories e introducidas en 1955 [7] por Burroughs Corporation , que compró Haydu. El nombre Nixie fue derivado por Burroughs de "NIX I", una abreviatura de "Numeric Indicator eXperimental No. 1", [8] aunque este 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 registrada . Las pantallas tipo Nixie fabricadas por otras empresas tenían nombres registrados como Digitron , Inditron y Numicator . Un término genérico adecuado es tubo de lectura de neón de cátodo frío , aunque la frase tubo Nixie rápidamente entró en la lengua vernácula como nombre genérico.
Burroughs incluso tenía otro tubo Haydu que podía funcionar como contador digital y accionar directamente un tubo Nixie para su visualización. Esto se llamó "Trochotron", en su forma posterior conocida como el tubo contador "Beam-X Switch"; otro nombre era "tubo de conmutación de haz de magnetrón", en referencia a su derivación de un magnetrón de ánodo dividido . Se utilizaron trochotrones 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; 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 lámina gruesa (como en un magnetrón de cavidad) que iba a un solo ánodo. La aplicación de un pulso con un ancho y voltajes específicos a las palas hizo que la hoja avanzara hasta el siguiente ánodo, donde permaneció hasta el siguiente pulso de avance. La dirección del conteo estaba determinada por la dirección del campo magnético y, como tal, no era reversible. Una forma posterior de trochotrón llamada interruptor Beam-X reemplazó el imán cilíndrico externo grande y pesado con diez pequeños imanes de varilla internos de aleación de metal que también servían como electrodos.
Los tubos de conteo por transferencia de brillo, similares en su función esencial a los trocotrones, tenían una descarga luminosa en uno de varios cátodos principales, visible a través de la parte superior de la envoltura de vidrio. La mayoría usaba una mezcla de gases 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. Conjuntos de cátodos "guía" (normalmente dos conjuntos, pero algunos tipos tenían uno o tres) entre los cátodos indicadores movían el brillo en pasos hasta el siguiente cátodo principal. Los tipos con dos o tres juegos de cátodos guía podrían contar en cualquier dirección. Un nombre comercial muy conocido para los tubos contadores 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 (en contraste con los tipos más simples que solo podían restablecerse directamente a cero o a un pequeño subconjunto de su número total de estados), se denominaban comercialmente tubos Selectron .
Al menos un dispositivo que funcionaba de la misma manera que los tubos Nixie fue patentado en la década de 1930 [9] . Northrop y otros presentaron varias patentes relevantes a principios de la década de 1950, y National Union Co. introdujo los primeros tubos de visualización producidos en masa en 1954 bajo la marca Inditron. Sin embargo, la construcción de los primeros Inditrons era más tosca que la de los Nixies posteriores, careciendo de la rejilla de ánodo común, por lo que los números apagados se mantenían en el voltaje del ánodo para funcionar como ánodo efectivo. Su vida media era más corta y no pudieron encontrar muchas aplicaciones debido a sus complejas necesidades de unidades.
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 del otro, cada personaje aparece a una profundidad diferente, lo que le da a las pantallas basadas en Nixie una apariencia distinta. Un dispositivo relacionado es el tubo duendecillo , que utiliza una máscara de plantilla con orificios en forma de números en lugar de cátodos con forma. Algunos Nixies rusos, por ejemplo el ИH-14 (IN-14), utilizaron un dígito 2 invertido como dígito 5, presumiblemente para ahorrar costos de fabricación.
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Se puede hacer que cada cátodo brille en el característico color neón rojo anaranjado aplicando unos 170 voltios CC a unos pocos miliamperios entre el cátodo y el ánodo. La limitación de corriente normalmente se implementa como una resistencia anódica de unas pocas decenas de miles de ohmios . Los Nixies exhiben resistencia negativa y mantendrán su brillo normalmente entre 20 V y 30 V por debajo del voltaje de activación. Se pueden observar algunas variaciones de color entre tipos, causadas por diferencias en las mezclas de gases utilizadas. A los tubos de mayor duración que se fabricaron más adelante en la línea de tiempo de Nixie se les agregó mercurio para reducir la chisporroteo [4] , lo que da como resultado un tinte azul o violeta en la luz emitida. En algunos casos, estos colores se filtran mediante una capa filtrante roja o naranja sobre el cristal.
Una ventaja del tubo Nixie es que sus cátodos están diseñados tipográficamente y tienen una forma que los hace legibles. En la mayoría de los tipos, no están colocados en secuencia numérica de atrás hacia adelante, sino que están dispuestos de manera que los cátodos del frente oscurezcan mínimamente el cátodo iluminado. Una de esas disposiciones es 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 desde el frente (6) hacia atrás (1). [10] [11] Los tubos rusos ИH-12A (IN-12A) e 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 2 al revés. Los tubos ИH-12B cuentan con un punto decimal en el extremo inferior izquierdo entre los números 8 y 3.
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 establecimientos militares y de investigación, 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 visualización de catorce segmentos encontraron uso en señales de llegada/salida de aeropuertos y en pantallas de cotizaciones bursátiles . Algunos ascensores usaban Nixies para mostrar los números de los pisos.
La longevidad promedio de los tubos Nixie varió desde aproximadamente 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 vida" de los Nixies, excepto la falla mecánica. Algunas fuentes [2] sugieren que no sería aceptable una cobertura incompleta del brillo de un glifo (" envenenamiento del cátodo ") o la aparición de brillo en otras partes del tubo.
Los tubos Nixie son susceptibles a múltiples modos de falla, que incluyen:
Conducir Nixies fuera de sus parámetros eléctricos especificados acelerará su desaparición, especialmente el exceso de corriente, lo que aumenta la chisporroteo de los electrodos. Algunos ejemplos extremos de pulverización catódica incluso han provocado la desintegración completa de los cátodos de los tubos Nixie.
El envenenamiento por cátodo se puede reducir limitando la corriente a través de los tubos a un nivel significativamente inferior a su clasificación máxima, [12] mediante el uso de tubos Nixie construidos con materiales que eviten el efecto (por ejemplo, al estar libres de silicatos y aluminio), o programando dispositivos para recorra periódicamente todos los dígitos para que se activen los que rara vez se muestran. [13]
Como testimonio de su longevidad y de la del equipo que los incorporaba, en 2006 [actualizar]varios proveedores todavía proporcionaban tipos de tubos Nixie comunes como piezas de repuesto, nuevos en su embalaje original. [ cita necesaria ] 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. 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.
Otras tecnologías de visualización numérica incluyen tubos de luz, retroproyección y pantallas de guía de luz con iluminación de borde (todas usando bombillas individuales incandescentes o de neón para iluminación), lectores de filamentos incandescentes Numitron , [14] pantallas Panaplex de siete segmentos y tubos de visualización fluorescentes al vacío. . Antes de que los tubos Nixie se hicieran prominentes, la mayoría de las pantallas numéricas eran electromecánicas y utilizaban mecanismos escalonados para mostrar dígitos, ya sea directamente mediante el uso de cilindros con números impresos conectados a sus rotores, o indirectamente cableando las salidas de interruptores escalonados a bombillas indicadoras. Más tarde, algunos relojes antiguos incluso utilizaron una especie de interruptor escalonado para accionar 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 normalmente 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.
Había disponibles chips controladores de alto voltaje especializados, como el 7441/74141, para controlar Nixies. Los LED se adaptan mejor a los bajos voltajes 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 una frágil envoltura de vidrio. Los LED consumen menos energía que los VFD o los tubos Nixie con la misma función.
Citando 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 los Nixies. [15] Se están sacando y utilizando tubos no vendidos que han estado en almacenes durante décadas, siendo la aplicación más común en relojes digitales caseros. [11] [16] [10] Durante su apogeo, los Nixies generalmente se consideraban demasiado caros para su uso en bienes de consumo del mercado masivo, como relojes. [10] Este reciente aumento de la demanda ha provocado que los precios aumenten significativamente, particularmente para los tubos grandes, haciendo 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 accionar el tubo. Los circuitos integrados de controladores originales de la serie 7400 , como el controlador decodificador BCD 74141 , hace tiempo que dejaron de producirse y son más raros que los tubos NOS . El 74141 todavía está disponible como NOS en varios proveedores web y el equivalente soviético, el K155ID1, todavía está en producción. Sin embargo, ahora se encuentran disponibles a bajo precio transistores bipolares modernos con clasificaciones de alto voltaje, como MPSA92 o MPSA42.
El prototipo del tubo Nixie y el material patentado fueron presentados al museo por su inventor, David Hagelbarger.
70 aparecen aproximadamente en el mismo lugar.
De esta manera, cualquiera de los diez números puede visualizarse haciendo brillar el cátodo correspondiente.
