Tubo Nixie

Un tubo Nixie ( en inglés : /ˈnɪk.siː/NIK-see ) , o pantalla de cátodo frío , [ 1 ] ^es un dispositivo electrónico utilizado para mostrar números u otra información mediante descarga luminiscente .

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 de resplandor naranja . El tubo está lleno de un gas a baja presión, generalmente principalmente neón y una pequeña cantidad de argón , en una mezcla de Penning . ^{[2] [3]} En los nixies posteriores, para extender la vida útil del dispositivo, se agregó una pequeña cantidad de mercurio para reducir el envenenamiento y la pulverización catódica del cátodo .

Aunque se parece a un tubo de vacío en apariencia, 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 . 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 moldeados.

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, y presentadas 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 esto puede haber sido un acrónimo diseñado para justificar la evocación de la criatura mítica con este nombre . Cientos de variaciones de este diseño fueron fabricadas por muchas empresas, desde la década de 1950 hasta la de 1990. Burroughs Corporation introdujo "Nixie" y poseía el nombre Nixie como marca registrada . Las pantallas similares a Nixie fabricadas por otras empresas tenían nombres de marca registrada, incluyendo 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 el vernáculo como un nombre genérico.

Burroughs incluso tenía otro tubo Haydu que podía funcionar como contador digital y accionar directamente un tubo Nixie para su visualización. Se lo denominaba "trocotrón", y más tarde se lo conoció como 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 . Los trocotrones se utilizaban 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 hacían 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 hacía que la lámina avanzara al siguiente ánodo, donde permanecía 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 trocotrón llamada Beam-X Switch reemplazó el gran y pesado imán cilíndrico externo con diez pequeños imanes de varilla de aleación de metal internos que también servían como electrodos.

Los tubos contadores de transferencia de brillo, similares en función esencial a 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 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. Los 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 conjuntos de cátodos guía podían contar en cualquier dirección. Un nombre comercial bien 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 a cualquier valor (a diferencia de los tipos más simples que solo se podían restablecer 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] . Hubo una serie de patentes relevantes presentadas por Northrop y otros alrededor de principios de la década de 1950, y los primeros tubos de visualización producidos en masa fueron introducidos en 1954 por National Union Co. bajo la marca Inditron. Sin embargo, la construcción de los primeros Inditrons era más rudimentaria que la de los Nixies posteriores, carecía de la rejilla de ánodo común, de modo que los números no iluminados se mantenían a voltaje de ánodo para funcionar como ánodo efectivo. Su vida útil promedio era más corta y no pudieron encontrar muchas aplicaciones debido a sus complejas necesidades de accionamiento.

La forma más común de tubo Nixie tiene diez cátodos en forma de 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 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 distintiva. Un dispositivo relacionado es el tubo Pixie , que utiliza una máscara de plantilla con agujeros en forma de números en lugar de cátodos con forma. Algunos Nixies rusos, por ejemplo, el ИH-14 (IN-14), usaban un dígito 2 al revés como dígito 5, presumiblemente para ahorrar costos de fabricación.

Cada cátodo puede hacerse brillar en el característico color rojo-naranja neón aplicando alrededor de 170 voltios de CC a unos pocos miliamperios entre un cátodo y el ánodo. La limitación de corriente normalmente se implementa como una resistencia de ánodo de unas pocas decenas de miles de ohmios . Los Nixies exhiben resistencia negativa y mantendrán su brillo típicamente de 20 V a 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 Nixie tienen mercurio agregado para reducir la pulverización ^[4], lo que resulta en un tinte azul o púrpura en la luz emitida. En algunos casos, estos colores se filtran mediante un revestimiento de filtro rojo o naranja en el vidrio.

Una ventaja del tubo Nixie es que sus cátodos están diseñados tipográficamente, con una forma que facilita su lectura. En la mayoría de los tipos, no se colocan en secuencia numérica de atrás hacia adelante, sino que se organizan de modo que los cátodos de adelante oculten mínimamente el cátodo iluminado. Una de estas disposiciones es 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 de adelante (6) a atrás (1). ^{[10] [11]} 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 de adelante (3) a atrás (1), siendo el 5 un 2 al revés. Los tubos ИH-12B presentan un punto decimal en la parte inferior izquierda 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 de tiempo digitales 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 encontraron uso en señales de llegada/salida de aeropuertos y pantallas de cotización de acciones . Algunos ascensores usaban Nixies para mostrar los números de piso.

La longevidad media de los tubos Nixie variaba desde unas 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 tubos Nixie, salvo fallos mecánicos. Algunas fuentes ^[2] sugieren que la cobertura incompleta de un glifo (" envenenamiento del cátodo ") o la aparición de brillo en otras partes del tubo no sería aceptable.

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

• Rotura simple
• Grietas y fugas del sello hermético que permiten la entrada de la atmósfera.
• Envenenamiento del cátodo que impide que se iluminen parte o la totalidad de uno o más caracteres
• Aumento del voltaje de encendido que provoca parpadeo o falla en la iluminación.
• Pulverización del metal del electrodo sobre la envoltura de vidrio, bloqueando la vista de los cátodos
• Circuitos internos abiertos o cortocircuitos que pueden deberse a abuso físico o chisporroteo

Si se llevan los Nixies fuera de sus parámetros eléctricos especificados, se acelerará su desaparición, especialmente el exceso de corriente, que aumenta la pulverización de los electrodos. Algunos ejemplos extremos de pulverización han provocado incluso la desintegración completa de los cátodos de los tubos Nixie.

El envenenamiento del cátodo se puede reducir limitando la corriente a través de los tubos a un valor significativamente inferior a su valor máximo, ^[12] mediante el uso de tubos Nixie construidos con materiales que evitan el efecto (por ejemplo, al estar libres de silicatos y aluminio), o programando dispositivos para que recorran periódicamente todos los dígitos de modo 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 seguían suministrando tipos comunes de tubos Nixie como piezas de repuesto, nuevas en su embalaje original. ^{[ cita requerida ]} Los dispositivos con pantallas de tubos Nixie en excelentes condiciones de funcionamiento todavía abundan, aunque muchos han estado en uso durante 30 a 40 años o más. Estos artículos se pueden encontrar fácilmente como excedentes y obtenerse a muy bajo costo. En la ex Unión Soviética, los Nixies todavía se fabricaban en grandes cantidades en la década de 1980, por lo que todavía se pueden conseguir Nixies rusos y de Europa del Este.

Otras tecnologías de visualización numérica incluyen tubos de luz, pantallas de retroproyección y de guía de luz iluminadas por los bordes (todas ellas utilizando bombillas incandescentes o de neón individuales para la iluminación), lectores de filamentos incandescentes Numitron , ^[14] pantallas de siete segmentos Panaplex y tubos de visualización fluorescentes de vacío . Antes de que los tubos Nixie se hicieran populares, 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 unidos a sus rotores, o indirectamente conectando las salidas de los interruptores de pasos a las bombillas indicadoras. Más tarde, algunos relojes antiguos incluso utilizaron una forma de interruptor de pasos 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 generalmente requieren 180 voltios para iluminar, 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.

Se disponía de chips controladores de alto voltaje especializados, como el 7441/74141, para controlar los Nixies. Los LED se adaptan mejor a los bajos voltajes que suelen utilizar los circuitos integrados de semiconductores , lo que suponía 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 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 los Nixies. ^[15] Los tubos sin vender que han estado en almacenes durante décadas se están sacando y utilizando, la aplicación más común es 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 los relojes. ^[10] Este reciente aumento de la demanda ha provocado que los precios suban significativamente, particularmente para los tubos grandes, lo que hace que la producción a pequeña escala de nuevos dispositivos vuelva a ser viable.

Además de la propia válvula, otra consideración importante es el circuito de voltaje relativamente alto necesario para accionarla. Los circuitos integrados de los controladores de la serie 7400 originales , como el controlador decodificador BCD 74141 , hace tiempo que dejaron de fabricarse y son más raros que las válvulas NOS . El 74141 todavía está disponible como NOS en varios proveedores web y el equivalente soviético, el K155ID1, todavía está en producción. Sin embargo, los transistores bipolares modernos con valores nominales de alto voltaje ahora están disponibles a bajo precio, como el MPSA92 o el MPSA42.

• Marca genérica
• Tubo Nimo
• Tubo Numitron
• Pantalla de dieciséis segmentos
• Pantalla fluorescente al vacío

• Bylander, EG (1979), Pantallas electrónicas , Nueva York : McGraw Hill , ISBN 978-0-07-009510-6, N.º de código de área  78031849.
• Dance, JB (1967), Circuitos de conteo electrónico , Londres : ILIFFE Books Ltd , LCCN  67013048.
• Weston, GF (1968), Tubos de descarga incandescente de cátodo frío , Londres : ILIFFE Books Ltd , LCCN  68135075, Dewey 621.381/51, LCC TK7871.73.W44.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con los tubos Nixie .

• Breve historia de los hermanos Haydu Archivado el 14 de abril de 2012 en Wayback Machine.
• Cosas eléctricas de Mike: tubos para mostrar y contar
• Fotos y hojas de datos de tubos Nixie (en inglés y alemán)
• Colección de tubos Nixie gigantes (en inglés y alemán)
• El arte de hacer un tubo Nixie
• Descripción y fotos del tubo Nixie (en inglés y checo)
• La historia del tubo Nixie (IEEE Spectrum, 18 de julio)