nixie tubo

Un tubo Nixie ( / ˈ n ɪ k . s iː / 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, este se rodea con una descarga de brillo naranja . El tubo está lleno de un gas a baja presión, generalmente neón en su mayoría 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 del cátodo y la pulverización catódica .

Aunque se asemeja a un tubo de vacío en apariencia, su funcionamiento no depende de la emisión termoiónica de electrones desde un cátodo caliente . 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 Nixie no tienen calentador ni rejilla de control, típicamente 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 fueron 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 esto pudo haber sido un acrónimo inverso 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 marcas registradas, incluidos Digitron , Inditron y Numicator . Un término genérico más apropiado es tubo de lectura de neón de cátodo frío , aunque la expresión tubo Nixie rápidamente se incorporó al lenguaje común como nombre genérico.

Burroughs incluso tenía otro tubo Haydu que podía funcionar como contador digital y controlar directamente un tubo Nixie para su visualización. Este se denominaba "trocotrón", conocido posteriormente 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 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; en su interior había un cátodo central, diez ánodos y diez electrodos en forma 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 se dirigía a un solo ánodo. Al aplicar un pulso con un ancho y voltaje específicos a los electrodos en forma de pala, la lámina avanzaba al siguiente ánodo, donde permanecía hasta el siguiente pulso de avance. La dirección del conteo estaba determinada por la dirección del campo magnético y, por lo tanto, no era reversible. Una forma posterior de trocotrón, llamada conmutador Beam-X, reemplazó el gran y pesado imán cilíndrico externo con diez pequeños imanes internos de varilla de aleación metálica que también servían como electrodos.

En 1949, Philips inventó el E1T , otro tubo contador de deflexión de haz . Se trata de un tubo de vacío termoiónico con diez estados y lectura directa. Philips diseñó el contador electrónico PW4032, de cinco dígitos y 120 kHz, basándose en este tubo.

Los tubos contadores de transferencia de luz, similares en su función esencial a los trocotrones, tenían una descarga luminiscente en uno de varios cátodos principales, visible a través de la parte superior de la envoltura de vidrio. La mayoría utilizaba 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 la medición del tiempo y aplicaciones similares, existían algunos tipos en base 12. Conjuntos de cátodos "guía" (generalmente dos conjuntos, aunque algunos tipos tenían uno o tres) entre los cátodos indicadores movían la descarga luminiscente por pasos hacia el siguiente cátodo principal. Los tipos con dos o tres conjuntos de cátodos guía podían contar en cualquier dirección. Un nombre comercial conocido para los tubos contadores de transferencia de luz 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 podían restablecerse directamente a cero o a un pequeño subconjunto de su número total de estados), se comercializaban con el nombre de 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 varias patentes relevantes presentadas por Northrop y otros a 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 Inditron era más rudimentaria que la de los Nixie posteriores, ya que carecían de la rejilla de ánodo común, por lo que los números apagados se mantenían a la tensión del ánodo para funcionar como ánodo efectivo. Su vida útil promedio era más corta y no encontraron muchas aplicaciones debido a sus complejos requisitos de control.

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

Cada cátodo puede brillar en el característico color rojo anaranjado neón aplicando aproximadamente 170 voltios CC a unos pocos miliamperios entre el cátodo y el ánodo. La limitación de corriente se implementa normalmente como una resistencia de ánodo de unas pocas decenas de miles de ohmios . Los tubos Nixie presentan resistencia negativa y mantienen su brillo típicamente entre 20 V y 30 V por debajo del voltaje de encendido. Se puede observar cierta variación de color entre los tipos, causada por diferencias en las mezclas de gases utilizadas. Los tubos de mayor duración que se fabricaron más tarde en la historia de los Nixie tienen mercurio añadido para reducir la pulverización catódica ^{[ 4 ],} lo que resulta en un tinte azul o púrpura en la luz emitida. En algunos casos, estos colores se filtran mediante un recubrimiento de filtro rojo o naranja en el vidrio.

Una ventaja del tubo Nixie es que sus cátodos están diseñados tipográficamente, con forma para facilitar la lectura. En la mayoría de los tipos, no están colocados en secuencia numérica de atrás hacia adelante, sino dispuestos de manera que los cátodos que están delante oculten mínimamente el cátodo encendido. 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) e ИH-12B (IN-12B) utilizan la disposición numérica 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 de adelante (3) a atrás (1), donde el 5 es un 2 invertido. Los tubos ИH-12B presentan un punto decimal en el extremo inferior izquierdo entre los números 8 y 3.

Los tubos Nixie se usaban como indicadores numéricos en los primeros voltímetros digitales , multímetros , contadores de frecuencia y muchos otros tipos de equipos técnicos. También aparecían en costosos indicadores de tiempo digitales utilizados en centros de investigación y militares, y en muchas de las primeras calculadoras electrónicas de escritorio , incluyendo la primera: la Sumlock-Comptometer ANITA Mk VII de 1961, e incluso en las primeras centrales telefónicas electrónicas . Posteriormente, las versiones alfanuméricas en formato de pantalla de catorce segmentos se utilizaron en los letreros de llegadas y salidas de los aeropuertos. Algunos ascensores usaban tubos Nixie para mostrar los números de piso.

La vida útil promedio de los tubos Nixie variaba desde aproximadamente 5000 horas para los primeros tipos hasta 200 000 horas o más para algunos de los últimos tipos introducidos. No existe una definición formal de lo que constituye el "fin de la vida útil" de los Nixie, salvo fallas mecánicas. Algunas fuentes ^{[ 2 ]} sugieren que una cobertura incompleta del brillo de un glifo (" envenenamiento del cátodo ") o la aparición de brillo en otras partes del tubo no serían aceptables.

Los tubos Nixie son susceptibles a múltiples modos de fallo, entre ellos:

• rotura simple
• Grietas y fugas en el sello hermético que permiten la entrada de la atmósfera.
• Envenenamiento del cátodo que impide que parte o la totalidad de uno o más caracteres se iluminen.
• Aumento del voltaje de encendido que provoca parpadeo o fallo de la luz.
• Pulverización catódica del metal del electrodo sobre la envoltura de vidrio que bloquea la vista de los cátodos.
• Circuitos internos abiertos o cortocircuitos que pueden deberse a maltrato físico o fallos de encendido.

Utilizar los tubos Nixie fuera de sus parámetros eléctricos especificados acelera su deterioro, especialmente con un exceso de corriente, lo que aumenta la pulverización catódica de los electrodos. Algunos casos extremos de pulverización catódica han llegado incluso a provocar la desintegración completa de los cátodos de los tubos Nixie.

La intoxicación del cátodo puede mitigarse 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 los dispositivos para que recorran periódicamente todos los dígitos de manera que se activen los que se muestran con poca frecuencia. ^{[ 13 ]}

En 2006, varios proveedores aún ofrecían tubos Nixie comunes como piezas de repuesto, nuevos y en su embalaje original.Aún abundan los dispositivos con pantallas de tubos Nixie en excelente estado de funcionamiento, aunque muchos llevan en uso entre 30 y 40 años o más. Estos artículos se pueden encontrar como excedentes y adquirirse a bajo costo. En la antigua Unión Soviética, los tubos Nixie todavía se fabricaban en grandes cantidades en la década de 1980, por lo que aún se pueden encontrar modelos rusos y de Europa del Este.

Otras tecnologías de visualización numérica incluyen guías de luz, pantallas de retroproyección y de guía de luz con iluminación lateral (todas utilizan bombillas incandescentes o de neón individuales para la iluminación), pantallas de filamento incandescente Numitron , ^{[ 14 ]} pantallas de siete segmentos Panaplex y tubos fluorescentes de vacío . Antes de que los tubos Nixie se volvieran prominentes, la mayoría de las pantallas numéricas eran electromecánicas, utilizando mecanismos de pasos para mostrar dígitos, ya sea directamente mediante cilindros con números impresos unidos a sus rotores, o indirectamente mediante el cableado de las salidas de los interruptores de pasos a bombillas indicadoras. Más tarde, algunos relojes antiguos incluso utilizaron una forma de interruptor de pasos para accionar 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 . La 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 Nixie normalmente requieren 180 voltios para iluminarse, las VFD solo requieren voltajes relativamente bajos para funcionar, lo que las hace más fáciles y económicas de usar. Las VFD tienen una estructura interna simple, lo que resulta en una imagen brillante, nítida y sin obstrucciones. A diferencia de los Nixie, la envoltura de vidrio de una VFD está al vacío en lugar de estar llena con una mezcla específica de gases a baja presión.

Para controlar los tubos Nixie, se disponía de chips controladores de alto voltaje especializados, como el 7441/74141 . Los LED se adaptan mejor a los bajos voltajes que suelen utilizar los circuitos integrados 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 robustos, al no tener una frágil envoltura de vidrio. Los LED consumen menos energía que las pantallas 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 ha mostrado interés en revivir los Nixies. ^{[ 15 ]} Los tubos sin vender que han estado almacenados durante décadas están siendo sacados y usados, 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 masivo como los relojes. ^{[ 10 ]} Este reciente aumento de la demanda ha hecho que los precios suban significativamente, particularmente para los tubos grandes, haciendo que la producción a pequeña escala de nuevos tubos sea financieramente viable.

Además del tubo en sí, otro aspecto importante a considerar es el circuito de alto voltaje necesario para su funcionamiento. Los circuitos integrados controladores originales de la serie 7400 , como el controlador del decodificador BCD 74141 , dejaron de fabricarse hace tiempo y son más difíciles de encontrar que los tubos NOS ( New Old Stock). El 74141 todavía se puede conseguir como NOS a través de varios proveedores en línea, y su equivalente soviético, el K155ID1, aún se fabrica. Sin embargo, actualmente se pueden encontrar transistores bipolares modernos de alto voltaje a precios asequibles, como el MPSA92 o el MPSA42.

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

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

• Breve historia de los hermanos Haydu. Archivado el 14 de abril de 2012 en Wayback Machine.
• Los aparatos eléctricos de Mike: Tubos de visualización y conteo
• Fotografías y hojas de datos de tubos Nixie (en inglés y alemán)
• Colección de tubos Nixie gigantes (en inglés y alemán)
• El arte de fabricar un tubo Nixie
• Descripción e imágenes de los tubos Nixie (en inglés y checo)
• La historia de los tubos Nixie (IEEE Spectrum, 18/7)
• El contador de conmutación de haz del trochotrón
• Contadores de conmutación de haz de trochotrón e indicadores numéricos