時間被霓虹燈涂成：如果你想讓黑暗的城市嘶嘶作響 生活，你不能走得太遠(yuǎn) 霓虹燈.這些閃爍的彩色管就像 光明的軍刀，切開我們對黑暗的返祖恐懼， 讓我們的城市空間充滿生機(jī)。但僅此而已 是 好為。如果你想創(chuàng)建比彩色光線更復(fù)雜的東西，比如時鐘，一個 計算器，或者任務(wù)控制倒計時，你需要能勝任工作的燈?，F(xiàn)代數(shù)字顯示器基于 LED、LCD 和 VFD。但是，早在 1950 年代，在這些簡潔的技術(shù)出現(xiàn)之前，需要顯示數(shù)字的電子盒子就用了令人驚嘆的發(fā)光燈，稱為 零液管;最近，他們在復(fù)古風(fēng)格的時鐘上卷土重來(蘋果發(fā)明家史蒂夫·沃茲尼亞克甚至有一個 由Nixie管制成的手表).它們是什么，它們是如何工作的?讓我們仔細(xì)看看!

　　動畫：在大多數(shù)電子顯示器中，數(shù)字是通過照明制成的 相同的七個段的不同模式，因此您只能看到亮起的單個數(shù)字。在 nixie 管中，每個數(shù)字都有自己獨立的金屬陰極。您可以一次看到管子中的所有十位數(shù)字，但其中只有一個會 永遠(yuǎn)被點亮。

　　什么是nixie管?

　　截圖：如果你喜歡nixies，但不想去麻煩和花費建立自己的 復(fù)古計數(shù)器或時鐘，查看您可以為智能手機(jī)下載的nixie小部件和應(yīng)用程序。在這里我正在測試兩個 不同的 nixie 時鐘小部件在 Android 手機(jī)上并排。您可以在適用于Apple設(shè)備的iTunes上找到類似的應(yīng)用程序。

　　如果你有一個數(shù)字鬧鐘(或一個計時器在 微波爐、錄像機(jī)或 光碟播放器)，它很可能有藍(lán)綠色數(shù)字(在這種情況下，它使用 真空熒光顯示器，VFD)或紅色的(這意味著它是由 發(fā)光二極管、指示燈)。無論哪種方式，您都會注意到它通過點亮七個完全獨立的條形(通常稱為“段”)的圖案來顯示時間(10：30 或其他)中的每個數(shù)字。 您可以使用七段顯示以及相當(dāng)多的字母和單詞來寫所有數(shù)字 0-9。

　　照片：三個并排的nixie管。 您幾乎可以看到數(shù)字前面的網(wǎng)狀陽極 - 并注意到它們從底部伸出多少電線連接。圖片來源 亞當(dāng)·格雷格 發(fā)表于 Flickr 在 知識共享署名-相同方式共享許可.

　　Nixie 管也顯示數(shù)字 0-9，但方式完全不同。仔細(xì)觀察一個nixie管，你會發(fā)現(xiàn)它有十個十進(jìn)制數(shù)字，由彎曲的電線制成，排列成一堆，一個在另一個前面，在一個密封的里面 玻璃 燈泡。燈泡下面，有很多 電氣 接觸。將這些連接到適當(dāng)?shù)?電子的 電路，你可以讓數(shù)字按順序計數(shù)，告訴時間，或者做各種其他整潔的事情。與VFD和LED不同，nixie燈管的古怪之處在于，不同的數(shù)字在彼此的前面或后面(在不同的“平面”上)亮起，因此某些數(shù)字看起來比其他數(shù)字更亮，并且離您的眼睛更近或更遠(yuǎn)。你幾乎可以看到這一點 維基媒體照片的計數(shù)nixie管.

　　nixie管如何工作?

　　Nixie 管的工作原理很像 霓虹燈 (雖然不是 完全 就像霓虹燈一樣，我們稍后會看到)。為什么所有的金屬數(shù)字都必須是 密封在玻璃燈泡內(nèi)? 好吧，你不能只看一看，但玻璃燈泡充滿了看不見的氣體(通常是氖氣、汞和氬氣)的混合物，其目的是阻止這些氣體逸出(汞是有毒的，所以你不希望它漂浮在你附近的任何地方)。顯示每個數(shù)字的彎曲金屬線不是細(xì)絲，就像 電燈泡.它們中的每一個都作為一個單獨的負(fù)極端子(陰極)工作，實際上 氣體放電管—所以一根 nixie 管有十個陰極。陰極實際上并不相互接觸，而是通過微小的隔開 陶瓷 間隔。還有一個單一的正極端子(陽極)，形狀像一個網(wǎng)格或網(wǎng)格，它包裹在一堆數(shù)字陰極上，并為所有10個陰極提供服務(wù)。

　　照片：在這張未點燃的nixie管的奇妙照片中，您可以清楚地看到十個堆疊的陰極形狀像數(shù)字，一個在另一個前面。您還可以看到圍繞它們的網(wǎng)格狀陽極“籠子”以及從管頂部脫落的連接。這是邪惡瘋狂科學(xué)家的優(yōu)秀照片之一 尼西管拆開, 作者：Lenore M. Edman， www.evilmadscientist.com，發(fā)表于 Flickr 在 知識共享署名許可.

　　不同種類的燈以完全不同的方式發(fā)光。老式電燈和手電筒(手電筒)使用 白熾燈，它會發(fā)光，因為它們內(nèi)部的金屬絲在電流流過時會變熱。如果這些燈發(fā)出紅熱的光， 熒光燈 發(fā)亮 “白冷”：它們將電變成無形 紫外線，通過排列在其管內(nèi)側(cè)的白色涂層轉(zhuǎn)換為可見光。霓虹燈與熒光燈相似，只是它們直接產(chǎn)生可見(紅色)光。當(dāng)您打開電源時， 原子 的氖氣在管內(nèi)分裂成電子和離子，碰撞并發(fā)出紅色光(正如我們在文章中充分解釋的那樣) 霓虹燈).

　　Nixie燈管與霓虹燈非常相似。兩者都看起來有點像 陰極射線管 (舊式 電視)，其中電子從一端的熱金屬陰極沸騰，然后沿著管子向另一端帶正電的陽極競爭。但在霓虹燈和尼克斯中，陰極仍然存在 相對 酷(像這樣的管子被描述為 “冷陰極，” 盡管它們通常處于溫暖的一面——大約是人體溫度)，但它們周圍的氣體混合物處于非常低的水平。 壓力 (可能是正常大氣壓的1/100甚至更低 - 因此通常小于1000Pa或0.01個大氣壓)。當(dāng)陽極和其中一個陰極之間施加約170-180伏的電壓時，低壓氣體被電離(其原子或分子變成帶正電的離子和帶負(fù)電的電子)。當(dāng)電子、離子和原子相互碰撞(以及從陰極噴射或“濺射”的金屬原子)時，我們會在陰極周圍形成一層發(fā)光的、模糊的光“涂層”，非?？拷?，遵循它的形狀。 正是- 有效地使其看起來好像其中一個數(shù)字 0-9 被照亮。向不同的陰極施加電壓會使不同的數(shù)字“亮起”。

　　如果您想要更詳細(xì)的解釋，請閱讀下面的框;如果這對您來說已經(jīng)足夠了，您可以安全地跳過該框到其下方的文本。

　　是什么讓那幽靈般的光芒?

　　在一個 電燈泡，盤繞的細(xì)絲會發(fā)光，因為它是紅色或白熱的。但是在nixie管中，發(fā)生了一些非常不同的事情：首先，陰極是冷的，所以輝光不是由熱量產(chǎn)生的;第二，光芒發(fā)生 超出一些距離 產(chǎn)生它的陰極——它是一種“發(fā)光的幽靈”，與陰極本身有某種距離。我們在這里看到的稱為 冷陰極輝光放電.為什么會這樣...為什么它離陰極有一段距離?

　　照片：在這個出色的特寫鏡頭中，您可以非常清楚地看到 nixie 管中的紅色輝光放電是如何在金屬陰極外部和剛好發(fā)生的，精確地遵循其形狀。雖然你在這里看不到它，但在陰極和輝光之間實際上有一個薄的、完全黑暗的區(qū)域(阿斯頓黑暗空間)。照片由Georg-Johann Lay提供(由Richard Bartz編輯) 維基共享資源 在 知識共享署名-相同方式共享許可.

　　當(dāng)在金屬絲網(wǎng)陽極和其中一個數(shù)字陰極之間施加足夠高的電壓時，玻璃管內(nèi)的低壓氣體的分子或原子分裂成帶正電的離子和帶負(fù)電的電子，形成一種熱等離子體的“湯”。正離子被拉向帶負(fù)電荷的陰極(導(dǎo)線輪廓數(shù))，而負(fù)電子則朝向帶正電荷的陽極網(wǎng)格。當(dāng)離子撞擊陰極時，它們會進(jìn)一步敲擊(次級) 電子從中出來，也進(jìn)入等離子體。正是這種帶電粒子的雙重運動允許電流流過管子。從nixie管發(fā)出的光大部分是由 碰撞 在氣體原子、離子和電子之間，就像在氖燈管中一樣。但其中一些也是以另一種方式產(chǎn)生的。

　　一些正離子直接撞擊陰極，而另一些則撞擊氣體原子并將其推入陰極。就像向墻壁發(fā)射的微小原子彈一樣，這些小的氣體原子和離子將較大的金屬原子從陰極中取出，因此它們被噴射到管的主要部分 - 這一過程稱為 濺射.然后，這些濺射原子在等離子體中發(fā)生自己的碰撞，吸收能量變得“激發(fā)”和不穩(wěn)定，然后通過發(fā)出光子并有助于我們可以看到的整體輝光再次失去能量。

　　因此，簡而言之，nixie管內(nèi)的輝光是由電離和濺射的組合產(chǎn)生的。

　　像這樣的輝光放電很復(fù)雜，在某些管子中，在陽極和陰極之間產(chǎn)生一系列的明暗帶(查看這個整潔的視頻 輝光放電管實驗).Nixie管經(jīng)過精心設(shè)計，因此我們真正能看到的只是陰極周圍的單一光芒。但如果你善于觀察，你也會發(fā)現(xiàn)在輝光和陰極之間有一個薄的、完全黑暗的區(qū)域(稱為 阿斯頓黑暗空間).除此之外，我們看到的幽靈般的“陰極輝光”形成了點亮的數(shù)字。那么為什么陰極和輝光之間的空間呢?當(dāng)電子從陰極發(fā)射并朝陽極行進(jìn)時，就會發(fā)生輝光，與管主要部分的原子和離子碰撞。電子從陰極加速到陽極，在前進(jìn)的過程中獲得速度和能量。當(dāng)它們非?？拷帢O時，電子的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過那里的離子和原子，而且它們沒有太多的能量。因此，電子和原子之間發(fā)生碰撞的可能性相對較小，即使確實發(fā)生了，電子也沒有足夠的能量來激發(fā)原子發(fā)光。這就是為什么這個區(qū)域是黑暗的。離陰極稍遠(yuǎn)一點，電子獲得了更快的速度和更多的能量， 并且有更多的原子可供它們碰撞。當(dāng)電子與該區(qū)域的原子和離子碰撞時，它們可以激發(fā)它們，使它們發(fā)出可見光的光子，因此產(chǎn)生“陰極輝光”。

　　總結(jié)

　　讓我們用圖表快速總結(jié)所有這些：

　　管中的氣體原子處于低壓狀態(tài)。當(dāng)在陽極和陰極之間施加足夠高的電壓(“電離電位”)時，原子分裂成離子和電子的等離子體。

　　帶正電荷的離子被吸引到帶負(fù)電荷的陰極。當(dāng)它們撞擊陰極時，其中一些會擊倒高能電子。

　　這些噴射的帶負(fù)電的電子(稱為二次電子)被吸引到帶正電的陽極。 這些電子和它們遇到的離子之間的碰撞會產(chǎn)生管中的大部分光，就像在 霓虹燈.

　　在陰極附近，離子將氣體原子推入陰極本身。

　　金屬原子從陰極表面噴射(“濺射”)。

　　離開陰極的電子被拉向帶正電的陽極。在陰極附近，電子比離子多，但電子的速度和能量相對較低。電子與原子或離子之間的碰撞不足以激發(fā)它們以產(chǎn)生光，因此該區(qū)域是黑暗的(阿斯頓暗空間)。

　　在離陰極一定距離的地方，電子獲得了更多的速度和能量。當(dāng)它們與這里的原子或離子碰撞時，它們會產(chǎn)生可見光的光子 - 在陰極之外產(chǎn)生熟悉的光芒。

　　nixie管的優(yōu)缺點

　　Nixie 管明亮且易于閱讀，數(shù)字正確四舍五入(與平方的“妥協(xié)”數(shù)字不同 發(fā)光二極管, 液晶顯示器和 變頻器，如果您不習(xí)慣它們，這可能會令人困惑)，因此它們是需要在光線不足或黑暗中閱讀的樂器的熱門選擇。雖然基本上已經(jīng)過時了，但它們?nèi)匀粡V泛使用且相對便宜，主要是因為它們在蘇聯(lián)(俄羅斯及其前共和國)大量生產(chǎn)。它們也非?？煽?，并且由于每個數(shù)字都是單獨點亮的，因此即使一個或多個陰極發(fā)生故障，也可以繼續(xù)工作(在時尚之后)。根據(jù) 柏洛茲，最知名的制造商之一， 大型(“巨型”)尼克斯在高達(dá)45米(150英尺)處可見，通常持續(xù)20，000至100，000小時(取決于 關(guān)于它們的使用方式)，在 ?65°C 至 70°C 的溫度范圍內(nèi)工作，并且可以承受 55克。

　　照片：電子管的典型用途——用于顯示電子頻率計數(shù)器(惠普 5321B)。你可以在這里看到不同的數(shù)字是如何在不同的平面上顯示的(所以有些數(shù)字看起來比其他數(shù)字稍微靠前)，給人一種略微不穩(wěn)定的外觀，使復(fù)古尼克斯如此吸引人!攝影：Windell H. Oskay， www.evilmadscientist.com，發(fā)表于 Flickr 在 知識共享署名許可.

　　不利的一面是，與更現(xiàn)代的顯示器相比，它們由不方便的高壓供電(使它們難以在低壓下使用)。 集成電路 計算機(jī)芯片)和相對大量的功率，它們可能由于各種原因而失效。由于它們由玻璃制成并含有汞，因此如果它們破裂，它們可能會對健康造成危害(盡管這種情況非常罕見，因為它們通常內(nèi)置在堅固的電子產(chǎn)品中)。陰極的堆疊，一個在另一個前面，意味著nixie管只能從前面的直面清晰地看到(不像其他顯示器，可以從兩側(cè)更寬的角度看到)。與微型現(xiàn)代顯示器相比，nixies也相當(dāng)大，因此它們很難用于我們現(xiàn)在主要使用的緊湊型小工具。 液晶顯示器 (想象一下像 MP3播放器 用尼克斯做成的巨大顯示屏!

　　誰發(fā)明了nixie管?

　　你會經(jīng)常讀到尼克斯是由 巴勒斯公司 (一個領(lǐng)先的 大型計算機(jī) 20世紀(jì)中葉的制造商)——但這只是故事的一部分。

　　藝術(shù)品： 美國專利#2，142，106：信號系統(tǒng)及其輝光燈—漢斯·博斯瓦(Hans Boswau)1930年代專利中的兩張圖紙，用于一種看起來非常像nixie管的電數(shù)字指示器。作品由美國專利商標(biāo)局提供。

　　巴勒斯在1950年代中期以“Haydu”和“HB”品牌銷售該技術(shù)。 (海杜兄弟)，然后將其授權(quán)給許多其他電子公司。Haydu是新澤西州的一家小型電子公司，由兩個名叫George和Zoltan Haydu的匈牙利兄弟經(jīng)營，Burroughs購買了這家公司來制造電子管?！皀ixie”這個名字是如何來的，簡直就是個笑話。故事是這樣的，一位繪圖員為其中一個管子繪制設(shè)計草圖，將他的作品標(biāo)記為“NIX1”(數(shù)字指示器實驗#1)，昵稱卡住了，巴勒斯足夠明智地在 1956 年 12 月注冊了“nixie”(“電子指示管”)商標(biāo)(這種商標(biāo)的使用現(xiàn)在標(biāo)記為“死/過期”)。Nixie燈管非常受歡迎，直到1970年代LED的制造成本變得更便宜——這一發(fā)展似乎與巴勒斯擦肩而過：來自《新科學(xué)家》的一條有趣的小新聞 (1972 年 1 月 13 日)報道說：“巴勒斯聲稱對 LED 構(gòu)成的威脅不以為然，聲稱它們在最近幾個月被超賣......“ 不是一個好電話。

　　然而，可以指示數(shù)字的氣體放電燈的基本思想似乎有些陳舊。這種設(shè)備的原始美國專利似乎是由一位名叫 漢斯·保羅·博斯瓦 1934年5月(1939年1月授予)，他將自己的發(fā)明稱為用于“信號系統(tǒng)”的“輝光燈”。 以下是他自己的話對關(guān)鍵思想的簡要總結(jié)，摘自該專利：

　　“事實上，輝光燈陰極的暴露部分完全被一層發(fā)光放電薄膜包圍 可用于通過適當(dāng)形狀的陰極顯示任何所需的字符。由導(dǎo)線組成的陰極 以數(shù)字 1 的形式，當(dāng)點燃時，將產(chǎn)生數(shù)字 1 的發(fā)光輪廓，類似地，任何其他 可以形成所需的性格。