أنبوب نيكسي

أنبوب نيكسي ( بالإنجليزية: ‎/ ‏ˈnɪk.siː / ‏NIK - see ) ، أو شاشة الكاثود البارد ، [ ^1] هو جهاز إلكتروني يستخدم لعرض الأرقام أو المعلومات الأخرى باستخدام التفريغ المتوهج .

يحتوي الأنبوب الزجاجي على أنود شبكي سلكي وكاثودات متعددة ، على شكل أرقام أو رموز أخرى. يؤدي تطبيق الطاقة على كاثود واحد إلى إحاطته بتفريغ توهج برتقالي . يُملأ الأنبوب بغاز عند ضغط منخفض، عادةً ما يكون في الغالب نيون وكمية صغيرة من الأرجون ، في خليط بينينج . ^{[2] [3] في أجهزة نيكسي اللاحقة، من أجل إطالة العمر الافتراضي للجهاز} ، تمت إضافة كمية صغيرة من الزئبق لتقليل تسمم الكاثود والرش .

على الرغم من أنه يشبه الأنبوب المفرغ من حيث المظهر، إلا أن تشغيله لا يعتمد على الانبعاث الحراري للإلكترونات من الكاثود الساخن. وبالتالي فهو أنبوب كاثود بارد (شكل من أشكال الأنبوب المملوء بالغاز )، وهو نوع من مصباح النيون . نادرًا ما تتجاوز هذه الأنابيب 40 درجة مئوية (104 درجة فهرنهايت) حتى في ظل أشد ظروف التشغيل قسوة في غرفة بدرجة حرارة الغرفة. ^{[4] تستخدم} شاشات الفلورسنت المفرغة من نفس العصر تقنية مختلفة تمامًا - فهي تحتوي على كاثود ساخن مع شبكة تحكم وأنودات فوسفورية مشكلة؛ لا تحتوي شاشات نيكسي على سخان أو شبكة تحكم، وعادةً ما تكون أنودًا واحدًا (على شكل شبكة سلكية، لا ينبغي الخلط بينها وبين شبكة التحكم)، وكاثودات معدنية عارية مشكلة.

تم اختراع أنابيب نيكسي بواسطة ديفيد هاجيلبرجر. ^{[5] [6]} تم تصنيع شاشات نيكسي المبكرة بواسطة شركة تصنيع أنابيب مفرغة صغيرة تسمى Haydu Brothers Laboratories، وتم تقديمها في عام 1955 ^[7] بواسطة شركة بوروز ، التي اشترت Haydu. اشتق بوروز اسم نيكسي من "NIX I"، وهو اختصار لـ "Numeric Indicator eXperimental No. 1"، ^[8] على الرغم من أن هذا ربما كان اختصارًا خلفيًا مصممًا لتبرير استحضار المخلوق الأسطوري بهذا الاسم . تم تصنيع مئات الاختلافات لهذا التصميم من قبل العديد من الشركات، من الخمسينيات حتى التسعينيات. قدمت شركة بوروز "نيكسي" وامتلكت اسم نيكسي كعلامة تجارية . كانت الشاشات الشبيهة بنيكسي التي صنعتها شركات أخرى تحمل أسماء تجارية بما في ذلك Digitron و Inditron و Numicator . المصطلح العام المناسب هو أنبوب قراءة النيون الكاثودي البارد ، على الرغم من أن عبارة أنبوب نيكسي دخلت بسرعة إلى اللغة العامية كاسم عام.

كان لدى بوروز أنبوب هايدو آخر يمكنه العمل كعداد رقمي وتشغيل أنبوب نيكسي مباشرةً للعرض. كان هذا يسمى "تروشوترون"، وفي شكل لاحق عُرف باسم أنبوب العداد "Beam-X Switch"؛ وكان اسم آخر هو "أنبوب تبديل الشعاع المغناطيسي"، في إشارة إلى اشتقاقه من مغناطيسين مقسم الأنود . تم استخدام التروشترونات في جهاز الكمبيوتر UNIVAC 1101 ، وكذلك في الساعات وأجهزة عدادات التردد.

كانت أول تروكوترونات محاطة بمغناطيس أسطواني مجوف، مع أقطاب في الأطراف. كان المجال داخل المغناطيس يحتوي على خطوط قوة متوازية بشكل أساسي، موازية لمحور الأنبوب. كان أنبوبًا مفرغًا حراريًا؛ بداخله كان هناك كاثود مركزي وعشرة أنودات وعشرة أقطاب كهربائية "مجرفة". جعل المجال المغناطيسي والجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية الإلكترونات تشكل صفيحة سميكة (كما في المغنطرون المجوف) تذهب إلى أنود واحد فقط. أدى تطبيق نبضة بعرض وجهد محددين على المجارف إلى تقدم الصفيحة إلى الأنود التالي، حيث بقيت حتى نبضة التقدم التالية. تم تحديد اتجاه العد من خلال اتجاه المجال المغناطيسي، وبالتالي لم يكن قابلاً للعكس. حل شكل لاحق من التروكوترون يسمى Beam-X Switch محل المغناطيس الأسطواني الخارجي الكبير والثقيل بعشرة مغناطيسات قضيبية صغيرة من سبيكة معدنية داخلية تعمل أيضًا كأقطاب كهربائية.

كانت أنابيب العد بنقل التوهج، والتي تشبه في وظيفتها الأساسية التروكوترونات، تحتوي على تفريغ توهج على أحد عدد من الكاثودات الرئيسية، والتي يمكن رؤيتها من خلال الجزء العلوي من الغلاف الزجاجي. استخدمت معظمها خليطًا من الغازات القائمة على النيون وعدت بالقاعدة 10، ولكن الأنواع الأسرع كانت تعتمد على الأرجون أو الهيدروجين أو غازات أخرى، ولقياس الوقت والتطبيقات المماثلة كانت هناك بعض الأنواع ذات القاعدة 12 المتاحة. كانت مجموعات الكاثودات "الموجهة" (عادةً مجموعتان، ولكن بعض الأنواع كان بها واحد أو ثلاثة) بين الكاثودات الدالة تحرك التوهج على مراحل إلى الكاثود الرئيسي التالي. يمكن للأنواع التي تحتوي على مجموعتين أو ثلاث مجموعات من الكاثودات الموجهة العد في أي اتجاه. كان الاسم التجاري المعروف لأنابيب عداد نقل التوهج في المملكة المتحدة هو Dekatron . كانت الأنواع التي تحتوي على اتصالات بكل كاثود فردي يشير إلى ذلك، والتي تمكن من ضبط حالة الأنبوب مسبقًا إلى أي قيمة (على النقيض من الأنواع الأكثر بساطة والتي لا يمكن إعادة تعيينها مباشرة إلا إلى الصفر أو مجموعة فرعية صغيرة من إجمالي عدد حالاتها)، تسمى تجاريًا أنابيب Selectron .

تم تسجيل براءة اختراع لجهاز واحد على الأقل يعمل بنفس طريقة أنابيب نيكسي في ثلاثينيات القرن العشرين ^[9] . كان هناك عدد من براءات الاختراع ذات الصلة التي قدمتها شركة نورثروب وغيرها في أوائل الخمسينيات من القرن العشرين، وتم تقديم أول أنابيب عرض يتم إنتاجها بكميات كبيرة في عام 1954 بواسطة شركة National Union Co. تحت الاسم التجاري Inditron. ومع ذلك، كان بناء أول أنابيب Inditron أكثر بدائية من أنابيب نيكسي اللاحقة، حيث كانت تفتقر إلى شبكة الأنود المشتركة، بحيث تم تثبيت الأرقام غير المضاءة عند جهد الأنود لتعمل كأنود فعال. كان متوسط ​​عمرها أقصر، وفشلت في العثور على العديد من التطبيقات بسبب احتياجات محركها المعقدة.

الشكل الأكثر شيوعًا لأنبوب نيكسي يحتوي على عشرة أقطاب كاثودية على شكل أرقام من 0 إلى 9 (وأحيانًا فاصلة عشرية أو اثنتين)، ولكن هناك أيضًا أنواع تعرض أحرفًا وعلامات ورموزًا مختلفة. نظرًا لأن الأرقام والأحرف الأخرى مرتبة واحدة خلف الأخرى، فإن كل حرف يظهر على عمق مختلف، مما يمنح شاشات نيكسي مظهرًا مميزًا. الجهاز ذو الصلة هو أنبوب البيكسي ، والذي يستخدم قناع استنسل بفتحات على شكل أرقام بدلاً من الأقطاب الكاثودية المشكلة. استخدمت بعض أجهزة نيكسي الروسية، مثل ИH-14 (IN-14)، الرقم 2 المقلوب كرقم 5، ربما لتوفير تكاليف التصنيع.

يمكن جعل كل كاثود يتوهج باللون الأحمر البرتقالي النيون المميز عن طريق تطبيق حوالي 170 فولت تيار مستمر عند بضعة مللي أمبير بين الكاثود والأنود. يتم تنفيذ الحد الحالي عادةً كمقاوم أنود لبضعة عشرات الآلاف من الأوم . تُظهر نيكسي مقاومة سلبية وستحافظ على توهجها عادةً عند 20 فولت إلى 30 فولت أقل من جهد الضربة. يمكن ملاحظة بعض التباين في اللون بين الأنواع، بسبب الاختلافات في مخاليط الغاز المستخدمة. تمت إضافة الزئبق إلى الأنابيب ذات العمر الأطول والتي تم تصنيعها لاحقًا في الجدول الزمني لنيكسي لتقليل الرش ^[4] مما يؤدي إلى صبغة زرقاء أو أرجوانية للضوء المنبعث. في بعض الحالات، يتم تصفية هذه الألوان بواسطة طبقة مرشح حمراء أو برتقالية على الزجاج.

من مزايا أنبوب نيكسي أن الكاثودات الخاصة به مصممة بطريقة طباعية، ومصممة لسهولة القراءة. في معظم الأنواع، لا يتم وضعها في تسلسل رقمي من الخلف إلى الأمام، ولكن يتم ترتيبها بحيث تحجب الكاثودات الموجودة في الأمام الكاثود المضاء إلى الحد الأدنى. أحد هذه الترتيبات هو 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 من الأمام (6) إلى الخلف (1). ^{[10] [11]} تستخدم الأنابيب الروسية ИH-12A (IN-12A) وИH-12B (IN-12B) ترتيب الأرقام 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 من الأمام (3) إلى الخلف (1)، حيث يكون الرقم 5 هو الرقم 2 المقلوب. تتميز أنابيب ИH-12B بفاصلة عشرية في أقصى اليسار في الأسفل بين الرقمين 8 و3.

استُخدمت النيكسيات كشاشات رقمية في الفولتميتر الرقمي المبكر ، والمتعدد المقاييس ، وعدادات التردد والعديد من الأنواع الأخرى من المعدات التقنية. كما ظهرت أيضًا في شاشات الوقت الرقمية باهظة الثمن المستخدمة في المؤسسات البحثية والعسكرية، وفي العديد من الآلات الحاسبة الإلكترونية المكتبية المبكرة ، بما في ذلك أولها: Sumlock-Comptometer ANITA Mk VII لعام 1961 وحتى أول لوحات مفاتيح الهاتف الإلكترونية . تم استخدام الإصدارات الأبجدية الرقمية اللاحقة بتنسيق العرض المكون من أربعة عشر جزءًا في لافتات الوصول / المغادرة في المطارات وشاشات تداول الأسهم . استخدمت بعض المصاعد النيكسيات لعرض أرقام الطوابق.

تراوح متوسط ​​عمر أنابيب نيكسي من حوالي 5000 ساعة للأنواع الأولى، إلى ما يصل إلى 200000 ساعة أو أكثر لبعض الأنواع الأخيرة التي تم تقديمها. لا يوجد تعريف رسمي لما يشكل "نهاية العمر" لأنابيب نيكسي، باستثناء الفشل الميكانيكي. تشير بعض المصادر ^[2] إلى أن التغطية غير الكاملة للتوهج لرمز (" تسمم الكاثود ") أو ظهور توهج في مكان آخر في الأنبوب لن يكون مقبولاً.

أنابيب نيكسي معرضة لحالات فشل متعددة، بما في ذلك:

• كسر بسيط
• الشقوق والتسربات المحكمة التي تسمح بدخول الغلاف الجوي
• التسمم الكاثودي الذي يمنع جزء أو كل حرف أو أكثر من الإضاءة
• زيادة الجهد الكهربائي المؤثر مما يسبب الوميض أو فشل الإضاءة
• رش المعدن القطبي على الغلاف الزجاجي مما يحجب رؤية الكاثودات
• الدوائر الداخلية المفتوحة أو القصيرة والتي قد تكون بسبب الإساءة الجسدية أو التقطيع

إن دفع أنابيب نيكسي خارج حدودها الكهربائية المحددة من شأنه أن يسرع من زوالها، وخاصة التيار الزائد، الذي يزيد من تناثر الأقطاب الكهربائية. وقد أدت بعض الأمثلة المتطرفة للتناثر إلى تفكك كامل لكاثودات أنابيب نيكسي.

يمكن التخفيف من تسمم الكاثود عن طريق الحد من التيار عبر الأنابيب إلى ما دون الحد الأقصى لتصنيفها بشكل كبير، ^[12] من خلال استخدام أنابيب نيكسي المصنوعة من مواد تتجنب التأثير (على سبيل المثال عن طريق خلوها من السيليكات والألمنيوم)، أو عن طريق برمجة الأجهزة للدوران بشكل دوري عبر جميع الأرقام بحيث يتم تنشيط الأرقام التي نادرًا ما يتم عرضها. ^[13]

كدليل على طول عمرها، وعمر المعدات التي تضمها، اعتبارًا من عام 2006، ^[تحديث]لا يزال العديد من الموردين يقدمون أنواع أنابيب نيكسي الشائعة كقطع غيار جديدة في عبواتها الأصلية. ^{[ بحاجة لمصدر ]} لا تزال الأجهزة ذات شاشات أنابيب نيكسي في حالة عمل ممتازة وفيرة، على الرغم من أن العديد منها قيد الاستخدام لمدة 30 إلى 40 عامًا أو أكثر. يمكن العثور على مثل هذه العناصر بسهولة كفائض والحصول عليها بتكلفة قليلة جدًا. في الاتحاد السوفيتي السابق، كانت شاشات نيكسي لا تزال تُصنع بكميات كبيرة في الثمانينيات، لذلك لا تزال شاشات نيكسي الروسية وأوروبا الشرقية متوفرة.

تتضمن تقنيات العرض الرقمية الأخرى أنابيب الضوء، وشاشات الإسقاط الخلفي وشاشات التوجيه الضوئي ذات الإضاءة الحافة (تستخدم جميعها مصابيح متوهجة أو نيون فردية للإضاءة)، وقراءات خيوط متوهجة من Numitron ، ^[14] وشاشات Panaplex ذات السبعة أجزاء، وأنابيب العرض الفلورية المفرغة . قبل أن تصبح أنابيب Nixie بارزة، كانت معظم الشاشات الرقمية كهروميكانيكية، تستخدم آليات متدرجة لعرض الأرقام إما بشكل مباشر باستخدام أسطوانات تحمل أرقامًا مطبوعة متصلة بدواراتها، أو بشكل غير مباشر عن طريق توصيل مخرجات مفاتيح التدريج بمصابيح المؤشر. في وقت لاحق، استخدمت بعض الساعات القديمة شكلًا من أشكال مفاتيح التدريج لتشغيل أنابيب Nixie.

تم استبدال أنابيب نيكسي في السبعينيات من القرن العشرين بالثنائيات الباعثة للضوء (LED) وشاشات الفلورسنت المفرغة (VFDs)، غالبًا في شكل شاشات مكونة من سبعة أجزاء . يستخدم VFD خيوطًا ساخنة لإصدار الإلكترونات وشبكة تحكم وأنودات مطلية بالفوسفور (مشابهة لأنبوب أشعة الكاثود ) مصممة لتمثيل أجزاء من رقم أو بكسلات شاشة رسومية أو أحرف أو رموز أو كلمات كاملة. في حين تتطلب Nixies عادةً 180 فولتًا للإضاءة، تتطلب VFDs فقط جهدًا منخفضًا نسبيًا للعمل، مما يجعلها أسهل وأرخص في الاستخدام. تتميز VFDs ببنية داخلية بسيطة، مما ينتج عنه صورة ساطعة وحادة وغير معوقة. على عكس Nixies، يتم إخلاء الغلاف الزجاجي لـ VFD بدلاً من ملؤه بمزيج محدد من الغازات عند ضغط منخفض.

كانت رقائق التشغيل المتخصصة ذات الجهد العالي مثل 7441/74141 متاحة لتشغيل أجهزة Nixie. وتتناسب مصابيح LED بشكل أفضل مع الجهد المنخفض الذي تستخدمه عادةً الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات ، وهو ما كان ميزة لأجهزة مثل الآلات الحاسبة الجيبية والساعات الرقمية وأجهزة القياس الرقمية المحمولة. كما أن مصابيح LED أصغر حجمًا وأكثر متانة، ولا تحتوي على غلاف زجاجي هش. وتستهلك مصابيح LED طاقة أقل من محركات VFD أو أنابيب Nixie التي لها نفس الوظيفة.

أشار عدد كبير من عشاق الإلكترونيات إلى عدم الرضا عن جماليات الشاشات الرقمية الحديثة والولع الحنين بأسلوب التكنولوجيا القديمة، وأبدى عدد كبير من المتحمسين للإلكترونيات اهتمامهم بإحياء نيكسيس. ^[15] يتم إخراج الأنابيب غير المباعة التي كانت موجودة في المستودعات لعقود من الزمان واستخدامها، والتطبيق الأكثر شيوعًا هو في الساعات الرقمية محلية الصنع. ^{[11] [16] [10]} خلال أوجها، كانت نيكسيس تعتبر عمومًا باهظة الثمن لاستخدامها في السلع الاستهلاكية في السوق الشامل مثل الساعات. ^[10] تسبب هذا الارتفاع الأخير في الطلب في ارتفاع الأسعار بشكل كبير، وخاصة للأنابيب الكبيرة، مما يجعل الإنتاج على نطاق صغير للأجهزة الجديدة قابلاً للتطبيق مرة أخرى.

بالإضافة إلى الأنبوب نفسه، هناك اعتبار مهم آخر وهو الدوائر الكهربائية عالية الجهد نسبيًا اللازمة لتشغيل الأنبوب. لقد خرجت الدوائر المتكاملة الأصلية لمحرك سلسلة 7400 مثل محرك فك تشفير BCD 74141 من الإنتاج منذ فترة طويلة وهي أكثر ندرة من الصمامات غير التقليدية . لا يزال 74141 متاحًا كصمامات غير تقليدية من العديد من موردي الويب ولا يزال نظيره السوفييتي، K155ID1، قيد الإنتاج. ومع ذلك، أصبحت الترانزستورات ثنائية القطب الحديثة ذات تصنيفات الجهد العالي متاحة الآن بسعر رخيص، مثل MPSA92 أو MPSA42.

• علامة تجارية عامة
• أنبوب نيمو
• أنبوب نوميترون
• شاشة عرض مكونة من ستة عشر قطعة
• شاشة عرض فلورية مفرغة

• بايلاندر، إي جي (1979)، شاشات إلكترونية ، نيويورك : ماكجرو هيل ، رقم ISBN 978-0-07-009510-6، LCCN  78031849.
• دانس، جيه بي (1967)، دوائر العد الإلكترونية ، لندن : ILIFFE Books Ltd ، LCCN  67013048.
• ويستون، جي إف (1968)، أنابيب التفريغ المتوهجة للكاثود البارد ، لندن : ILIFFE Books Ltd ، LCCN  68135075، ديوي 621.381/51، LCC TK7871.73.W44.

• نبذة مختصرة عن الأخوين هايدو أرشيف 2012-04-14 على موقع واي باك مشين
• أشياء مايك الكهربائية: أنابيب العرض والعد
• صور وبيانات أنبوب نيكسي (باللغتين الإنجليزية والألمانية)
• مجموعة أنابيب نيكسي العملاقة (باللغتين الإنجليزية والألمانية)
• فن صناعة أنبوب نيكسي
• وصف وصور أنبوب نيكسي (باللغتين الإنجليزية والتشيكية)
• قصة أنبوب نيكسي (IEEE Spectrum، 18 يوليو)