أنبوب نيكسي

أنبوب نيكسي ( / ˈ n ɪ k . siː / NIK -see )، أو شاشة الكاثود البارد ، ^{[ 1 ]} هو جهاز إلكتروني يستخدم لعرض الأرقام أو معلومات أخرى باستخدام التفريغ المتوهج .

يحتوي الأنبوب الزجاجي على مصعد شبكي سلكي وعدة مهابط على شكل أرقام أو رموز أخرى. عند توصيل الطاقة بأحد المهابط، يحيط به توهج برتقالي . يُملأ الأنبوب بغاز منخفض الضغط، عادةً ما يكون معظمه من النيون مع كمية قليلة من الأرجون ، في خليط بينينغ . ^{[ 2 ] [ 3 ]} في أجهزة النيكسي اللاحقة، ولإطالة عمر الجهاز، أُضيفت كمية ضئيلة من الزئبق للحد من تسمم المهابط وتناثرها .

على الرغم من تشابهها ظاهريًا مع أنبوب التفريغ ، إلا أن تشغيلها لا يعتمد على الانبعاث الحراري للإلكترونات من مهبط ساخن . لذا فهي أنبوب مهبط بارد (نوع من الأنابيب المملوءة بالغاز )، وهي نوع من مصابيح النيون . نادرًا ما تتجاوز درجة حرارة هذه الأنابيب 40 درجة مئوية (104 درجة فهرنهايت) حتى في أقسى ظروف التشغيل في غرفة ذات درجة حرارة محيطة. ^{[ 4 ]} تستخدم شاشات الفلورسنت الفراغية من نفس الحقبة تقنية مختلفة تمامًا؛ فهي تحتوي على مهبط ساخن مع شبكة تحكم وأقطاب أنودية فسفورية مُشكّلة؛ أما مصابيح نيكسي فلا تحتوي على سخان أو شبكة تحكم، وعادةً ما تحتوي على قطب أنود واحد (على شكل شبكة سلكية، لا ينبغي الخلط بينها وبين شبكة التحكم)، ومهابط معدنية مكشوفة مُشكّلة.  

اخترع ديفيد هاجلبارجر أنابيب نيكسي. ^{[ 5 ] [ 6 ]} صُنعت شاشات نيكسي الأولى من قِبل شركة صغيرة لتصنيع أنابيب التفريغ تُدعى مختبرات هايدو براذرز، وطُرحت في الأسواق عام 1955 ^{[ 7 ]} من قِبل شركة بوروز ، التي استحوذت على هايدو. اشتق اسم نيكسي من "NIX I"، وهو اختصار لعبارة "المؤشر الرقمي التجريبي رقم 1"، ^{[ 8 ]} مع أن هذا قد يكون اختصارًا عكسيًا مُصممًا لتبرير استحضار المخلوق الأسطوري الذي يحمل هذا الاسم . صُنعت مئات من الاختلافات في هذا التصميم من قِبل العديد من الشركات، من خمسينيات القرن العشرين وحتى تسعينياته. طرحت شركة بوروز اسم "نيكسي" وامتلكته كعلامة تجارية . حملت شاشات مشابهة لنيكسي، صُنعت من قِبل شركات أخرى، أسماءً تجارية مسجلة ، منها ديجيترون وإنديترون ونوميكاتور . المصطلح العام المناسب هو أنبوب قراءة النيون ذو الكاثود البارد ، على الرغم من أن عبارة أنبوب نيكسي سرعان ما دخلت اللغة العامية كاسم عام.

حتى أن بوروز امتلك أنبوب هايدو آخر يمكنه العمل كعداد رقمي وتشغيل أنبوب نيكسي مباشرةً للعرض. كان يُطلق على هذا الأنبوب اسم "تروكوترون"، وفي شكل لاحق عُرف باسم أنبوب عداد "مفتاح شعاع-X"؛ كما سُمي أيضًا "أنبوب تبديل شعاع الماغنيترون"، نسبةً إلى اشتقاقه من الماغنيترون ذي الأنود المنفصل . استُخدمت أنابيب التروكوترون في حاسوب UNIVAC 1101 ، بالإضافة إلى الساعات وعدادات التردد.

كانت أولى أجهزة التروكوترون محاطة بمغناطيس أسطواني مجوف، بأقطاب عند طرفيه. وكان المجال المغناطيسي داخل المغناطيس ذا خطوط قوة متوازية تقريبًا، موازية لمحور الأنبوب. كان أنبوبًا مفرغًا حراريًا؛ يحتوي في داخله على مهبط مركزي، وعشرة مصاعد، وعشرة أقطاب كهربائية على شكل "مجرفة". أدى المجال المغناطيسي والفولتية المطبقة على الأقطاب إلى تشكيل الإلكترونات لطبقة سميكة (كما في المغنطرون التجويفي) تصل إلى مصعد واحد فقط. تطبيق نبضة ذات عرض وفولتية محددين على الأقطاب المجردة كان يدفع الطبقة إلى المصعد التالي، حيث تبقى حتى نبضة التقدم التالية. كان اتجاه العد يُحدد باتجاه المجال المغناطيسي، وبالتالي لم يكن قابلاً للعكس. استبدل شكل لاحق من التروكوترون يُسمى مفتاح شعاع-إكس المغناطيس الأسطواني الخارجي الكبير والثقيل بعشرة مغناطيسات قضيبية صغيرة داخلية مصنوعة من سبيكة معدنية، والتي كانت تعمل أيضًا كأقطاب كهربائية.

في عام 1949، اخترع فيليبس أنبوب E1T ، وهو أنبوب عداد انحراف شعاعي آخر . وهو أنبوب تفريغ حراري ذو عشر حالات وقراءة مباشرة. صممت فيليبس عداد PW4032 الإلكتروني، ذو الخمسة أرقام، بتردد 120 كيلوهرتز، بالاعتماد على هذا الأنبوب.

أنابيب عدّ نقل التوهج، المشابهة في وظيفتها الأساسية لأنابيب التروكوترون، كانت تحتوي على تفريغ متوهج على أحد الكاثودات الرئيسية، والذي كان مرئيًا من خلال الجزء العلوي من الغلاف الزجاجي. استخدمت معظمها خليطًا غازيًا أساسه النيون، وكانت تعدّ بنظام العد العشري (الأساس 10)، بينما اعتمدت الأنواع الأسرع على غازات الأرجون أو الهيدروجين أو غيرها، كما توفرت أنواع قليلة تعمل بنظام العد الاثني عشري (الأساس 12) لأغراض ضبط الوقت وتطبيقات مماثلة. كانت مجموعات من كاثودات "التوجيه" (عادةً مجموعتان، ولكن بعض الأنواع كانت تحتوي على مجموعة واحدة أو ثلاث) بين كاثودات المؤشر تنقل التوهج على مراحل إلى الكاثود الرئيسي التالي. كانت الأنواع التي تحتوي على مجموعتين أو ثلاث مجموعات من كاثودات التوجيه قادرة على العد في كلا الاتجاهين. كان اسم "ديكاترون" التجاري معروفًا لأنابيب عدّ نقل التوهج في المملكة المتحدة . أما الأنواع التي تحتوي على وصلات لكل كاثود مؤشر على حدة، مما يسمح بضبط حالة الأنبوب مسبقًا على أي قيمة (على عكس الأنواع الأبسط التي لا يمكن إعادة ضبطها إلا مباشرةً إلى الصفر أو إلى مجموعة فرعية صغيرة من إجمالي عدد حالاتها)، فكانت تُعرف تجاريًا باسم أنابيب "سيليكترون ".

تم تسجيل براءة اختراع لجهاز واحد على الأقل يعمل بنفس طريقة أنابيب نيكسي في ثلاثينيات القرن العشرين ^{[ 9 ]} . وقدّمت شركة نورثروب وغيرها عددًا من براءات الاختراع ذات الصلة في أوائل خمسينيات القرن العشرين، وطرحت شركة ناشيونال يونيون أولى أنابيب العرض المنتجة بكميات كبيرة في عام 1954 تحت العلامة التجارية إنديترون. إلا أن تصميم أنابيب إنديترون الأولى كان أبسط من تصميم أنابيب نيكسي اللاحقة، إذ افتقرت إلى شبكة الأنود المشتركة، ما جعل الأرقام غير المضاءة تُثبّت عند جهد الأنود لتؤدي وظيفة الأنود الفعال. وكان متوسط ​​عمرها أقصر، ولم تجد تطبيقات كثيرة نظرًا لمتطلبات تشغيلها المعقدة.

يحتوي أنبوب نيكسي الأكثر شيوعًا على عشرة أقطاب سالبة على شكل الأرقام من 0 إلى 9 (وأحيانًا فاصلة عشرية أو اثنتين)، ولكن توجد أيضًا أنواع تعرض حروفًا وعلامات ورموزًا مختلفة. ولأن الأرقام والحروف الأخرى مرتبة خلف بعضها البعض، يظهر كل حرف بعمق مختلف، مما يمنح شاشات نيكسي مظهرًا مميزًا. ومن الأجهزة المشابهة أنبوب بيكسي ، الذي يستخدم قناعًا استنسليًا بفتحات على شكل أرقام بدلًا من الأقطاب السالبة. وقد استخدمت بعض أنابيب نيكسي الروسية، مثل ИH-14 (IN-14)، الرقم 2 مقلوبًا بدلًا من الرقم 5، على الأرجح لتوفير تكاليف التصنيع.

يمكن جعل كل مهبط يتوهج باللون الأحمر البرتقالي النيون المميز بتطبيق تيار مستمر يبلغ حوالي 170 فولتًا ببضعة ميلي أمبيرات بين المهبط والمصعد. ويتم عادةً تحديد التيار باستخدام مقاومة للمصعد تبلغ بضعة عشرات الآلاف من الأوم . تُظهر أنابيب النيكسي مقاومة سالبة ، وتحافظ على توهجها عند جهد أقل من جهد التشغيل بمقدار 20 إلى 30 فولتًا. يمكن ملاحظة بعض التباين اللوني بين الأنواع، نتيجةً لاختلافات في مخاليط الغاز المستخدمة. تحتوي الأنابيب ذات العمر الأطول، والتي صُنعت لاحقًا في تاريخ أنابيب النيكسي، على الزئبق مُضافًا لتقليل التذرية ^{[ 4 ]،} مما ينتج عنه مسحة زرقاء أو بنفسجية للضوء المنبعث. في بعض الحالات، يتم ترشيح هذه الألوان بواسطة طبقة ترشيح حمراء أو برتقالية على الزجاج.

إحدى مزايا أنبوب نيكسي هي تصميم أقطابه السالبة بشكل طباعي يسهل قراءتها. في معظم الأنواع، لا تُرتب الأقطاب بتسلسل رقمي من الخلف إلى الأمام، بل تُرتب بحيث تُخفي الأقطاب السالبة الأمامية القطب المضيء بشكل طفيف. أحد هذه الترتيبات هو 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 من الأمام (6) إلى الخلف (1). ^{[ 10 ] [ 11 ]} تستخدم أنابيب ИH-12A (IN-12A) وИH-12B (IN-12B) الروسية الترتيب الرقمي 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 من الأمام (3) إلى الخلف (1)، حيث يكون الرقم 5 هو الرقم 2 مقلوبًا. تتميز أنابيب ИH-12B بوجود فاصلة عشرية في أسفل اليسار بين الرقمين 8 و3.

استُخدمت شاشات نيكسي كشاشات عرض رقمية في أجهزة قياس الفولتية الرقمية المبكرة ، وأجهزة القياس المتعددة ، وعدادات التردد ، وأنواع أخرى كثيرة من المعدات التقنية. كما ظهرت في شاشات عرض الوقت الرقمية باهظة الثمن المستخدمة في المؤسسات البحثية والعسكرية، وفي العديد من الآلات الحاسبة الإلكترونية المكتبية المبكرة ، بما في ذلك أول آلة حاسبة إلكترونية: سوملوك-كومبتوميتر أنيتا مارك 7 لعام 1961، وحتى في أولى لوحات مقاسم الهاتف الإلكترونية . لاحقًا، استُخدمت نسخ أبجدية رقمية منها، بتنسيق عرض من أربعة عشر جزءًا، في لافتات الوصول والمغادرة في المطارات. كما استُخدمت شاشات نيكسي في بعض المصاعد لعرض أرقام الطوابق.

تراوح متوسط ​​عمر أنابيب نيكسي من حوالي 5000 ساعة للأنواع الأولى، إلى 200000 ساعة أو أكثر لبعض الأنواع الأخيرة. لا يوجد تعريف رسمي لما يُعتبر "نهاية عمر" أنابيب نيكسي، باستثناء الأعطال الميكانيكية. تشير بعض المصادر ^{[ 2 ]} إلى أن عدم اكتمال تغطية التوهج لرمز معين (" تسمم الكاثود ") أو ظهور توهج في أي مكان آخر من الأنبوب غير مقبول.

تتعرض أنابيب نيكسي لأنماط فشل متعددة، بما في ذلك:

• كسر بسيط
• الشقوق وتسريبات الختم المحكم تسمح بدخول الهواء.
• يؤدي تسمم الكاثود إلى منع جزء أو كل حرف أو أكثر من الإضاءة
• زيادة جهد التشغيل تسبب وميضًا أو عدم إضاءة
• تناثر معدن القطب الكهربائي على الغلاف الزجاجي الذي يحجب رؤية الكاثودات
• قد تكون الدوائر الداخلية مفتوحة أو قصيرة، والتي قد تنتج عن سوء استخدام مادي أو تناثر السوائل.

إن تشغيل أنابيب النيكسي خارج نطاق خصائصها الكهربائية المحددة يُسرّع من تلفها، وخاصةً التيار الزائد الذي يزيد من تناثر الأقطاب الكهربائية. وقد أدت بعض الحالات الشديدة من التناثر إلى تفكك كامل لمهابط أنابيب النيكسي.

يمكن الحد من تسمم الكاثود عن طريق تقليل التيار المار عبر الأنابيب إلى أقل بكثير من الحد الأقصى المسموح به، ^{[ 12 ]} أو باستخدام أنابيب نيكسي المصنوعة من مواد تتجنب هذا التأثير (مثل خلوها من السيليكات والألومنيوم)، أو عن طريق برمجة الأجهزة للتنقل دوريًا بين جميع الأرقام بحيث يتم تنشيط الأرقام التي نادرًا ما يتم عرضها. ^{[ 13 ]}

وحتى عام 2006، كان العديد من الموردين لا يزالون يقدمون أنواع أنابيب نيكسي الشائعة كقطع غيار، جديدة في عبواتها الأصلية.لا تزال الأجهزة المزودة بشاشات أنابيب نيكسي بحالة تشغيل ممتازة متوفرة بكثرة، على الرغم من أن العديد منها قيد الاستخدام منذ 30 إلى 40 عامًا أو أكثر. ويمكن العثور على هذه الأجهزة كفائض وبأسعار زهيدة. في الاتحاد السوفيتي السابق، استمر إنتاج أنابيب نيكسي بكميات كبيرة في ثمانينيات القرن الماضي، لذا لا تزال أنابيب نيكسي الروسية والشرق أوروبية متوفرة.

تشمل تقنيات العرض الرقمي الأخرى أنابيب الضوء، وشاشات العرض الخلفية، وشاشات العرض ذات الإضاءة الجانبية (جميعها تستخدم مصابيح متوهجة أو نيون فردية للإضاءة)، وشاشات قراءة خيوط Numitron المتوهجة، وشاشات Panaplex ذات الأجزاء السبعة، ^{وأنابيب العرض الفلورية} المفرغة . قبل أن تصبح أنابيب Nixie شائعة، كانت معظم شاشات العرض الرقمية كهروميكانيكية، تستخدم آليات متدرجة لعرض الأرقام إما مباشرةً باستخدام أسطوانات تحمل أرقامًا مطبوعة متصلة بدواراتها، أو بشكل غير مباشر عن طريق توصيل مخارج مفاتيح متدرجة بمصابيح مؤشرة. لاحقًا، استخدمت بعض الساعات القديمة شكلاً من أشكال المفاتيح المتدرجة لتشغيل أنابيب Nixie.

استُبدلت أنابيب نيكسي في سبعينيات القرن الماضي بالثنائيات الباعثة للضوء (LED) وشاشات الفلورسنت الفراغية (VFD)، والتي غالبًا ما تكون على شكل شاشات سباعية الأجزاء . تستخدم شاشة الفلورسنت الفراغية سلكًا ساخنًا لإصدار الإلكترونات، وشبكة تحكم، وأقطابًا موجبة مطلية بالفوسفور (شبيهة بأنبوب أشعة الكاثود ) مصممة لتمثيل أجزاء من رقم، أو وحدات بكسل في شاشة عرض رسومية، أو حروفًا أو رموزًا أو كلمات كاملة. بينما تتطلب أنابيب نيكسي عادةً 180 فولتًا للإضاءة، فإن شاشات الفلورسنت الفراغية لا تتطلب سوى فولتيات منخفضة نسبيًا للتشغيل، مما يجعلها أسهل وأرخص استخدامًا. تتميز شاشات الفلورسنت الفراغية ببنية داخلية بسيطة، مما ينتج عنه صورة ساطعة وواضحة وغير مشوشة. على عكس أنابيب نيكسي، فإن الغلاف الزجاجي لشاشة الفلورسنت الفراغية مفرغ من الهواء بدلًا من ملئه بمزيج محدد من الغازات تحت ضغط منخفض.

كانت رقائق تشغيل متخصصة عالية الجهد، مثل 7441/74141، متوفرة لتشغيل أنابيب نيكسي. تُعدّ مصابيح LED أكثر ملاءمةً للجهود المنخفضة التي تستخدمها عادةً الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات ، مما شكّل ميزةً للأجهزة مثل الآلات الحاسبة الجيبية والساعات الرقمية وأجهزة القياس الرقمية المحمولة. كما أن مصابيح LED أصغر حجمًا وأكثر متانةً، لعدم احتوائها على غلاف زجاجي هش. وتستهلك مصابيح LED طاقةً أقل من شاشات العرض الفلورية المتغيرة أو أنابيب نيكسي التي تؤدي الوظيفة نفسها.

بسبب عدم الرضا عن جماليات شاشات العرض الرقمية الحديثة والحنين إلى تصميمات التقنيات القديمة، أبدى عدد كبير من هواة الإلكترونيات اهتمامًا بإحياء أنابيب النيكسي. ^{[ 15 ]} يتم إخراج الأنابيب غير المباعة التي ظلت مخزنة في المستودعات لعقود من الزمن واستخدامها، وأكثر استخداماتها شيوعًا هو في الساعات الرقمية المصنوعة يدويًا. ^{[ 11 ] [ 16 ] [ 10 ]} خلال ذروة انتشارها، كانت أنابيب النيكسي تُعتبر باهظة الثمن بشكل عام لاستخدامها في السلع الاستهلاكية واسعة الانتشار مثل الساعات. ^{[ 10 ]} وقد أدى هذا الارتفاع الأخير في الطلب إلى ارتفاع الأسعار بشكل ملحوظ، لا سيما بالنسبة للأنابيب الكبيرة، مما جعل إنتاج أنابيب جديدة على نطاق صغير مجديًا اقتصاديًا.

إلى جانب الصمام نفسه، ثمة اعتبار هام آخر يتمثل في الدوائر الكهربائية ذات الجهد العالي نسبيًا اللازمة لتشغيله. لقد توقف إنتاج الدوائر المتكاملة الأصلية لتشغيل سلسلة 7400، مثل دائرة تشغيل مُفكِّك BCD 74141، منذ زمن طويل، وهي أندر من الصمامات الجديدة غير المستخدمة . لا يزال الصمام 74141 متوفرًا كصمام جديد غير مستخدم من موردين مختلفين على الإنترنت، بينما لا يزال نظيره السوفيتي، K155ID1، قيد الإنتاج. مع ذلك، تتوفر الآن ترانزستورات ثنائية القطب حديثة ذات تصنيفات جهد عالية بأسعار زهيدة، مثل MPSA92 أو MPSA42.

• علامة تجارية عامة
• أنبوب نيمو
• أنبوب نومترون
• شاشة عرض مكونة من ستة عشر جزءًا
• شاشة عرض فلورية مفرغة من الهواء

• بايلاندر، إي جي (1979)، الشاشات الإلكترونية ، نيويورك : ماكجرو هيل ، رقم ISBN 978-0-07-009510-6، إل سي سي إن 78031849 .
• دانس، جيه بي (1967)، دوائر العد الإلكترونية ، لندن : دار نشر ILIFFE المحدودة ، رقم مكتبة الكونغرس 67013048 .
• ويستون، جي إف (1968)، أنابيب التفريغ المتوهجة ذات الكاثود البارد ، لندن : دار نشر ILIFFE المحدودة ، رقم مكتبة الكونغرس 68135075 ، ديوي 621.381/51، LCC TK7871.73.W44.

• نبذة تاريخية عن شركة هايدو براذرز ( مؤرشفة بتاريخ 14 أبريل 2012 على موقع Wayback Machine)
• أدوات مايك الكهربائية: أنابيب العرض والعد
• صور ومواصفات أنابيب نيكسي (باللغتين الإنجليزية والألمانية)
• مجموعة أنابيب نيكسي العملاقة (باللغتين الإنجليزية والألمانية)
• فن صنع أنبوب نيكسي
• وصف وصور أنبوب نيكسي (باللغتين الإنجليزية والتشيكية)
• قصة أنبوب نيكسي (مجلة IEEE Spectrum، 18/7)
• عداد تبديل شعاع التروكوترون
• عدادات تبديل شعاع التروكوترون والمؤشرات الرقمية