Digitrón
Digitrón alebo číslicová výbojka je elektronická súčiastka, plynom plnená výbojka so studenou katódou, slúžiaca na zobrazovanie číslic prípadne iných symbolov. Sklenená banka digitrónu je plnená plynom s nízkym tlakom, obvykle neónom a obsahuje jednu spoločnú anódu v podobe priehľadnej mriežky z tenkého drôtu a viacero separátnych katód v tvare jednotlivých zobraziteľných symbolov. Po priložení zápalného napätia (obvykle okolo 170V) medzi anódou a niektorú z katód sa plyn v okolí katódy vplyvom prechádzajúceho prúdu rozžiari oranžovým tlejivým výbojom.
Digitrón výzorom pripomína vákuovú elektrónku, jeho princíp však nie je založený na tepelnej emisii elektrónov. Ide o špeciálny variant tlejivky – výbojky so studenou katódou.
Digitrón využíva svetielkovanie v zápornej tlejivej vrstve. Ak sa medzi anódou a niektorou katódou zapáli plynový výboj, potiahne sa katóda tlejivým výbojom a vidíme ju ako číslicu. Číslice sú vyleptané, alebo vyrazené z ušľachtilej ocele s hrúbkou vlákna asi 0,3 mm. Svietiaca vrstva na "horiacej" číslici má šírku asi 1,5 mm čo dostatočne potláča tieniaci vplyv nerozsvietených číslic pred ňou. Svetelná hustota pri maximálnom prúde je asi 2000 apostilbov. Na zväčšenie životnosti sa pridáva trocha ortuti ktorej pary podstatne zmenšujú odparovanie materiálu číslic, ale vytvárajú vo výboji slabé, difúzne modré svetlá, ktoré sa dajú potlačiť červeným farebným filtrom. V digitrónoch pre impulzovú prevádzku sa na skrátenie oneskorenia zápalu ešte vbudujú aj malé zdroje rádioaktívneho žiarenia.
Hodnoty prúdu a napätia
Sú trocha odlišné od výbojok. Úsek využívaný v stabilizačnej elektrónke, kde má napätie výboja takmer konštantnú hodnotu (normálny tlejivý výboj), tu neexistuje. Indikátory pracujú len v stúpajúcej časti charakteristiky (anomálny tlejivý výboj). Spodná hranica pracovného prúdu (prúd oblúka), minimálny pracovný prúd Ikmin má hodnotu asi 2 až 3-násobku prúdu pri minimálnom napätí. Horná hranica pracovného prúdu, je určená hodnotou, kedy nastáva rozsvecovaniu prívodov je Ikmax a ten závisí od konštrukcii (usporiadania číslic, pasivovanie prívodov). Ak sa niektorá číslica budí prúdovými impulzmi, potom sa nesmie prekročiť dovolený impulzný prúd Ikvmax.
Elektrické zapojenie
Anóda digitrónu sa pripojí na zdroj jednosmerného anódového napätia (obvykle 170V, pozri datasheet konkrétneho digitrónu) cez rezistor (obvykle rádovo desiatky kΩ), obmedzujúci anódový prúd. Želaný symbol je následne možné zobraziť uzemnením príslušnej katódy. Prípadné polovodičové spínacie prvky pre použitie v anódovom obvode digitrónu je potrebné vyberať s ohľadom na výšku anódového napätia. Na riadenie digitrónu existujú vhodné špecializované integrované obvody, napr. 74141 – TTL dekodér z BCD kódovania na kód 1 z 10 s výstupmi navrhnutými špeciálne pre riadenie katód digitrónu. Dekodér je vhodný pre použitie v statickom aj multiplexnom režime (ktorého výhoda je, že stačí jeden spoločný dekodér pre viacero digitrónov tvoriacich displej).
Aplikácie
Digitróny sa používali v 50.-70. rokoch v zobrazovacích jednotkách (displejoch) rôznych ranných číslicových (digitálnych) elektronických zariadení – číslicových meracích prístrojov, elektronických hodín, stolných kalkulačiek, registračných pokladní a pod. V priebehu 70. rokov boli postupne nahrádzané modernejšími typmi zobrazovačov – fluorescenčnými (VFD) a LED diódovými displejmi.
Životnosť
Priemerná životnosť digitrónov sa pohybovala od 2 000 hodín pri ranných typoch až po 200 000 hodín pri najmodernejších vyrábaných typoch.
Digitróny sú, podobne ako elektrónky, pomerne krehké súčiastky, náchylné na viacero druhov porúch:
- mechanická deštrukcia sklenenej banky alebo vnútornej konštrukcie
- porušenie vzduchotesnosti banky, najčastejšie v okolí zatavených vývodov
- otrava katódy, spôsobujúca neúplné zobrazenie symbolov
- zvýšenie zápalného napätia nad úroveň napätia zdroja v použitej aplikácii, spôsobujúce nestabilný – „mihotavý“ svit symbolov alebo úplnú neschopnosť zobraziť symboly
- uvoľňovanie častíc materiálu elektród do vnútra banky, spôsobujúce zhoršenie jej priehľadnosti
- skraty alebo studené spoje medzi elektródami resp. prívodmi k nim
Dejiny
- moderný digitrón bol vyvinutý malou americkou firmou Haydu Brothers Laboratories, vyrábajúcou vákuové súčiastky. Na trh bol uvedený v roku 1954 firmou Burroughs Corporation, ktorá kúpila Haydu a zaregistrovala „Nixie“ ako obchodný názov (trademark). Podľa článku v časopise Scientific American (jún 1973, str. 66) bol názov Nixie vo firme Burroughs odvodený od „NIX I“, skratky pracovného názvu „Numeric Indicator eXperimental No. 1“
- v nasledovných desaťročiach začalo zobrazovače na rovnakom princípe vyrábať množstvo výrobcov elektrónok pod rôznymi obchodnými názvami, napr. Numicator, Digitron. V anglickej aj nemeckej literatúre sa však udomácnil názov „Nixie“ resp. „Nixie tube“. V Česko-Slovensku sa zaužíval názov digitrón resp. digitron.
- v 70. rokoch 20. storočia boli digitrónové displeje postupne nahrádzané modernejšími technológiami, predovšetkým fluorescenčnými displejmi (VFD) a displejmi na báze LED diód, zväčša v podobe 7-segmentového zobrazovača.
- priamym nasledovníkom digitrónu je fluorescenčný displej – vákuová súčiastka so žeravenou katódou v podobe tenkých drôtikov a viacerými fosforom potiahnutými anódami, žiariacimi zelenou farbou pri prechode prúdu.
- LED diódové zobrazovače mali zásadné výhody v podobe nízkych prevádzkových napätí, vhodnejších pre polovodičovú éru, vysokej účinnosti, robustnosti a životnosti
Renesancia digitrónov
Digitróny zažili na prelome tisícročia renesanciu záujmu medzi zberateľmi a konštruktérmi amatérskych aj komerčných konštrukcií „nostalgických“ digitálnych hodín a iných zariadení. Zvýšený záujem spôsobil rast cien zvyšných skladových zásob digitrónov, ktoré boli predtým desaťročia nepredajné. Zvlášť veľkému záujmu sa tešia vysoké typy digitrónov (100 a viac mm na výšku).
Iné projekty
Commons ponúka multimediálne súbory na tému Digitrón
Externé odkazy
- Virtuálny digitrónový displej, hodiny a kalkulačka on-line v angličtine
- Vyčerpávajúci katalóg digitrónov vrátane fotografií a datasheetov v angličtine, nemčine
- Prevodné tabuľky digitrónov v angličtine
- 74141 – TTL dekodér z BCD na 1/10 + budič digitrónu – datasheet v angličtine