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 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。但僅此而已 是 好為。如果你想創建比彩色光線更復雜的東西，比如時鐘，一個 計算器，或者任務控制倒計時，你需要能勝任工作的燈。現代數字顯示器基于 LED、LCD 和 VFD。但是，早在 1950 年代，在這些簡潔的技術出現之前，需要顯示數字的電子盒子就用了令人驚嘆的發光燈，稱為 零液管;最近，他們在復古風格的時鐘上卷土重來(蘋果發明家史蒂夫·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?讓我們仔細看看!

　　動畫：在大多數電子顯示器中，數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字。在 nixie 管中，每個數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字，但其中只有一個會 永遠被點亮。

　　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 復古計數器或時鐘，查看您可以為智能手機下載的nixie小部件和應用程序。在這里我正在測試兩個 不同的 nixie 時鐘小部件在 Android 手機上并排。您可以在適用于Apple設備的iTunes上找到類似的應用程序。

　　如果你有一個數字鬧鐘(或一個計時器在 微波爐、錄像機或 光碟播放器)，它很可能有藍綠色數字(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)中的每個數字。 您可以使用七段顯示以及相當多的字母和單詞來寫所有數字 0-9。

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

　　Nixie 管也顯示數字 0-9，但方式完全不同。仔細觀察一個nixie管，你會發現它有十個十進制數字，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。將這些連接到適當的 電子的 電路，你可以讓數字按順序計數，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，不同的數字在彼此的前面或后面(在不同的“平面”上)亮起，因此某些數字看起來比其他數字更亮，并且離您的眼睛更近或更遠。你幾乎可以看到這一點 維基媒體照片的計數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字都必須是 密封在玻璃燈泡內? 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)。顯示每個數字的彎曲金屬線不是細絲，就像 電燈泡.它們中的每一個都作為一個單獨的負極端子(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)，形狀像一個網格或網格，它包裹在一堆數字陰極上，并為所有10個陰極提供服務。

　　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字，一個在另一個前面。您還可以看到圍繞它們的網格狀陽極“籠子”以及從管頂部脫落的連接。這是邪惡瘋狂科學家的優秀照片之一 尼西管拆開, 作者：Lenore M. Edman， www.evilmadscientist.com，發表于 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光。老式電燈和手電筒(手電筒)使用 白熾燈，它會發光，因為它們內部的金屬絲在電流流過時會變熱。如果這些燈發出紅熱的光， 熒光燈 發亮 “白冷”：它們將電變成無形 紫外線，通過排列在其管內側的白色涂層轉換為可見光。霓虹燈與熒光燈相似，只是它們直接產生可見(紅色)光。當您打開電源時， 原子 的氖氣在管內分裂成電子和離子，碰撞并發出紅色光(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電的電子)。當電子、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光的、模糊的光“涂層”，非常靠近它，遵循它的形狀。 正是- 有效地使其看起來好像其中一個數字 0-9 被照亮。向不同的陰極施加電壓會使不同的數字“亮起”。

　　如果您想要更詳細的解釋，請閱讀下面的框;如果這對您來說已經足夠了，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，盤繞的細絲會發光，因為它是紅色或白熱的。但是在nixie管中，發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生的;第二，光芒發生 超出一些距離 產生它的陰極——它是一種“發光的幽靈”，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.

　　當在金屬絲網陽極和其中一個數字陰極之間施加足夠高的電壓時，玻璃管內的低壓氣體的分子或原子分裂成帶正電的離子和帶負電的電子，形成一種熱等離子體的“湯”。正離子被拉向帶負電荷的陰極(導線輪廓數)，而負電子則朝向帶正電荷的陽極網格。當離子撞擊陰極時，它們會進一步敲擊(次級) 電子從中出來，也進入等離子體。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生自己的碰撞，吸收能量變得“激發”和不穩定，然后通過發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管內的輝光是由電離和濺射的組合產生的。

　　像這樣的輝光放電很復雜，在某些管子中，在陽極和陰極之間產生一系列的明暗帶(查看這個整潔的視頻 輝光放電管實驗).Nixie管經過精心設計，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，你也會發現在輝光和陰極之間有一個薄的、完全黑暗的區域(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”形成了點亮的數字。那么為什么陰極和輝光之間的空間呢?當電子從陰極發射并朝陽極行進時，就會發生輝光，與管主要部分的原子和離子碰撞。電子從陰極加速到陽極，在前進的過程中獲得速度和能量。當它們非常靠近陰極時，電子的數量遠遠超過那里的離子和原子，而且它們沒有太多的能量。因此，電子和原子之間發生碰撞的可能性相對較小，即使確實發生了，電子也沒有足夠的能量來激發原子發光。這就是為什么這個區域是黑暗的。離陰極稍遠一點，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。當電子與該區域的原子和離子碰撞時，它們可以激發它們，使它們發出可見光的光子，因此產生“陰極輝光”。

　　總結

　　讓我們用圖表快速總結所有這些：

　　管中的氣體原子處于低壓狀態。當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電荷的陰極。當它們撞擊陰極時，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它們以產生光，因此該區域是黑暗的(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。當它們與這里的原子或離子碰撞時，它們會產生可見光的光子 - 在陰極之外產生熟悉的光芒。

　　nixie管的優缺點

　　Nixie 管明亮且易于閱讀，數字正確四舍五入(與平方的“妥協”數字不同 發光二極管, 液晶顯示器和 變頻器，如果您不習慣它們，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。雖然基本上已經過時了，但它們仍然廣泛使用且相對便宜，主要是因為它們在蘇聯(俄羅斯及其前共和國)大量生產。它們也非常可靠，并且由于每個數字都是單獨點亮的，因此即使一個或多個陰極發生故障，也可以繼續工作(在時尚之后)。根據 柏洛茲，最知名的制造商之一， 大型(“巨型”)尼克斯在高達45米(150英尺)處可見，通常持續20，000至100，000小時(取決于 關于它們的使用方式)，在 ?65°C 至 70°C 的溫度范圍內工作，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器(惠普 5321B)。你可以在這里看到不同的數字是如何在不同的平面上顯示的(所以有些數字看起來比其他數字稍微靠前)，給人一種略微不穩定的外觀，使復古尼克斯如此吸引人!攝影：Windell H. Oskay， www.evilmadscientist.com，發表于 Flickr 在 知識共享署名許可.

　　不利的一面是，與更現代的顯示器相比，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，因為它們通常內置在堅固的電子產品中)。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，可以從兩側更寬的角度看到)。與微型現代顯示器相比，nixies也相當大，因此它們很難用于我們現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!

　　誰發明了nixie管?

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

　　藝術品： 美國專利#2，142，106：信號系統及其輝光燈—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管的電數字指示器。作品由美國專利商標局提供。

　　巴勒斯在1950年代中期以“Haydu”和“HB”品牌銷售該技術。 (海杜兄弟)，然后將其授權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的匈牙利兄弟經營，Burroughs購買了這家公司來制造電子管。“nixie”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計草圖，將他的作品標記為“NIX1”(數字指示器實驗#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(這種商標的使用現在標記為“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——這一發展似乎與巴勒斯擦肩而過：來自《新科學家》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，可以指示數字的氣體放電燈的基本思想似乎有些陳舊。這種設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)，他將自己的發明稱為用于“信號系統”的“輝光燈”。 以下是他自己的話對關鍵思想的簡要總結，摘自該專利：

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