时间被霓虹灯涂成：如果你想让黑暗的城市嘶嘶作响 生活，你不能走得太远 霓虹灯.这些闪烁的彩色管就像 光明的军刀，切开我们对黑暗的返祖恐惧， 让我们的城市空间充满生机。但仅此而已 是 好为。如果你想创建比彩色光线更复杂的东西，比如时钟，一个 计算器，或者任务控制倒计时，你需要能胜任工作的灯。现代数字显示器基于 LED、LCD 和 VFD。但是，早在 1950 年代，在这些简洁的技术出现之前，需要显示数字的电子盒子就用了令人惊叹的发光灯，称为 零液管;最近，他们在复古风格的时钟上卷土重来(苹果发明家史蒂夫·沃兹尼亚克甚至有一个 由Nixie管制成的手表).它们是什么，它们是如何工作的?让我们仔细看看!

　　动画：在大多数电子显示器中，数字是通过照明制成的 相同的七个段的不同模式，因此您只能看到亮起的单个数字。在 nixie 管中，每个数字都有自己独立的金属阴极。您可以一次看到管子中的所有十位数字，但其中只有一个会 永远被点亮。

　　什么是nixie管?

　　截图：如果你喜欢nixies，但不想去麻烦和花费建立自己的 复古计数器或时钟，查看您可以为智能手机下载的nixie小部件和应用程序。在这里我正在测试两个 不同的 nixie 时钟小部件在 Android 手机上并排。您可以在适用于Apple设备的iTunes上找到类似的应用程序。

　　如果你有一个数字闹钟(或一个计时器在 微波炉、录像机或 光碟播放器)，它很可能有蓝绿色数字(在这种情况下，它使用 真空荧光显示器，VFD)或红色的(这意味着它是由 发光二极管、指示灯)。无论哪种方式，您都会注意到它通过点亮七个完全独立的条形(通常称为“段”)的图案来显示时间(10：30 或其他)中的每个数字。 您可以使用七段显示以及相当多的字母和单词来写所有数字 0-9。

　　照片：三个并排的nixie管。 您几乎可以看到数字前面的网状阳极 - 并注意到它们从底部伸出多少电线连接。图片来源 亚当·格雷格 发表于 Flickr 在 知识共享署名-相同方式共享许可.

　　Nixie 管也显示数字 0-9，但方式完全不同。仔细观察一个nixie管，你会发现它有十个十进制数字，由弯曲的电线制成，排列成一堆，一个在另一个前面，在一个密封的里面 玻璃 灯泡。灯泡下面，有很多 电气 接触。将这些连接到适当的 电子的 电路，你可以让数字按顺序计数，告诉时间，或者做各种其他整洁的事情。与VFD和LED不同，nixie灯管的古怪之处在于，不同的数字在彼此的前面或后面(在不同的“平面”上)亮起，因此某些数字看起来比其他数字更亮，并且离您的眼睛更近或更远。你几乎可以看到这一点 维基媒体照片的计数nixie管.

　　nixie管如何工作?

　　Nixie 管的工作原理很像 霓虹灯 (虽然不是 完全 就像霓虹灯一样，我们稍后会看到)。为什么所有的金属数字都必须是 密封在玻璃灯泡内? 好吧，你不能只看一看，但玻璃灯泡充满了看不见的气体(通常是氖气、汞和氩气)的混合物，其目的是阻止这些气体逸出(汞是有毒的，所以你不希望它漂浮在你附近的任何地方)。显示每个数字的弯曲金属线不是细丝，就像 电灯泡.它们中的每一个都作为一个单独的负极端子(阴极)工作，实际上 气体放电管—所以一根 nixie 管有十个阴极。阴极实际上并不相互接触，而是通过微小的隔开 陶瓷 间隔。还有一个单一的正极端子(阳极)，形状像一个网格或网格，它包裹在一堆数字阴极上，并为所有10个阴极提供服务。

　　照片：在这张未点燃的nixie管的奇妙照片中，您可以清楚地看到十个堆叠的阴极形状像数字，一个在另一个前面。您还可以看到围绕它们的网格状阳极“笼子”以及从管顶部脱落的连接。这是邪恶疯狂科学家的优秀照片之一 尼西管拆开, 作者：Lenore M. Edman， www.evilmadscientist.com，发表于 Flickr 在 知识共享署名许可.

　　不同种类的灯以完全不同的方式发光。老式电灯和手电筒(手电筒)使用 白炽灯，它会发光，因为它们内部的金属丝在电流流过时会变热。如果这些灯发出红热的光， 荧光灯 发亮 “白冷”：它们将电变成无形 紫外线，通过排列在其管内侧的白色涂层转换为可见光。霓虹灯与荧光灯相似，只是它们直接产生可见(红色)光。当您打开电源时， 原子 的氖气在管内分裂成电子和离子，碰撞并发出红色光(正如我们在文章中充分解释的那样) 霓虹灯).

　　Nixie灯管与霓虹灯非常相似。两者都看起来有点像 阴极射线管 (旧式 电视)，其中电子从一端的热金属阴极沸腾，然后沿着管子向另一端带正电的阳极竞争。但在霓虹灯和尼克斯中，阴极仍然存在 相对 酷(像这样的管子被描述为 “冷阴极，” 尽管它们通常处于温暖的一面——大约是人体温度)，但它们周围的气体混合物处于非常低的水平。 压力 (可能是正常大气压的1/100甚至更低 - 因此通常小于1000Pa或0.01个大气压)。当阳极和其中一个阴极之间施加约170-180伏的电压时，低压气体被电离(其原子或分子变成带正电的离子和带负电的电子)。当电子、离子和原子相互碰撞(以及从阴极喷射或“溅射”的金属原子)时，我们会在阴极周围形成一层发光的、模糊的光“涂层”，非常靠近它，遵循它的形状。 正是- 有效地使其看起来好像其中一个数字 0-9 被照亮。向不同的阴极施加电压会使不同的数字“亮起”。

　　如果您想要更详细的解释，请阅读下面的框;如果这对您来说已经足够了，您可以安全地跳过该框到其下方的文本。

　　是什么让那幽灵般的光芒?

　　在一个 电灯泡，盘绕的细丝会发光，因为它是红色或白热的。但是在nixie管中，发生了一些非常不同的事情：首先，阴极是冷的，所以辉光不是由热量产生的;第二，光芒发生 超出一些距离 产生它的阴极——它是一种“发光的幽灵”，与阴极本身有某种距离。我们在这里看到的称为 冷阴极辉光放电.为什么会这样...为什么它离阴极有一段距离?

　　照片：在这个出色的特写镜头中，您可以非常清楚地看到 nixie 管中的红色辉光放电是如何在金属阴极外部和刚好发生的，精确地遵循其形状。虽然你在这里看不到它，但在阴极和辉光之间实际上有一个薄的、完全黑暗的区域(阿斯顿黑暗空间)。照片由Georg-Johann Lay提供(由Richard Bartz编辑) 维基共享资源 在 知识共享署名-相同方式共享许可.

　　当在金属丝网阳极和其中一个数字阴极之间施加足够高的电压时，玻璃管内的低压气体的分子或原子分裂成带正电的离子和带负电的电子，形成一种热等离子体的“汤”。正离子被拉向带负电荷的阴极(导线轮廓数)，而负电子则朝向带正电荷的阳极网格。当离子撞击阴极时，它们会进一步敲击(次级) 电子从中出来，也进入等离子体。正是这种带电粒子的双重运动允许电流流过管子。从nixie管发出的光大部分是由 碰撞 在气体原子、离子和电子之间，就像在氖灯管中一样。但其中一些也是以另一种方式产生的。

　　一些正离子直接撞击阴极，而另一些则撞击气体原子并将其推入阴极。就像向墙壁发射的微小原子弹一样，这些小的气体原子和离子将较大的金属原子从阴极中取出，因此它们被喷射到管的主要部分 - 这一过程称为 溅射.然后，这些溅射原子在等离子体中发生自己的碰撞，吸收能量变得“激发”和不稳定，然后通过发出光子并有助于我们可以看到的整体辉光再次失去能量。

　　因此，简而言之，nixie管内的辉光是由电离和溅射的组合产生的。

　　像这样的辉光放电很复杂，在某些管子中，在阳极和阴极之间产生一系列的明暗带(查看这个整洁的视频 辉光放电管实验).Nixie管经过精心设计，因此我们真正能看到的只是阴极周围的单一光芒。但如果你善于观察，你也会发现在辉光和阴极之间有一个薄的、完全黑暗的区域(称为 阿斯顿黑暗空间).除此之外，我们看到的幽灵般的“阴极辉光”形成了点亮的数字。那么为什么阴极和辉光之间的空间呢?当电子从阴极发射并朝阳极行进时，就会发生辉光，与管主要部分的原子和离子碰撞。电子从阴极加速到阳极，在前进的过程中获得速度和能量。当它们非常靠近阴极时，电子的数量远远超过那里的离子和原子，而且它们没有太多的能量。因此，电子和原子之间发生碰撞的可能性相对较小，即使确实发生了，电子也没有足够的能量来激发原子发光。这就是为什么这个区域是黑暗的。离阴极稍远一点，电子获得了更快的速度和更多的能量， 并且有更多的原子可供它们碰撞。当电子与该区域的原子和离子碰撞时，它们可以激发它们，使它们发出可见光的光子，因此产生“阴极辉光”。

　　总结

　　让我们用图表快速总结所有这些：

　　管中的气体原子处于低压状态。当在阳极和阴极之间施加足够高的电压(“电离电位”)时，原子分裂成离子和电子的等离子体。

　　带正电荷的离子被吸引到带负电荷的阴极。当它们撞击阴极时，其中一些会击倒高能电子。

　　这些喷射的带负电的电子(称为二次电子)被吸引到带正电的阳极。 这些电子和它们遇到的离子之间的碰撞会产生管中的大部分光，就像在 霓虹灯.

　　在阴极附近，离子将气体原子推入阴极本身。

　　金属原子从阴极表面喷射(“溅射”)。

　　离开阴极的电子被拉向带正电的阳极。在阴极附近，电子比离子多，但电子的速度和能量相对较低。电子与原子或离子之间的碰撞不足以激发它们以产生光，因此该区域是黑暗的(阿斯顿暗空间)。

　　在离阴极一定距离的地方，电子获得了更多的速度和能量。当它们与这里的原子或离子碰撞时，它们会产生可见光的光子 - 在阴极之外产生熟悉的光芒。

　　nixie管的优缺点

　　Nixie 管明亮且易于阅读，数字正确四舍五入(与平方的“妥协”数字不同 发光二极管, 液晶显示器和 变频器，如果您不习惯它们，这可能会令人困惑)，因此它们是需要在光线不足或黑暗中阅读的乐器的热门选择。虽然基本上已经过时了，但它们仍然广泛使用且相对便宜，主要是因为它们在苏联(俄罗斯及其前共和国)大量生产。它们也非常可靠，并且由于每个数字都是单独点亮的，因此即使一个或多个阴极发生故障，也可以继续工作(在时尚之后)。根据 柏洛兹，最知名的制造商之一， 大型(“巨型”)尼克斯在高达45米(150英尺)处可见，通常持续20，000至100，000小时(取决于 关于它们的使用方式)，在 −65°C 至 70°C 的温度范围内工作，并且可以承受 55克。

　　照片：电子管的典型用途——用于显示电子频率计数器(惠普 5321B)。你可以在这里看到不同的数字是如何在不同的平面上显示的(所以有些数字看起来比其他数字稍微靠前)，给人一种略微不稳定的外观，使复古尼克斯如此吸引人!摄影：Windell H. Oskay， www.evilmadscientist.com，发表于 Flickr 在 知识共享署名许可.

　　不利的一面是，与更现代的显示器相比，它们由不方便的高压供电(使它们难以在低压下使用)。 集成电路 计算机芯片)和相对大量的功率，它们可能由于各种原因而失效。由于它们由玻璃制成并含有汞，因此如果它们破裂，它们可能会对健康造成危害(尽管这种情况非常罕见，因为它们通常内置在坚固的电子产品中)。阴极的堆叠，一个在另一个前面，意味着nixie管只能从前面的直面清晰地看到(不像其他显示器，可以从两侧更宽的角度看到)。与微型现代显示器相比，nixies也相当大，因此它们很难用于我们现在主要使用的紧凑型小工具。 液晶显示器 (想象一下像 MP3播放器 用尼克斯做成的巨大显示屏!

　　谁发明了nixie管?

　　你会经常读到尼克斯是由 巴勒斯公司 (一个领先的 大型计算机 20世纪中叶的制造商)——但这只是故事的一部分。

　　艺术品： 美国专利#2，142，106：信号系统及其辉光灯—汉斯·博斯瓦(Hans Boswau)1930年代专利中的两张图纸，用于一种看起来非常像nixie管的电数字指示器。作品由美国专利商标局提供。

　　巴勒斯在1950年代中期以“Haydu”和“HB”品牌销售该技术。 (海杜兄弟)，然后将其授权给许多其他电子公司。Haydu是新泽西州的一家小型电子公司，由两个名叫George和Zoltan Haydu的匈牙利兄弟经营，Burroughs购买了这家公司来制造电子管。“nixie”这个名字是如何来的，简直就是个笑话。故事是这样的，一位绘图员为其中一个管子绘制设计草图，将他的作品标记为“NIX1”(数字指示器实验#1)，昵称卡住了，巴勒斯足够明智地在 1956 年 12 月注册了“nixie”(“电子指示管”)商标(这种商标的使用现在标记为“死/过期”)。Nixie灯管非常受欢迎，直到1970年代LED的制造成本变得更便宜——这一发展似乎与巴勒斯擦肩而过：来自《新科学家》的一条有趣的小新闻 (1972 年 1 月 13 日)报道说：“巴勒斯声称对 LED 构成的威胁不以为然，声称它们在最近几个月被超卖......“ 不是一个好电话。

　　然而，可以指示数字的气体放电灯的基本思想似乎有些陈旧。这种设备的原始美国专利似乎是由一位名叫 汉斯·保罗·博斯瓦 1934年5月(1939年1月授予)，他将自己的发明称为用于“信号系统”的“辉光灯”。 以下是他自己的话对关键思想的简要总结，摘自该专利：

　　“事实上，辉光灯阴极的暴露部分完全被一层发光放电薄膜包围 可用于通过适当形状的阴极显示任何所需的字符。由导线组成的阴极 以数字 1 的形式，当点燃时，将产生数字 1 的发光轮廓，类似地，任何其他 可以形成所需的性格。