Главным элементом часов AiV Nixie являются газоразрядные индикаторные лампы ИН-18.
Как устроена газоразрядная индикаторная лампа
Газоразрядный индикатор — ионный прибор для отображения информации, использующий тлеющий разряд. По сравнению с единичным индикатором — неоновой лампой — обладает более широкими возможностями.
Наиболее известными среди газоразрядных индикаторов являются знаковые индикаторы типа Nixie tube, состоящие из десяти тонких металлических электродов (катодов), каждый из которых соответствует одной цифре или знаку, при этом они включаются индивидуально. Электроды скомпонованы так, что различные цифры появляются на разной глубине, в отличие от плоского отображения, при котором все цифры находятся на одной плоскости по отношению к зрителю. Трубка наполнена инертным газом неоном (или другими смесями газов). Когда между анодом и катодом прикладывается электрическое напряжение от 120 до 180 вольт постоянного тока, вокруг катода возникает свечение. Состав газа определяет цвет свечения. Наиболее распространены лампы, где основой наполнения является газ неон, дающий красно-оранжевое свечение.
История развития
Газоразрядные индикаторы Nixie были разработаны в 1952 году братьями Хайду и позднее проданы фирме Burroughs Business Machines. Название Nixie получилось от сокращения NIX 1 — Numerical Indicator eXperimental 1 («цифровой индикатор экспериментальный, разработка 1»). Название закрепилось за всей линейкой таких индикаторов и стало нарицательным. Например, отечественные индикаторы ИН‑14 в зарубежных каталогах записывают как IN‑14 Nixie.
С начала 1950-х и до 1970-х годов индикаторы, построенные на газоразрядном принципе, были доминирующими в технике. Позже они были заменены вакуумно-люминесцентными, жидкокристаллическими и светодиодными дисплеями и стали довольно редки сегодня. В настоящее время большинство наименований газоразрядных индикаторов больше не производится.
Газоразрядные индикаторы использовались в калькуляторах, в измерительном оборудовании, в первых компьютерах, в аэрокосмической технике и на подводных лодках, в лифтовых указателях и для отображения информации на фондовой бирже Нью-Йорка.
За последние годы популярность газоразрядных индикаторов возросла из-за их необычного антикварного вида. В отличие от ЖК, они излучают мягкий неоновый оранжевый свет. Несколько компаний предлагают часы, в которых используются газоразрядные индикаторы. Для корпусов таких часов применяется дерево, сталь, акриловый пластик. Обычно такие часы обладают небольшим функционалом и несут чисто эстетическую функцию, но часы AiV Nixie являются приятным исключением. Они сочетают в себе оригинальный внешний вид, который никого не оставит равнодушным, и богатый функционал, который оценят все пользователи без исключения.
Разновидности газоразрядных индикаторов
Существует множество разновидностей газоразрядных индикаторов: линейные (непрерывные и дискретные), знаковые, сегментные и матричные. Применяемые в часах AiV Nixie индикаторы ИН-18 являются знаковыми индикаторами. Этот тип газоразрядных индикаторов является, пожалуй, самым известным и узнаваемым. В большинстве случаев словосочетание «газоразрядный индикатор» применяется именно в их отношении. Также известно, что до начала 1970-х годов в советской технической литературе в отношении таких индикаторов применялся ныне почти забытый термин «цифровая лампа» (по всей видимости, калька с немецкого «ziffernröhre»).
Знаковые индикаторы представлены отечественными моделями со знаками в виде цифр: ИН-1, ИН-2, ИН-4, ИН-8, ИН-8-2, ИН-12А, ИН-12Б, ИН-14, ИН-16, ИН-17, ИН-18, со знаками в виде букв, обозначений физических величин и других специальных символов: ИН-5А, ИН-5Б, ИН-7, ИН7А, ИН-7Б, ИН-15А, ИН-15Б, ИН-19А, ИН-19Б, ИН-19В.
Большинство знаковых индикаторов дефицита не представляют. В большинстве случаев ламповые часы делают на основе распространённых индикаторов ИН-8, ИН-12 или ИН-14. Найти такие индикаторы в продаже не сложно, и цена на них сравнительно невысока (около 2-5 долларов за штуку).
Кроме того, существует множество зарубежных аналогов отечественных газоразрядных индикаторов. Традиционно зарубежные лампы имеют более высокую стоимость (в 1,5–2 раза дороже за аналогичную лампу), и их крайне трудно найти в продаже.
Почему наши часы сделаны на ИН-18
Индикаторы ИН-18 являются самыми большими знаковыми индикаторами, выпускавшимися в СССР. Высота цифр у ИН-18 составляет 40 мм, что существенно больше, чем у часто используемых ИН-8, ИН-12, ИН-14 (18 мм). Такой большой размер цифр ИН-18 делает их хорошо читаемыми, особенно ночью и для людей с плохим зрением.
Среди зарубежных аналогов существуют лампы с высотой цифр намного больше чем 40 мм. Например, японская лампа Rodan CD-47 имеет высоту цифр 135 мм. Найти в продаже такие лампы почти невозможно, и их стоимость более 1000 долларов за штуку.
Зарубежные лампы, близкие по габаритам к ИН-18, стоят около 50-60 долларов за штуку и являются редкими. Стоимость самих ИН-18 составляет около 30-40 долларов за штуку. Хотя они являются гораздо более редкими, чем распространённые ИН-8, ИН-12, ИН-14, тем не менее, их можно достать новые со складского хранения в необходимом количестве. Таким образом, стоимость ламп составляет около 20 % от стоимости ламповых часов для решений на ИН-18 и еще меньше для часов на лампах ИН-8, ИН-12, ИН-14.
Принимая во внимание размер цифр, стоимость и редкость ламп, лампы ИН-18 являются единственным оптимальным выбором для изготовления эксклюзивных ламповых часов.
Особенности применения ИН-18
В целом применение индикаторов ИН-18 не отличается от применения других газоразрядных индикаторов, но есть несколько особенностей. Главная из них заключается в том, что из-за конструктивных особенностей индикаторов ИН-18 они больше подвержены эффекту появления «голубых пятен», чем другие индикаторы меньшего размера. Данный эффект заключается в появлении светящихся пятен голубого цвета в середине лампы, возникает он из-за некорректного включения лампы. Именно этот эффект, совместно с высокой стоимостью и редкостью ламп ИН-18, ограничивает применение данных индикаторов большинством разработчиков ламповых часов.
Дело в том, что 99 % схем ламповых часов используют для управления катодами ламп отечественную микросхему К155ИД1. Данная микросхема (включая ее зарубежный аналог) является единственной специализированной микросхемой-драйвером газоразрядных индикаторов, которая когда-либо выпускалась. Хотя она и является специализированной, она не способна обеспечить корректное управление газоразрядными индикаторами, т. к. напряжение на пробой для управляющих выходов микросхемы составляет всего 60 В, в то время как необходимо коммутировать напряжение катодов до 180 В. Для защиты от пробоя в микросхеме установлены стабилитроны, которые и используются для ограничения напряжения на катоде до 60 В. Таким образом, напряжение анод-катод для светящейся цифры составляет 180 В, а напряжение анод-катод остальных цифр в лампе (которые в данный момент не светятся), составляет 180 — 60 = 120 В, чего недостаточно для возникновения ионизации газа и появления свечения. Тем не менее, все катоды несветящихся цифр находятся под напряжением, что создаёт суммарную слабую ионизацию внутри лампы и приводит к появлению «голубых пятен». Некоторые люди ошибочно считают, что появление «голубых пятен» является дефектом самих ламп ИН-18. На самом деле, это результат некорректного включения лампы. У различных экземпляров ИН-18 этот эффект проявляется визуально по-разному и может со временем как пропадать, так и появляться. Крайне редко попадаются экземпляры ИН-18, у которых эффект «голубых пятен» отсутствует вовсе.
Корректное включение ламп подразумевает полное снятие напряжения анод-катод для несветящихся цифр. Для реализации такого управления микросхема К155ИД1 не подходит, т. к. необходимо использовать драйверы с напряжением пробоя не менее 200 В. Обычно такую схему управления делают на высоковольтных транзисторах. Тогда на каждую лампу вместо одной К155ИД1 необходимо поставить 20 отдельных компонентов (10 транзисторов и 10 резисторов). Для часов, имеющих 4 или 6 цифр, необходимо 80 и 120 компонентов соответственно, что затрудняет монтаж, увеличивает габариты и делает схему практически не реализуемой на выводных компонентах: необходимо применять только компоненты поверхностного монтажа. Лишь несколько разработчиков часов в мире реализуют подобную корректную схему включения. В наших часах AiV Nixie реализована корректная схема включения ламп, предотвращающая появления эффекта «голубых пятен».
«Отравление» катодов ламп
Одним из технических недостатков газоразрядного индикатора является то, что цифры укладываются «стопкой» одна за другой, перекрывая друг друга. Поэтому в случае редкого включения отдельных индикаторных катодов и активности других, частицы металла, распыляемого работающими катодами, оседают на редко используемых катодах, что способствует их «отравлению». Сначала это приводит к появлению неравномерного свечения у редко используемых цифр (появление тусклых областей), а при дальнейшем «отравлении» части этих цифр и вовсе перестают светиться. Данному эффекту подвержены все газоразрядные индикаторы, при использовании которых некоторые цифры включаются намного реже, чем другие. Именно этим случаем является применение ламп для отображения времени: разряд часов и десятков часов переключаются крайне редко.
Классическим методом борьбы с «отравлением» катодов ламп, который реализован почти во всех ламповых часах, в том числе и в AiV Nixie, является включение различных эффектов перебора всех цифр в лампе (наподобие эффекта слот-машины) при смене минут. То есть каждый раз, когда происходит смена минут, выполняется быстрый перебор всех цифр по кругу. Такой метод позволяет существенно снизить скорость «отравления» катодов и увеличить срок службы ламп. Однако многим людям не нравится, когда при смене минут часы некоторое время переключают цифры по кругу, вместо того чтобы отображать текущее время. Поэтому в часах AiV Nixie можно отключить данный эффект, в часах предусмотрен альтернативный метод борьбы с «отравлением» катодов.
Существует метод восстановления «отравленных» катодов повышенным током, который реализован в часах AiV Nixie. Суть метода заключается в прогреве катодов ламп повышенным током, в результате чего происходит самоочищение катодов и удаление с них окислов, что повышает эмиссию электронов с катодов и восстанавливает изначальную яркость свечения. Для восстановления катодов ламп в часах AiV Nixie предусмотрен специальный режим, позволяющий пользователю самостоятельно произвести восстановление яркости свечения ламп ИН-18.
О сроке службы ИН-18
Согласно паспорту на лампы ИН-18, наработка на отказ составляет не менее 5000 часов. При непрерывной работе это всего лишь 208 дней. Отказом считается выход за установленные границы следующих параметров: напряжения зажигания или тока индикации для цифр. Несмотря на столь малый заявленный производителем срок службы, газоразрядные индикаторные лампы фактически работают многие годы. Конечно, никто не может гарантировать, сколько проработает конкретный экземпляр кроме завода-изготовителя, установившего наработку в 5000 часов. Стоит заметить, что срок хранения ламп ИН-18 в паспорте не указан, и лампы ИН-18 не выпускаются уже более 20 лет. Часто попадаются новые лампы выпуска конца 70-х и начала 80-х годов, которым уже 35 лет, и они прекрасно работают.
Подтверждением долгого срока службы ламп ИН-18 является отсутствие нареканий на быстрый выход их из строя со стороны владельцев ламповых часов по всему миру. Тяжело даже приблизительно оценить срок службы данных ламп. Существуют примеры часов на газоразрядных индикаторах, сделанных еще нашими отцами в СССР, исправно работающими по сей день. Таким образом, считается, что лампы ИН-18 могут работать очень долго без каких-либо проблем.
Гораздо более актуальным является вопрос исчезновения ламп ИН-18 из продажи: складские запасы с советских времен почти все исчерпаны, новые лампы давно не выпускаются. Тематика ламповых часов стала особенно популярна в последние годы, что привело к резкому увеличению спроса на газоразрядные индикаторы. С каждым годом достать эти лампы становится всё труднее, и, соответственно, цена на них растёт.
Постоянно идут разговоры о возобновлении производства газоразрядных индикаторов частными предпринимателями в России или начала их крупномасштабного производства в Китае, но пока ничего подобного не намечается, хотя, с точки зрения современного производства, изготовление газоразрядных индикаторов так же элементарно, как изготовление лампочки накаливания.