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 s prímesami ďalších plynov 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 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 . Svietiaca vrstva na „horiacej“ číslici má šírku asi čo dostatočne potláča tieniaci vplyv nerozsvietených číslic pred ňou. Svetelná hustota pri maximálnom prúde je približne 2 000 apostilbov (637 lx). Na zväčšenie životnosti môže zmes obsahovať pary ortuti, ktoré redukujú odparovanie materiálu číslic, vytvárajú však vo výboji slabé difúzne modré svetlo, ktoré sa dá potlačiť červeným kontrastným filtrom. V digitrónoch pre impulzovú prevádzku môžu byť na skrátenie doby zápalu vbudované aj drobné 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, "Ikmax", je určená hodnotou, pri ktorej dochádza k rozsvecovaniu prívodov a závisí od konštrukcie (usporiadania číslic, pasivovania prívodov). Ak sa niektorá číslica budí prúdovými impulzmi, potom sa nesmie prekročiť dovolený impulzný prúd "Ikvmax".
Elektrické zapojenie.
Anóda digitrónu sa pripojí na jednosmerný zdroj s napätím (obvykle 170300 V) s rezervou prevyšujúcim minimálne zápalné napätie digitrónu, cez rezistor (obvykle rádovo desiatky kΩ), obmedzujúci anódový prúd na zvolenú hodnotu (obvykle jednotky mA). Želaný symbol je následne možné zobraziť uzemnením príslušnej katódy, čo vyvolá zapálenie výboja okolo nej a prietok anódového prúdu zo zdroja. 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 výstupnými budičmi pre spínanie 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).
Niektoré digitróny (napr. ZM10301033) obsahujú dve anódy, jednu pre párne, druhú pre nepárne čislice resp. symboly. Katódy dvojíc symbolov sú potom zapojené paralelne, čo redukuje počet vývodov digitrónu.
Aplikácie.
Digitróny sa používali v 50.70. rokoch 20. storočia v zobrazovacích jednotkách (displejoch) rôznych raných 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 raných typoch až po 200 000 hodín pri najmodernejších vyrábaných typoch.
Digitróny sú, podobne ako elektrónky, pomerne krehké súčiastky, náchylné na viacero druhov porúch:
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 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 a viedol aj k obnove manufaktúrnej výroby nových digitrónov. Zvlášť veľkému záujmu sa tešia vysoké typy digitrónov (100 a viac mm na výšku).