Lampy „Nixie” – to pierwszy udany wariant wyświetlacza cyfrowego pozwalający na wyświetlanie znaków z zadanego zestawu. Co ważne – znaki te mogły mieć dowolny kształt zaplanowany przez producenta i jarzyły się piękną neonową poświatą. W czasach gdy lampy te były stosowane – były symbolem cyfrowej, przyjaznej użytkownikowi przyszłości. Obecnie lampy takie można zdobyć jedynie z zapasów magazynowych które tu i ówdzie odkrywają zapomniane regiony magazynów przedsiębiorstw handlujących elementami elektronicznymi lub z magazynów wojskowych. Jednak warto ich poszukać na internetowych aukcjach czy ty jako elementy magazynowe, czy też lampy będące podzespołami większych urządzeń. Lampy takie, po obudowaniu odpowiednim układem elektronicznym mogą być elementem większego urządzenia – na przykład elektronicznego zegarka w stylu steam punk lub zbudowanego w tym samym stylu – kalkulatora.

Lampa „Nixie” jest lampą jarzeniową, wykorzystującą efekt lokalizacji świecenia wzbudzonego gazu pod określonym ciśnieniem. Typowa lampa posiada pojedynczą anodę w postaci siatki z cienkich drucików umieszczonej przed stosem katod o kształtach wyświetlanych symboli, które pod wpływem pola elektrycznego o odpowiednim natężeniu pobudzają do świecenia ów gaz w miejscach wskazanych odpowiednią katodą. Idea jest prosta, jednak trafimy tu na dwa drobne problemy:

1. Lampa neonowa potrzebuje co prawda niewielkiego prądu, ale jednak wymaga stosunkowo wysokiego napięcia. Dokładne dane znajdziemy w kartach katalogowych lamp które uda się nam dostać. Są to jednak napięcia w okolicy 150-200V – i takiego napięcia zasilania musimy użyć.
2. Sygnał cyfrowy o wartościach typowych dla współczesnych układów cyfrowych i trzeba go przetworzyć na pobudzenie odpowiedniej katody.

Pierwszy z tych problemów rozwiążemy konstruując przetwornicę z typowego napięcia zasilającego – na napięcie potrzebne do zasilania lamp. Drugi – poprzez ponowny powrót do historii, kiedy to układy scalone nie były programowalne, ale spełniały konkretne funkcje logiczne. Jednym z takich układów scalonych – jest układ 74141. Jest to układ cyfrowy realizujący funkcję konwertera z kodu dwójkowego na kod 1 z 10. Układ ten specjalnie stworzono do sterowania lampami nixie, dlatego wytrzymują większe niż typowe dla układów serii 74 – napięcia wyjściowe dochodzące do ponad 50V. Możemy tu czuć się zaskoczeni – przecież lampy zasilamy napięciem kilkukrotnie większym! To prawda, ale na lampie neonowej występuje, podobnie jak nadwodzie półprzewodnikowej, konkretny spadek napięcia – wynoszący około 150-170V. Dlatego nie musimy się przejmować wyższym napięciem zasilającym lampy, chyba że z tym napięciem poważnie przesadzimy. Układy te możemy dostać z tych samych źródeł w których poszukujemy samych lamp.

Aby zminimalizować liczbę potrzebnych połączeń, a co za tym idzie – używanych wyjść układu mikroprocesorowego – dekodery 74141 są sterowane z wyjść rejestru przesuwającego który pozwala na szeregowe przesyłanie danych przy pomocy dwóch linii – linii danych oraz linii impulsów zegarowych. Dodatkowo możemy użyć sygnału strobe który pozwala na zapamiętanie poprzedniej wartości podczas transmisji danych.

Prąd lampy musimy ograniczyć opornikiem zależnym od napięcia zasilania oraz od napięcia świecenia lampy. Napięcie zasilania zależeć będzie od użytej przetwornicy a napięcie świecenia znajdziemy na kartach katalogowych.

Schemat przetwornicy napięcia bez problemu znajdziemy w Internecie. W modelowym urządzeniu użyto typowej przetwornicy impulsowej typu step-up¹ w której energia zmagazynowana w cewce ładuje kondensator. Jako przerywać służy tu tranzystor polowy sterowany generatorem zbudowanym na układzie czasowym 555. Dodatkowy obwód złozony z dzielnika napięcia i tranzystora pozwala na stabilizację napięcia poprzez wyłączanie impulsatora gdy napięcie na kondensatorze, podzielone w oporowym dzielniku napięcia spowoduje powstania na Badzie tranzystora napięcia większego niż napięcie włączenia tranzystora.

Do zasilania przetwornicy będziemy potrzebowali napięcia o wartości od 9 do 15 V, w zależności od liczby i rodzaju użytych lamp. W przypadku czterech lamp NI-1 produkcji radzieckiej, w napięcie zasilania musi mieć wartość co najmniej 12V.

Układy cyfrowe powinny być zasilane z napięcia 5V. Jest to typowe napięcie zasilania układów serii 74, a więc układów cyfrowych starszych typów, mieszczące się także w granicach tolerancji napięć zasilających układów CMOS. Napięcie to uzyskujemy w prostym stabilizatorze napięcia zbudowanym na układzie scalonym 78L05

Projekt płytki drukowanej, zależy od tego jak ma wyglądać nasz wyświetlacz i jakie lampy udało się nam zdobyć. Dla lamp NI-1, płytka drukowana może być przygotowana według wzoru:

Podczas montażu i przy uruchamianiu należy bardzo uważać, że względu na występowanie w układzie wysokich napięć, które mogą być niebezpieczne dla życia oraz zdrowie innych układów elektronicznych. Dla nas kopnięcie prądem rozładowania kondensatora może być bolesne, bo ze względu na maksymalny prąd przetwornicy – nie jest on poważnie niebezpieczny, jednak Arduino z pewnością go nie przeżyje (wiem bo próbowałem).

Zmontowany układ wymaga jeszcze odpowiedniej obudowy – najlepiej z drewna zdobionego mosiądzem.

Autor rozmyśla nad użyciem opisywanego modułu do budowy zegara z budzikiem, w którym czas byłby wyświetlany na opisywanym wyświetlaczu, budzenie byłoby realizowane elektrycznym dzwonkiem a wybór godziny budzenia byłby możliwy dzięki tarczy telefonicznej.