Жан-Поль Эймишен - Электроника?.. Нет ничего проще!
Л. — Ты видел наиболее современный вариант индикатора — газонаполненную лампу цифровой индикации. Индикаторная лампа имеет анод цилиндрической формы и 10 катодов из очень тонкой проволоки, расположенных один за другим; каждый катод имеет форму определенной цифры (рис. 118).
Рис. 118. Цифровая индикаторная лампа. В заполненной неоном колбе находится широкий кольцевой анод (на рисунке он разрезан, чтобы показать конструкцию катодов) и десять катодов из тонкой проволоки, имеющих форму десяти цифр от 0 до 9. Один из катодов всегда подключен, и соответствующая ему цифра светится красным цветом.
К аноду через ограничивающий ток резистор подводится положительное напряжение 250–300 в. Катоды соединены с коллекторами 10 кремниевых транзисторов, о которых я тебе уже говорил. Один из этих транзисторов отперт, а остальные заперты. Потенциал катода открытого транзистора падает почти до нуля, и протекающий по лампе ионный ток заставляет газ вокруг катода светиться, благодаря чему становится видна соответствующая цифра.
Н. — Очень умно! Но одна вещь кажется мне странной. Ты сказал, что катоды размещаются один за другим. Когда в этой пачке зажжется самый последний катод, мы ничего не увидим из-за расположенных перед ним.
Л. — Вся хитрость устройства этих катодов заключается в том, что они сделаны из очень тонкой проволоки, благодаря чему они практически незаметны на фоне ионизированного неона, светящегося вокруг последнего катода. Если ты внимательно посмотришь с очень близкого расстояния, то может быть различишь тонкие черные нити, пересекающие светящееся изображение цифры, но в обычных условиях нужно обладать глазами кошки, чтобы их заметить. Разумеется, существуют и другие способы индикации, но описанная газонаполненная лампа имеет тенденцию стать самым распространенным цифровым индикатором.
Н. — Но если подумать, становится просто грустно: на каждую декаду, кроме четырех триггеров и ключа, требуется десять высоковольтных кремниевых транзисторов, индикаторная лампа и резисторы для управления кремниевыми транзисторами. Уж очень много элементов, чтобы сосчитать только до десяти.
Л. — Я согласен с тобой, Незнайкин, но когда мы говорим, что декада считает только до десяти, мы должны одновременно отметить, что она может считать исключительно быстро. Кроме того, не забывай, что две декады позволяют считать до 100, а шести декад достаточно, чтобы считать до миллиона.
Н. — Мне в голову пришла идея… Я думаю, что при включении подряд нескольких, например четырех, декад такого типа выходящие с последней декады импульсы имеют значительно меньшую частоту, чем импульсы, подаваемые на первую.
Л. — Я не стал бы говорить «значительно меньшую», а указал бы точно «в десять тысяч раз меньшую».
Н. — Именно это я и хотел сказать. Следовательно, выходящие импульсы имеют довольно низкую частоту. Может быть, их можно считать более простым способом и даже механическим счетчиком.
Л. — Именно так и делают. Но обычно перед механическим счетчиком ставят больше четырех декад. Механический счетчик способен срабатывать 4 или 5 раз в 1 сек. А так как стоящая первой, т. е. выдерживающая наибольшую нагрузку, декада считает сотни тысяч импульсов в 1 сек, перед механическим счетчиком, как ты сам понимаешь, необходимо поставить не менее пяти декад. А при желании повысить скорость счета я поставил бы спереди дополнительную декаду, рассчитанную на очень большие скорости, например до 2–3 млн. импульсов в 1 сек.
Если же возникнет надобность еще расширить возможности моего счетного устройства, то я поставлю спереди еще одну декаду, сделанную специально для высоких частот и способную считать импульсы, например, на частоте 50 Мгц, таким образом, у меня получилась бы весьма совершенная система.
Н. — Да, я вижу, что механический счетчик может позволить нам сэкономить несколько декад на очень низких частотах. Но все равно меня печалит необходимость делать для счета такие сложные устройства.
Декатрон
Л. — Если ты не очень спешишь, иначе говоря, если у тебя нет необходимости в сверхбыстрых счетных устройствах, можно воспользоваться более простыми системами, обладающими, правда, меньшими возможностями. Довольно интересные результаты можно получить при использовании газонаполненных счетных ламп. Я расскажу тебе об одной из них — она называется декатрон или декадная пересчетная лампа. В заполненной неоном, аргоном или водородом колбе имеется кольцевой анод, обозначенный на рис. 119 буквой А. Чтобы не перегружать рисунок, я изобразил лишь часть элементов этой лампы. Под этим кольцом размещаются 10 основных катодов, обозначенных буквой К, которые, как ты видишь, изогнуты в виде крючка в том месте, где они приближаются к аноду.
Эти 10 катодов соединены между собой своим кольцом, замкнутым на корпус. Между каждой парой этих катодов размещается но одному вторичному катоду, которые я нарисовал тонкими линиями и обозначил буквой К. Все они соединены между собой другим кольцом, выходящим из колбы лампы. Этих катодов тоже 10, и они имеют такую же, как основные катоды, изогнутую форму.
Рис. 119. Газонаполненная счетная лампа типа декатрон. При подаче отрицательного импульса через конденсатор С ионизированная зона перескакивает с одного основного катода на следующий (в изображенном на рисунке случае — с 5 на 6), проходя при этом через расположенный между ними вспомогательный катод (5').
Н. — Но твой декатрон ужасно сложен! Со своими 20 катодами он, должно быть, стоит безумно дорого!
Л. — Совсем нет. Эти катоды представляют собой всего лишь проволочные крючки простой формы, прикрепленные к кольцу.
Напряжение питания Е (300 или 400 в) подается на анод через резистор R. Основные катоды К замкнуты на корпус, а все вторичные катоды К' имеют невысокий положительный потенциал. Ионизация начинается на одном из основных катодов К. Предположим, что им окажется катод с номером 5, как я показал на своем рисунке. А теперь через конденсатор С подадим отрицательный импульс с амплитудой 40 в на вспомогательные катоды К'. Они станут отрицательными относительно катодов К, потому что первоначально они имели потенциал +20 в, и конденсатор полностью передает срез импульса. Разность потенциалов между анодом А и катодом К' стала больше разности потенциалов между анодом А и катодами К, и поэтому ионизация стремится теперь установиться между анодом и одним из катодов К'.
Н. — А какой катод К' «облагодетельствует» ионизация? Ведь ей представляется десять на выбор.
Л. — Нет, имеется только одна возможность: изогнутый кончик второго катода 5' уже находится в зоне ионизации основного катода 5, поэтому именно этот вторичный катод ионизация и предпочтет всем другим. Тогда ионизированная зона перейдет на вторичный катод 5', но долго она там не задержится. По окончании отрицательного импульса, приложенного к катодам К', они вновь обретут свой традиционный потенциал +20 в. Ионизация вновь будет стремиться перейти на один из основных катодов К. В наиболее благоприятных условиях для этого оказывается основной катод с номером 6, так как его изогнутый кончик находится в ионизированной зоне, окружающей вторичный катод 5'.
Как ты видишь, при каждом импульсе, посланном на вспомогательные катоды К', ионизированная зона перескакивает с одного основного катода на следующий. А так как эта зона благодаря излучаемому свету хорошо видна, достаточно взглянуть на лампу с переднего торца по направлению оси кольцевого анода, чтобы узнать количество полученных ею импульсов. Снаружи вокруг лампы установлено кольцо, на котором по окружности, примерно как на циферблате часов, нанесены цифры от 0 до 9.
Н. — Твоя система исключительно разумно сделана: лампа не только считает импульсы, но и наглядно обозначает результат счета. Но я плохо представляю, как заставить лампу после каждого десятка импульсов давать импульс для управления следующей лампой.
Л. — Для этого достаточно с одного из основных катодов К сделать отдельный выход. Этот выход соединяется с корпусом через небольшой резистор R (рис. 120), на выводах которого появляется небольшое положительное напряжение, когда разряд поступает на выведенный катод. Это положительное напряжение подается на базу транзистора, что порождает на его коллекторе отрицательный импульс, передаваемый следующему декатрону.
