I

numeri elettronici stanno diventan-do oggetti familiari non solo neglistrumenti industriali e di laborato-

rio, ma anche in articoli di consumo,per esempio nei calcolatori tascabili, ne-gli orologi digitali (numerici) e in quellielettronici. Negli ultimi anni sono sta-ti introdotti sul mercato un gran nu-mero di dispositivi elettronici per larappresentazione dei numeri. Il rapidosviluppo degli indicatori numerici si èverificato sia per un aumento della do-manda sia per i progressi tecnologicinell'elettronica e in modo particolarenella miniaturizzazione e nell'impiegosu vasta scala dei circuiti integrati, chehanno reso possibile la produzione didispositivi elettronici di piccole dimen-sioni e di basso costo. Alcuni di questidispositivi richiedono una presentazio-ne di tipo numerico. La scelta del tipodi indicatore numerico da usare in unaapparecchiatura dipende dalle esigenzetecniche, dal costo dell'indicatore e deicircuiti elettronici a esso connessi e dairequisiti estetici (cioè dalle idee delprogettista sui gusti della clientela).

Sebbene la tecnologia di alcuni deinuovi dispositivi numerici sia per suanatura affascinante, l'evoluzione deinumeri elettronici può essere forsemeglio compresa esaminandola sottol'aspetto di una influenza reciproca fral'alta tecnologia, che stabilisce cosapuò essere costruito, e il mercato, chedetermina quel che può essere vendutocon successo. Per indicare il valore diuna grandezza molti dispositivi elettricied elettronici erano in passato equi-paggiati con una versione del galvano-metro di d'Arsonval, costituito da unabobina sospesa nel campo di un ma-gnete permanente. La bobina, quandoviene percorsa da una corrente elettri-ca, ruota e sposta lungo una scala unindice, cui è rigidamente connessa. Sipossono realizzare strumenti di questotipo con una precisione migliore del-l'uno per cento del fondo scala, ma

una precisione dello 0,1 per cento delfondo scala è difficilmente ottenibile.Quando viene richiesta una maggioreprecisione entrano in gioco tecnichepiù complicate che di solito esigonodi equilibrare la corrente incognita conuna corrente regolabile e di valore co-nosciuto. Tali tecniche permettono mi-sure molto più esatte, ma sono com-plicate, lente e costose. Per di più nonsono adatte a misurare grandezze chevariano rapidamente.

Lo sviluppo dei transistori e poi deicircuiti integrati ha portato a strumen-ti elettronici di misura aventi una pre-cisione molto maggiore. Per esempio.sono ora disponibili a prezzi infe-riori a 1 200 000 lire, tester per la mi-sura di tensioni, correnti e resistenzecon una precisione di I x 10-', chenon richiedono il bilanciamento di duecorrenti: il valore della grandezza mi-surata viene letto automaticamente erapidamente, e in una frazione di se-condo si può fare una nuova lettura.In passato precisioni di quest'ordine sipotevano ottenere solo nei laboratoridi prova dei campioni di misura. I nuo-vi strumenti elettronici sono non soloportatili, ma anche più affidabili deiloro predecessori.

Gli strumenti in grado di effettuaremisure veloci e di alta precisione ri-chiedono una presentazione numericapoiché quella analogica non può indica-re i risultati in nessun modo semplice.Inoltre molti degli apparecchi attualisono progettati per inviare direttamen-te i dati a un calcolatore digitale enello stesso tempo per presentare lemisure a un operatore umano. Perfino

strumenti di scarsa precisione a due otre cifre hanno dei vantaggi sugli in-dicatori (o display) analogici e stannorapidamente sostituendo quelli a bobi-na mobile che hanno costituito l'equi-paggiamento usuale dei pannelli indi-catori. Gli strumenti digitali possonoessere letti con maggior facilità edesattezza da persone inesperte, che po-trebbero avere difficoltà nell'interpre-tare la posizione di un indice su unascala.

Un altro tipo di misura per cui lostrumento di d'Arsonval non è adattoè il conteggio, specialmente il conteg-gio di eventi rapidi e irregolari comela disintegrazione di atomi radioattivi.Il progetto Manhattan della secondaguerra mondiale richiese numerose mi-sure di questo tipo e stimolò lo svilup-po di contatori elettronici realizzaticon circuiti a valvole. Il segnale am-plificato dai tubi elettronici veniva in-viato a piccole lampade al neon, cheregistravano il conteggio, disposte se-condo un codice binario, ma questa di-sposizione non si dimostrò convenienteperché non era facile convertire men-talmente i numeri binari in decimali.Vennero quindi escogitati diversi arti-fici per rendere possibile una letturadecimale diretta. All'inizio la presenta-zione più frequentemente usata eraquella a « termometro » o a scala:ogni cifra della lettura decimale richie-deva una colonna di dieci lampade alneon e in ogni colonna si accendevauna sola lampada alla volta. Per leg-gere un numero era necessario osser-vare l'insieme delle colonne e rilevarele cifre accese. Tali indicatori, benché

Nella fotografia della pagina a fronte è mostrata, fortemente ingrandita, una seriedi diodi a emissione di luce disposti in modo da formare una cifra di un indicatorenumerico. Il numero 5, in rosso, è stato generato dall'accensione selettiva degli ap-propriati diodi a emissione di luce, mentre quelli non eccitati sono neri. I diodisono costituiti da fosfuro-arseniuro di gallio, un semiconduttore che emette luce rossacon una lunghezza d'onda di circa 6550 angstrom. Il filtro che di solito copre l'in-dicatore numerico è stato tolto per rendere visibile il cablaggio di collegamento.

M,~

I numeri elettronici

Gli indicatori numerici sono usati, oltre che nelle apparecchiature indu-striali e di laboratorio, nei calcolatori tascabili e negli orologi da polso.La scelta dell'indicatore ha implicazioni tecnologiche ed economiche

di Alan Sobel

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Il tubo Nixie, un dispositivo a conduzione gassosa, è stato ilprimo indicatore numerico per strumenti elettronici commer-cialmente coronato da successo. È costituito da 10 catodi me•tallici sagomati in forma di numero, montati uno dietro l'al-tro e isolati fra di loro. L'anodo è una sottile rete metallica.L'assieme (a destra) è racchiuso in un'ampolla di vetro che

contiene neon con un'esigua quantità di mercurio. Quando fral'anodo e uno qualsiasi dei catodi viene applicata una tensio-ne, nel gas che circonda il catodo si innesca una scarica conconseguente emissione di luce. Il risultato è un numero lumi.noso (a sinistra). Il tubo Nixie viene prodotto in varie di-mensioni e continua a essere impiegato in notevoli quantità.

1110r i m lui• PL'indicatore planare a conduzione gassosa utilizza lo stesso principio del tubo Nixieper la presentazione dei numeri. In questo disegno sono illustrate le caratteristicheprincipali del dispositivo planare Panaplex II, costruito dalla Burroughs Corporation.I catodi sono delle barrette metalliche depositate su una base piana. I segmenti ca-todici corrispondenti di tutte le cifre sono messi in parallelo o interconnessi con unconduttore annegato nella base. Ogni cifra ha un anodo separato formato per deposi-zione di uno strato trasparente di ossido di stagno conduttore sulla superficie internadel pannello frontale, che è separato dalla base mediante un distanziatore. In questospazio viene introdotto del neon con una piccola quantità di mercurio e, quando frauna barretta e il suo anodo si applica un'opportuna tensione, nel gas che si trovaintorno alla barretta si innesca la scarica, con emissione di luce. I numeri sono ot-tenuti alimentando opportunamente in sequenza gli anodi e i catodi messi in paral-lelo secondo una tecnica chiamata stroboscopica. Ciò vien fatto cosi rapidamenteche l'osservatore vede una luce fissa. I numeri ottenuti sono di buona qualità.

In questa fotografia della sezione di un pannello di collaudo,usato per prove di vita, sono mostrati i numeri Nixie in se-quenza da O a 9. I tubi di questa fotografia hanno funzionato

con continuità per oltre 100 000 ore. La visibilità di tutti inumeri luminosi è buona nonostante il fatto che i catodi sa-gomati secondo i numeri siano montati uno dietro l'altro.

rappresentassero un progresso rispettoalla forma binaria, non erano general-mente graditi a causa della difficoltàdi lettura; era quindi necessario trova-re il modo di presentare un numero« in linea » anziché sparpagliato a di-versi livelli su diverse colonne.

Dei dispositivi progettati intorno al1955 per soddisfare questo requisito

quello che ebbe maggior successo futubo Nixie a conduzione gassosa. Quan-do questo tubo venne presentato sulmercato non era affatto sicuro che sa-rebbe diventato il dispositivo digitalepiù importante per gli strumenti elettro-nici. Due erano i suoi concorrenti prin-cipali: le lampade a incandescenza ei numeri elettroluminescenti. Vi eranodiversi modi in cui le lampade a in-candescenza, che illuminavano masche-re o pannelli di plastica a contorni lu-minosi per fornire una presentazionenumerica, potevano essere pilotate dal-

le uscite dei contatori a valvole. I cir-cuiti necessari per alimentare questiindicatori erano più complicati e piùcari di quelli occorrenti per il tuboNixie. Gli stessi indicatori a incande-scenza erano poi alquanto costosi.I numeri elettroluminescenti erano fat-ti con polveri di fosforo che emettonoluce quando vengono sottoposti all'a-zione di un campo elettrico. Sfortuna-tamente le prime lampade elettrolumi-nescenti avevano una vita breve e didurata non prevedibile e scomparironogradatamente come concorrenti impor-tanti del tubo Nixie.

La denominazione Nixie venne attri-buita casualmente: un disegnatore cheeseguiva i disegni del dispositivo locontrassegnò con la sigla « Nix 1 » chestava per indicatore numerico speri-mentale numero I. I suoi colleghi pre-sero l'abitudine di chiamarlo « Nixie »e il nome rimase. Il tubo contiene 10catodi metallici sagomati ciascuno se-

condo un numero differente, isolati fraloro e disposti uno dietro l'altro.L'anodo è costituito da una rete me-tallica. Il tutto si trova racchiuso inun'ampolla di vetro che contiene gasneon con un'esigua quantità di mer-curio. Quando fra l'anodo e uno qual-siasi dei catodi viene applicata unatensione elettrica di circa 180 volt, nelgas vicino al catodo si innesca unascarica con conseguente emissione diluce. Con una scelta appropriata dellapressione del gas e della dimensionedel catodo quasi tutta la luce vieneemessa nelle immediate vicinanze delcatodo alimentato ottenendo cosí unnumero luminoso di colore rosso-aran-cione.

Il tubo Nixie fu il primo messo com-mercialmente in vendita nel 1956. Èancora venduto dalla Burroughs Cor-poration che lo ha inventato, e in mol-te nazioni dai licenziatari della Bur-roughs. Disponibile in varie dimensioni

è largamente impiegato in strumenti dimisura di tutti i tipi e nelle attrezza-ture di ufficio come i calcolatori e lemacchine copiatrici. Il tubo ha avutosuccesso perché da affidamento e hauna vita lunga essendo un dispositivoben noto ai progettisti, continua a es-sere venduto in grandi quantitativi.

Le tensioni di alimentazione dei tubiNixie vengono fornite dai cosiddetticircuiti pilota. In origine essi eranopilotati da tubi elettronici che per ilfunzionamento richiedevano a loro vol-ta tensioni elevate. Tuttavia i modernicircuiti integrati devono essere alimen-tati con tensioni molto basse e quindi,per pilotare gli indicatori a tubo Nixie,si rendono necessari dei circuiti di in-terfaccia, facilmente disponibili pressonumerosi fornitori; tuttavia la necessi-tà di impiegare questi circuiti di inter-faccia è uno dei motivi per cui il tuboNixie sta per essere abbandonato.

I] calcolatore elettronico tascabile èforse l'esempio più notevole fra i

nuovi apparati elettronici che richie-dono un indicatore digitale. Questepiccole macchine sono capaci di faresomme, sottrazioni, moltiplicazioni edivisioni e molte possono eseguire an-che calcoli più complessi. Strumenticon tali capacità sarebbero impossi-bili senza i circuiti integrati a inte-grazione su larga scala (noti comeLSI). Un calcolatore di questo tipopuò aver bisogno di più di 1000 dio-di e transistori che sono tutti con-tenuti in uno o due « chips » o cir-cuiti integrati singoli. I risultati deicalcoli sono presentati con dispositivinumerici. Poiché i calcolatori tascabilivengono generalmente alimentati dapiccole batterie, la potenza assorbitadall'indicatore numerico è più criticadi quanto non lo sia negli strumentipiù grandi alimentati dalla rete elet-trica. Inoltre, a causa delle dimensionidel calcolatore tascabile, le cifre sonodi solito più piccole di quelle occor-renti per altri tipi di strumenti. I di-spositivi numerici devono essere mon-tati uno vicino all'altro e occupare ilminimo spazio possibile. Siccome que-sti calcolatori si vendono piuttosto aclienti singoli che alle aziende o alleindustrie, è essenziale tenerne basso ilcosto se si vuole trovar loro un mer-cato.

Le esigenze dei calcolatori tascabilihanno esercitato un forte influsso suiprogetti degli indicatori numerici. Laespansione delle vendite ha stimolatoi fabbricanti a sviluppare nuovi siste-mi e nuovi dispositivi. Probabilmentenel 1973 saranno venduti in tutto ilmondo più di tre milioni di calcola-

tori tascabili e poiché ciascuno di essiha da sei a sedici cifre, la richiestacomplessiva di cifre singole sarà intor-no a 25 milioni. Per fare un confrontosi pensi che nel 1972 sono stati ven-duti in tutto il mondo circa cinque mi-lioni di tubi Nixie.

11 tubo Nixie ha una forma sagoma-ta per ogni cifra mentre altri disposi-tivi usano barrette o punti per formarei numeri. Con sette barrette si possonoformare i numeri illuminando gli op-portuni segmenti disposti lungo un ret-tangolo avente una barretta orizzonta-le al centro. Le disposizioni di puntisono di solito di quattro per sette o di

cinque per sette (si veda l'illustrazionenella pagina seguente).

Ciascun tipo di dispositivo richiedeun differente sistema di trasduzione deisegnali ricevuti dall'unità di calcolo odi misura dello strumento. Il trasdut-tore viene chiamato decodificatore e,sebbene sia un dispositivo relativamen-te semplice da costruire con i circuitiintegrati, non è economico. È quindispesso preferibile che tutte le cifre dapresentare impieghino lo stesso deco-dificatore.

Un modo di predisporre un indica-tore è di usare un circuito pilota se-parato per ogni elemento di ogni cifra

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i 2 3 4 5 1 8 3 O

Sono stati sviluppati tre tipi di disposizioni in serie per for.mare i numeri elettronici. La più semplice è la disposizionea sette segmenti, essenzialmente un rettangolo con una bar-retta orizzontale, con la quale si possono formare tutti i nu.meri da O a 9 come mostra la fotografia in alto. Tutti i settesegmenti della serie possono essere visti nel numero 8. Anchela serie di punti di quattro per sette (fotografici al centro) è

disposta secondo un rettangolo con una barretta orizzontale. Laserie di punti di 5 per 7 (in basso) è spesso disposta in modo daavere 35 punti che permettono di ottenere anche tutte le letteredell'alfabeto. La fotografia in alto mostra un indicatore a diodoa emissione di luce sul calcolatore tascabile modello 80 realiz-zato dalla Hewlett-Packard. Le altre due fotografie mostranoindicatori a diodi a emissione di luce prodotti dalla stessa ditta.

e ciò è costoso. Per esempio, per unindicatore a otto cifre che impiega nu-meri a sette segmenti, sarebbero ne-cessari 56 circuiti pilota, che potreb-bero tuttavia essere ridotti se le ottocifre venissero collegate secondo unadisposizione a matrice in cui i circuitipilota siano ripartiti fra tutte le cifre;questo modo di risolvere il problema èdetto « multiplexing ». Per un displaydi otto cifre a sette segmenti connessiin una matrice, sono necessari solo 15

+ 7) circuiti pilota.Se in una tale disposizione si vuole

attivare soltanto un segmento di unacifra si invia corrente in una colonnae in una riga: il segmento che si tro-va all'intersezione fra la riga e la co-lonna sarà alimentato dalla sommadelle tensioni fornite dai due circuitipilota. Anche gli altri segmenti con-nessi alla riga e alla colonna eccitatesaranno alimentati a loro volta con lametà circa della tensione totale. Sequesta tensione ridotta è capace di fare

emettere un po' di luce dai segmentidel display risulta difficile per un os-servatore distinguere i segmenti chedovrebbero essere accesi da quelli chedovrebbero essere spenti. Questo feno-meno è chiamato diafonia e, se nonviene eliminato, le persone che devonoleggere i numeri saranno costrette aosservarlo.

È necessario che ogni elemento del-l'indicatore abbia una netta separazio-ne fra lo stato di acceso e quello dispento, affinché tensioni parziali nonprovochino emissione di luce. Parecchima non tutti i dispositivi di presenta-zione soddisfano a questo requisito. Al-cuni funzionano a corrente continua equindi hanno bisogno di una soglia net-ta in una sola direzione, mentre altri,che funzionano a corrente alternata,richiedono soglie nette in entrambe ledirezioni.

Un altro problema che si presenta èil fatto che nel funzionamento multi-plex ogni cifra viene illuminata a in-

termittenza e quindi solo per una par-te del tempo; essa deve perciò irradiaretutta la luce che l'osservatore vedràsolo in tale periodo di accensione. Peresempio, in un indicatore a otto cifreogni cifra è illuminata per un ottavodel tempo totale durante il quale deveemettere un flusso luminoso pari a ottovolte quello medio. Inoltre il tempocomplessivo occorrente per accenderetutte le cifre deve essere tanto breveche l'osservatore lion rilevi uno sfar-fallio sgradevole. Questi requisiti sta-biliscono un limite al numero delle ci-fre di un particolare tipo che possonoessere impiegate in un indicatore mul-tiplex.

Il funzionamento multiplex richiedecircuiti elettronici più complessi chenon il semplice schema di un circuitopilota per ogni segmento. Quando oc-corrono molte cifre questa complessitàsupplementare è decisamente preferibi-le al gran numero di circuiti pilota ne-cessari al funzionamento non multi-

plex, ma per un indicatore con pochecifre il risparmio nei circuiti pilota puònon compensare l'aumento nei disposi-tivi elettronici di programmazione. Tut-tavia il costo di questi diminuisce manmano che i circuiti integrati complessidiventano più economici, rendendoconveniente il funzionamento multi-plex per gli indicatori più piccoli.

Quando il mercato degli indicatorinumerici incominciò a mostrare i sin-tomi di una forte espansione, il tuboNixie era già un dispositivo ben in-trodotto. Infatti esso era già in pro-duzione da molto tempo e i costi eranostati ridotti il più possibile: in grandiquantità, il tubo Nixie veniva vendutoal prezzo unitario di circa 900 lire. Po-trebbero essere apportate ancora alcu-ne ulteriori riduzioni di prezzo, cheperò sembrano improbabili in fortemisura. Inoltre è difficile fabbricare itubi Nixie nelle piccolissime dimensio-ni (meno di 9,50 millimetri) necessarieper i calcolatori tascabili.

Venne allora escogitato un nuovoartificio che utilizza il principio dellaconduzione gassosa. Agli elettrodi ca-todici, intorno ai quali si concentra ilbagliore del gas, venne data la formadi rettangoli a sette segmenti dispostisu un unico piano. Con questo strata-gemma si ottennero dispositivi più sot-tili di quelli che potevano essere otte-nuti con i tubi Nixie e si apri la stra-da a una più economica fabbricazionedegli elettrodi. Gli elettrodi catodicisono di solito costruiti depositandouna pasta metallica su una base adat-ta e « cuocendo » il tutto con una tec-nica di fabbricazione detta,. « a filmspesso ». Alcuni fabbricanti hanno in-trodotto delle modifiche in questi di-spositivi planari a conduzione gassosa.Siccome i numeri giacciono tutti sullostesso piano, non balzano avanti e in-dietro come avviene nei numeri dei tu-bi Nixie.

I segmenti nella matrice a sette bar-rette hanno le soglie nette necessarieper il funzionamento multiplex. Sebbe-ne la tensione complessiva applicatafra gli elettrodi sia elevata (circa 200volt) la differenza di potenziale fra lecondizioni di acceso e spento può es-sere di appena 30 volt: possono quindiessere usati circuiti pilota di basso co-sto. Il risparmio complessivo di energiaè buono anche quando è necessario in-serire in serie un convertitore per ele-vare la tensione erogata da una bat-teria a 9 volt. Con i dispositivi pla-nari a conduzione gassosa si posso-no realizzare indicatori multiplex a 10o 12 cifre. I costi partono da circa 600lire a cifra ma senza dubbio calerannopresto.

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V CIRCUITIPILOTA

DI CIFRA

AAA

AA AA /\C D

CIRCUITIA PILOTA

"DI SEGMENTO

Il

In questo disegno viene illustrato come si possono mettere in comune i circuitipilota di segmento e di cifra per tre cifre a sette segmenti con un circuito multi-plex (in alto). Nel diagramma sono mostrati diodi semiconduttori, ma possono essereimpiegati componenti di altro tipo purché abbiano opportuni valori di soglia. Inbasso è riportata la stessa disposizione, disegnata in modo diverso, per mettere inevidenza la configurazione della matrice a tre colonne e a tre righe. Le linee incolore chiaro indicano i percorsi delle correnti per illuminare il numero I dellacifra centrale. In colore più scuro sono indicati i percorsi « parassiti » che potrebberoaccendere segmenti non selezionati. Se le correnti parassite generano una luce suffi-ciente potrebbe essere difficile stabilire quali sono i segmenti effettivamente accesi.

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Gli orologi elettronici digitali stanno aprendo un nuovo mer-cato agli indicatori numerici. L'orologio a sinistra ha un indi-catore a cristallo liquido a dispersione dinamica; quello a de-

stra ha l'indicatore a cristallo liquido a effetto di campo rea-lizzato dalla International Liquid Xtal Company. Entrambii sistemi funzionano per riflessione della luce ambientale.

L'orologio elettronico digitale mostrato in questa illustrazio-ne ha un indicatore numerico a cristallo liquido con un« quadrante » a 12 ore e con l'indicazione separata delle ore

antimeridiane (AM) e pomeridiane (PM). L'indicatore a cri-stallo liquido è realizzato dall'American Microsystem, cheè anche un fabbricante di circuiti per orologi elettronici.

Calcolatori elettronici con grandi indicatori numerici a eri- Microelectronies. La società ha incominciato l'anno scorso lastallo liquido sono prodotti dalla North American Rockwell produzione in grande serie degli indicatori a cristallo liquido.

Due nuove tecnologie hanno fattola loro comparsa negli indicatori nu-merici: i cristalli liquidi e i diodi aemissione di luce. I cristalli liquidi so-no dei fluidi parzialmente ordinati chepresentano alcune delle proprietà otti-che dei cristalli (da cui il loro nome).Sebbene siano conosciuti da quasi unsecolo, la loro recente applicazione agliindicatori numerici risale alla scoperta,fatta nel 1968, che essi hanno proprie-tà elettro-ottiche facilmente sfruttabili(si veda l'articolo Dispositivi visori acristallo liquido di George H. Heil-meier, in « Le Scienze », n. 23, luglio1970). I diodi .a emissione di luce, no-ti col nome di LED, (Light EmittingDiode) sono semiconduttori che emet-tono luce quando vengono percorsi dauna corrente elettrica appropriata. Imateriali semiconduttori oggigiornopiù comunemente usati sono il fosfurodi gallio e il fosfuro-arseniuro di gallio.

Attualmente vi sono due tipi di cri-stalli liquidi usati negli indicatori: adispersione dinamica e a effetto dicampo.

I cristalli liquidi a dispersione dina-mica, in assenza di un campo elettricosono trasparenti; quando viene loroapplicato un campo elettrico diventanoopachi e diffondono luce con un effet-to abbastanza simile a quello di unpezzo di vetro ghiacciato. Si possonorealizzare dispositivi a trasmissione, il-luminati posteriormente, a riflessione,illuminati anteriormente, o a semiri-flessione per entrambi i tipi di funzio-namento. Il normale numero in cristal-lo liquido è realizzato con sette seg-menti (si veda l'illustrazione in altoa pagina 56). I segmenti della cifrasono costituiti da elettrodi trasparentidisposti sulle superfici interne di duelastre di vetro fra le quali si trovaun sottile strato di cristallo liquido.Se il dispositivo deve essere del tipoa riflessione, l'elettrodo situato sullasuperficie posteriore è metallico inmodo da fungere da specchio.

Per produrre nel cristallo liquidol'effetto di dispersione è sufficiente unapiccolissima corrente (dell'ordine deimicroampere per centimetro quadrato).Poiché il funzionamento in correntecontinua abbrevia la vita del disposi-tivo, si usa corrente alternata. La ten-sione può essere di 25 volt o ancheinferiore: gli indicatori a cristallo li-quido sono quindi molto adatti perapplicazioni di bassa potenza, per esem-pio nei quadranti degli orologi elettro-nici da polso. I dispositivi a trasmis-sione richiedono una sorgente ausiliariadi luce. Nei primi indicatori il contra-sto fra i numeri e lo sfondo non eramolto buono, ma si sono fatti rapidi

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I dispositivi indicatori con filamento a incandescenza hanno nu-meri molto nitidi e luminosi. Questi dispositivi, prodotti dallaRCA Corporation, sono costituiti da una serie di sette segmenti

di un filo di tungsteno racchiuso in un tubo di vetro. Il filamen-to emette una luce bianco-giallastra con ampio spettro luminosoche può essere filtrata per ottenere indicatori di ogni colore.

ALTITUDE

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AA P1LI LI D

TIME

HEADING

rlC.71 gl>Questo indicatore elettroluminescente che utilizza fosforo a emissione di luce èprodotto dalla Sigmatron. Il fosforo, un materiale policristallino trasparente, vienedepositato sotto forma di pellicola su una lastra di vetro precedentemente rive-stita di elettrodi trasparenti. Lo strato isolante nero ha la funzione di sfondoscuro. Quando il fosforo viene eccitato da un campo elettrico alternato, emet-te luce gialla. Il contrasto è eccellente anche in ambienti molto luminosi.

Gli indicatori numerici fluorescenti a vuoto sono essenzialmentepiccoli tubi a raggi catodici. Un catodo in filo sottile dispostonella parte anteriore del dispositivo emette elettroni che ven-gono inviati ai segmenti rivestiti di fosforo. La luce emessa dalfosforo presenta un picco nella regione blu-verde, ma ha compo-

uenti in una zona molto più vasta dello spettro rendendo cosipossibili presentazioni a più colori con appositi filtri. In questafotografia è mostrato un nuovo display fluorescente piatto e diforma rettangolare realizzato dalla Wagner Electric Corporation.I dispositivi fluorescenti vengono anche montati in tubi di vetro.

rente limitata di valore ben determi-nato. I diodi a emissione di luce sonomeccanicamente robusti e dovrebberoavere una vita lunga.

A causa della forte concorrenzacosto degli indicatori LED sta dimi-nuendo rapidamente; al momento ilminor prezzo di listino per grandi quan-titativi è di circa mille lire per cifra.I prezzi usuali variano da 2000 a 3000lire per cifra, ma la concorrenza com-merciale da parte di altri tipi di displaysi sta intensificando.

Gli indicatori fluorescenti a vuotosono piccoli tubi speciali a raggi ca-todici contenenti un sottile conduttoreche emette elettroni per riscaldamentoe una cifra costituita da sette segmen-ti, ai quali può essere applicata unatensione positiva. Gli elettroni si diri-gono verso quei segmenti che sono ali-mentati: questi ultimi sono rivestiticon fosforo a bassa tensione che emet-te luce blu-verde. Disponendo opportu-ni filtri davanti al tubo si possono ot-tenere anche altri colori. Questi dispo-sitivi assorbono una potenza dell'ordinedei milliwatt oltre a circa 80 milliwattper riscaldare il filamento. La tensioneanodica tipica è di circa 25 volt: peril suo basso valore il tubo deve essereosservato dalla stessa parte dalla qualegli elettroni colpiscono il fosforo. Quin-di il filamento si trova fra i segmentiluminosi e l'osservatore; esso è peròtalmente piccolo e funziona a una tem-peratura cosi bassa da passare inosser-vato (si veda l'illustrazione in bassonella pagina a fronte). Gli indicatoridi questo tipo vengono realizzati in unagrande varietà di dimensioni e di for-mati e sono stati impiegati con succes-so in piccoli calcolatori tascabili, sonoeconomici, funzionano bene in multi-plex e per la bassa tensione necessa-ria sono compatibili con i circuiti in-tegrati.

I materiali elettroluminescenti sonostati fra i primi concorrenti del tuboNixie. I numeri rivestiti di polvere elet-troluminescente vengono ancora pro-dotti e nella loro realizzazione sonostati apportati sensibili miglioramenti;essi però non funzionano bene con ilcollegamento multiplex senza elementicircuitali aggiuntivi.

È stato sviluppato un tipo più mo-derno di indicatore elettroluminescentecostituito da un sottile strato di fosforodepositato sopra una base di vetro. Ilfosforo e gli elettrodi frontali sono tra-sparenti. Dietro il fosforo (cioè dallaparte opposta dell'osservatore) vienedepositato uno strato di materiale di-elettrico nero che assorbe la maggiorparte della luce incidente. Il contrastodei numeri illuminati contro lo sfondo

nero è eccellente anche in ambientimolto luminosi. La potenza assorbita èdell'ordine di 50 milliwatt, ma i duetipi di dispositivi elettroluminescentihanno bisogno, per funzionare corret-tamente, di tensioni alternate maggio-ri di 100 volt. Poiché di solito i rela-tivi circuiti pilota non sono disponibiliin commercio già pronti, essi devonoessere prodotti da chi ne deve fare uso.Ne è conseguita la tendenza a nonusare questi indicatori anche se il lorocosto può scendere ad appena 300 lireper cifra. È attualmente in corso disviluppo un nuovo tipo di materialeelettroluminescente in polvere a cor-rente continua.

Nei dispositivi indicatori sono statiimpiegati anche filamenti di tungstenoa incandescenza in tubi a vuoto dispo-sti, di solito, nel formato di sette seg-menti. Si ottengono in questo mododisplay nitidi e ad alta luminosità, cheemettono una luce bianco-giallastra,presentabile in qualsiasi colore deside-rato mediante opportuni filtri. Con unasemplice regolazione di tensione la lu-minosità può essere variata da zero fi-no a un livello facilmente visibile an-che in ambienti estremamente luminosi.La loro tensione di funzionamento èbassa, rendendo questi dispositivi diret-tamente compatibili con i circuiti inte-grati; per il pilotaggio multiplex sonoperò necessari dei componenti supple-mentari. La potenza assorbita è para-gonabile a quella dei LED. Poiché ifilamenti funzionano a temperatura re-lativamente bassa la loro vita dovrebbe

essere lunga. Il prezzo è di circa 1200lire per cifra e si prevedono riduzioni.Dispositivi a filamento a incandescenzasono stati impiegati in strumenti diprova e per aerei e in altre applicazionicome in registratori di cassa con indi-catori numerici.

Ci sono altri tipi di indicatori nume-rici in servizio o in corso di svi-

luppo. In questo articolo si sono trat-tati solo i più importanti fra quellicorrentemente disponibili. Un nuovodispositivo sfrutta l'elettroforesi permuovere piccole particelle colorate so-spese in un liquido di colore contra-stante; un altro impiega sottili fila-menti di tungsteno a incandescenzarealizzati con le tecniche dei circuitiintegrati disposti in serie di punti. Latecnologia degli indicatori numerici èancora in evoluzione; si può prevedereche ci saranno nuove applicazioni didispositivi numerici elettronici special-mente in strumenti per cruscotti diautomobili, in applicazioni domestichee in altri articoli.

Non esiste un dispositivo indicatoreche sia decisamente superiore per tuttigli impieghi; infatti, per molte appli-cazioni è difficile scegliere un disposi-tivo fra quelli che sono adatti. Oltreagli ovvi recquisiti di dimensione e dileggibilità, il progettista deve tener con-to delle condizioni ambientali (tempe-ratura, vibrazioni, ecc.) nelle quali lostrumento dovrà funzionare. La ridu-zione di costo di un display richiedeabitualmente di manipolare i costi dei

progressi. Negli indicatori con rifletto-re posteriore vi sono alcune angolazio-ni sotto le quali, in certe condizioni diilluminazione, i numeri scompaiono.Un altro svantaggio dei cristalli liquidia dispersione dinamica è che essi nonhanno soglie abbastanza nette per ilfunzionamento multiplex, sebbene sia-no state sviluppate tecniche per supe-rare questo inconveniente.

I cristalli liquidi a effetto di campo,di più recente impiego, sono basati sul-la rotazione del piano di polarizzazionedella luce incidente polarizzata (si ve-da l'illustrazione in basso a pagina 56).Le loro soglie sono abbastanza netteper poter essere usati in display di po-che cifre con il multiplexing. Essi pos-sono funzionare sia per trasmissione,sia per riflessione, e possono essere ali-mentati in corrente continua assorben-do una potenza anche inferiore a quel-la dei cristalli liquidi a dispersionedinamica. La loro tensione tipica dialimentazione è di circa 8 voli, ma sisono ottenute tensioni di soglia inferio-ri a I volt.

Molte società stanno effettuando in-tense ricerche e sviluppi sui cristalli li-

guidi. La gamma di temperatura entrola quale queste sostanze possono fun-zionare è stata ampliata e si estendeora da zero a più di 80 gradi centi-gradi. La vita di questi dispositivi èstata allungata con contemporaneo mi-glioramento delle prestazioni elettro--ottiche: in poche parole i fabbricantistanno imparando il modo di produrreindicatori a cristalli liquidi di alta af-fidabilità e di basso costo. Questi di-splay promettono di diventare non soloi più economici, ma anche quelli a mi-nore assorbimento di energia fra tuttigli indicatori numerici. Nel prossimofuturo dovrebbero essere raggiuntiprezzi intorno a 300 lire a cifra. Ri-mane comunque il fatto che sono ma-teriali ancora nuovi e che il loro im-piego commerciale su larga scala èsolo all'inizio.

Il diodo a emissione di luce è unosviluppo delle ricerche sui materialisemiconduttori. Quando certi cristallisemiconduttori vengono percorsi dauna corrente elettrica, in prossimitàdella giunzione p-n si produce luce pereffetto della ricombinazione di elettro-ni e di lacune.

Gli indicatori a diodo a emissionedi luce sono costituiti o da numeri asette segmenti o da punti disposti inserie di quattro per sette o di cinqueper sette. I materiali e i processi difabbricazione occorrenti sono costosi:perciò sono usati il più delle volte iLED di piccole dimensioni adatti perdispositivi portatili quali i calcolatoritascabili. La maggior parte dei LEDemette luce rossa, quantunque stianoper esser messi in commercio LED aluce gialla e a luce verde e si stianostudiando quelli a luce azzurra. I LEDhanno una soglia netta, presentano unabuona luminosità e sono molto adattial multiplexing. Essi lavorano con unatensione di circa 1,7 volt e sono quin-di compatibili con i circuiti integrati.Però il loro rendimento è scarso con-vertendo in luce emessa solo 11 percento circa dell'energia elettrica assor-bita. Siccome i LED richiedono unanotevole corrente e hanno un'uscitache cresce rapidamente con l'aumen-tare della tensione al di sopra del va-lore di soglia, la maggior parte dei cir-cuiti pilota per i diodi di questo tiposono progettati per erogare una cor-

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L'indicatore a cristallo liquido a dispersione dinamica è tipicamente costituito dauno strato filiforme di cristallo liquido che si trova fra due lastre di vetro sullequali sono stati depositati gli elettrodi. L'elettrodo a sette segmenti sulla superficieinterna della lastra frontale è trasparente. L'elettrodo continuo della lastra poste-riore può essere sia trasparente sia argentato. In assenza di campo elettrico il cristalloliquido filiforme è limpido; quando a uno qualsiasi dei segmenti viene applicato uncampo elettrico il cristallo liquido di quella zona diventa opaco e diffonde luce.I numeri vengono formati eccitando gli opportuni segmenti. Gli indicatori a di.spersione dinamica possono lavorare sia per riflessione sia per trasmissione; in que-sto secondo caso è di solito necessaria un'illuminazione posteriore supplementare.

FILTRI POLARIZZATORI

FILTRI POLARIZZATORI

Gli indicatori a cristallo liquido a effetto di campo richiedono filtri polarizzatori daentrambe le parti della cella che contiene un tipo di cristallo liquido filiforme ritortoinserito fra due lastre dotate di elettrodi trasparenti. Quando la luce polarizzata passaattraverso il cristallo liquido il piano di polarizzazione della luce viene ruotato di 90gradi (in alto). Quando al cristallo liquido si applica un campo elettrico esso perdela torsione e il piano di polarizzazione della luce non viene più ruotato (in basso).

vari componenti compreso lo stesso in-dicatore numerico, dei necessari circui-ti pilota e di interfaccia, del montaggiodell'indicatore e dell'alimentatore. Perfare la migliore selezione è spesso ne-cessario progettare diverse volte il si-stema di presentazione arrivando allasoluzione per successive approssima-zioni.

Vi sono molti casi nei quali questotipo di studio tecnico dettagliato nonè giustificato o non c'è tempo disponi-bile per eseguirlo. Non sarebbe certoragionevole affrontare, per la produ-zione di qualche esemplare, lo stessosforzo di progettazione come per laproduzione di centinaia di migliaia diunità (questo è uno dei motivi per cuile apparecchiature per i programmispaziali sono tanto costose dovendo ifortissimi costi di sviluppo essere ri-partiti sulle poche unità prodotte). Nel-l'abituale progetto per produzioni dipiccola serie l'ingegnere sarà in granparte guidato dal suo discernimento,discernimento che sarà a sua volta in-fluenzato dalla facilità con la quale po-trà ottenere informazioni, campioni ele quantità di produzione di cui ha bi-sogno. Se il progettista conosce un ti-po di indicatore i cui termini di con-segna sono brevi e i cui circuiti pilotapossono essere prodotti facilmente concomponenti standard, è probabile chelo preferirà a un altro dispositivo, peresempio di aspetto più gradevole, mai cui circuiti sarebbero più difficili daincorporare nello strumento finale.

Quindi la scelta di un indicatore daimpiegare in un particolare prodotto èspesso influenzata da considerazioniestranee a quelle rigorosamente tecni-che di prezzo e di prestazioni. L'assi-stenza alla clientela da parte del fab-bricante di indicatori può avere la stes-sa importanza del controllo di qualità.Questo tende a favorire i dispositiviprodotti da grandi aziende che hannoun buon nome e i mezzi per provve-dere alla pubblicità, al marketing, allaletteratura tecnica e al servizio di as-sistenza ai clienti. Inoltre ciò porta adagevolare i dispositivi già conosciuti sulmercato rispetto ad altri più nuovi.Questa è una delle ragioni importantiper cui i tubi Nixie sono ancora pro-dotti in grande quantità anche se indi-catori più recenti stanno affermandosi.Per la stessa ragione il fatto che tantinuovi dispositivi siano incorporati inapparecchiature di produzione è la di-mostrazione sia della necessità di nuo-ve soluzioni, sia della tendenza di mol-ti ingegneri e dirigenti a lavorare connuove tecnologie, specialmente in cir-costanze nelle quali essi possono per-mettersi di eseguire progetti tecnici det-tagliati.

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