在生产斗争和科学实验中，我们常跟数字打交道，例如多少长度、多少重量等等。过去，这些数量一般都用一些刻度尺来量度；比如用尺测量长度，用温度计测量温度等。但是这种测量方法，不仅测量精确度不高，而且读数慢、误差大。随着科学技术的发展，用数字和符号直接指示测量或计算结果的数字化技术已经得到广泛应用。数码管就是用来显示数字、文字或符号的器件。例如数字电压表、数字钟、台式电子计算机等都是用数码管把测量或计算结果直接用数码显示出来的。这样不仅精度高，而且读数方便准确。
数码管的种类很多，除机械式的数字指示器以外，目前已在使用和研究的有十多种。其中最常用的为冷阴极辉光放电管、发光二极管、荧光数码管等种。荧光数码管由于它具有工作电压低、驱动电流小、寿命长、显示清晰、发绿光宜于阅读、视角大、稳定可靠等优点，发展十分迅速。本文将简要地介绍荧光数码管的工作原理及其特性。
荧光数码管的工作原理 图1表示荧光数码管的工作原理，其中1为直热式灯丝，它由电源E\(_{f}\)加热而发射电子，所发射的电子受到处于正电位的栅极2加速而向阳极4运动。阳极面上涂有氧化锌发光层3，它能受电子激发而发光，因此，如果这时阳极也处于正电位，则电子将击中阳极，使发光层发光。这样，我们只要把涂有发光粉的阳极设计成一定的形状，就能达到显示数字、文字或符号的目的。
阳极怎样设计才能显示不同的数字、文字和符号呢？我们知道，数码的显示方式一般可分三种。其一是将不同字形的电极重叠起来，如辉光放电数码管、边缘反射等。第二种是点矩阵，它由许多规则或不规则排列的能发光的点组成，控制各发光点以显示不同的数码，如乒乓球赛时所用的场致发光记分牌。第三种是分段式，数码由若干段分立的笔划组成，控制各段的发光，以达到显示数码的目的。荧光数码管的显示方式采用第三种。这种分段式显示由于所有数码都在同一平面上，因而视角大、显示清晰。其显示图样的设计方案很多，现选一部分示于图2。显示某一数字、字母或符号时，我们只要点亮其中需要的几段即可。例如，当采用图2之C时，为显示“4”字，则点亮其2、3、4、5、7等五段即可。
荧光数码管的特性 作为电子源的灯丝，它是直热式氧化物阴极，可以用直流或交流供电，也可用方波或其他波形的电压。其工作温度约700℃，不宜过高或过低。如温度过高，灯丝明显发光，不仅影响读数，而且会加速阴极氧化物的蒸发，致使管子寿命缩短。图3为YS9—1C荧光数码管的灯丝特性，由图可见，当温度过高，即灯丝电压V\(_{f}\)过高时，荧光数码管亮度B和阴极发射电流Ic均趋于饱和，即V\(_{f}\)过高时，虽然耗电增加，但亮度并无明显上升，这也是灯丝电压不宜过高的原因之一。灯丝温度也不能过低，过低则容易引起灯丝中毒，使其发射电子的能力下降。而且，这时工作点将进入Vf\(_{相对}\)曲线的迅变部分，使亮度稳定性变差，因此灯丝的额定工作电压必须选择适当，见图3。
灯丝电压选定以后，亮度则决定于阳极和栅极电压。通常栅极和阳极等电位，板流、栅流和亮度都是阳极电压的幂函数（见图4）。一般管子的阳极和栅极额定工作电压为20至25伏，近年来已经有工作电压为12伏的产品。阳极和栅极电流的大小与管子大小有关，如YS9—1C，其阳极总电流约为1mA，而栅流仅约0.6mA。
阳极和栅极也可以用脉冲驱动。其亮度与脉冲幅度的关系见图4曲线。亮度也是脉冲宽度与脉冲占空系数的函数，当脉冲频率不变时，亮度与脉冲宽度成正比（见图5）。若脉冲宽度给定，则亮度随占空系数增大而上升（见图6）。显然，占空系数等于1就相当于直流。可见在脉冲驱动的情况下，为得到与直流20伏相同的亮度，若脉冲占空系数为0.1，则脉冲幅度约需50伏。
发光对脉冲电压的反应很快，发光的上升和下降时间均约为10微秒。
在上述讨论中，阳极和栅极同时都处于正电位，如果二者之一的电位等于或小于零，则电子就不会打到阳板上，因而发光将熄灭。可见要使发光熄灭有二种方法，一是让阳极电压等于或小于零，二是让栅极电压等于或小于零。为了使发光熄灭充分，以免似亮非亮的笔划引起数字误读，熄灭阳极成栅极的电位必须足够低。从图7所示的测量结果可见，一般阳极熄灭电压可取0伏，而栅极熄灭则需要加一个小的负偏压，如-4伏。
在实际电路中，上述二种熄灭方法都可以应用。当用阳极熄灭时，栅极加正电压，控制阳极各笔划的电位，使需要亮的笔划按正电压，不需要亮的接零，就能显示某一数字。采用这种方法时，几位数字就需要几套译码驱动电路。因此当显示数字的位数较多时，常用脉冲扫描驱动，这时各数码管阳极相对应的笔划都分别连接在一起，由一套译码驱动电路驱动，而各管的栅极则由一与计数脉冲同步的脉冲扫描，因而在任一时刻都只有一只管的栅极加有正电位，其余管子的栅极都处于栅极熄灭电位。因此，虽然所有数码管的阳极各笔划电位情况相同，但只有加栅极驱动脉冲的管子有显示，其余管子都熄灭。这样，各数字管按栅极驱动脉冲扫描而顺次显示。由于扫描脉冲重复频率很高，因此我们所观察到的仍是稳定的显示。
此外，数码管的消耗功率对实际应用也十分重要，特别是当用在以电池作电源的仪器（如袖珍计算机）时。荧光数码管的消耗功率分二部分；一部分是灯丝功率，它不通过驱动电路；另一部分是经过驱动电路的阳极和栅极功耗。这二部分大致各占一半，如通常外径为9毫米的管子，总功耗约70毫瓦，后者约占30毫瓦。近年来已有总功耗约23毫瓦的产品。
荧光数码管的发展动向 随着生产和科学技术的发展，荧光数码管的性能还在不断提高。目前的发展动向大致可以归纳如下：
1．低电压。原先一般管子的工作电压为20—25伏（直流），现趋于12伏以下。
2．低功耗。初期的管子一般有二个栅极：一个加速栅和一个具有字形窗口的屏栅极，由于此二栅极皆处于和阳极相等的正电位，因而栅流很大。近年来已趋向只用一个加速栅，从而显著减小了功耗。此外灯丝电流也逐渐减小，在低功耗的管子中，灯丝电流一般在20毫安以下。于是管子的总功耗不断下降。以前外径为8或9毫米的管子，总功耗约50—100毫瓦，现正向20毫瓦以下发展。
3．多位化。一只管子一位数字的单位管，生产成本高，装配焊头多，各管的高度、角度校正花费的工时多。而一只管子内有几位数字的多位管则可以大大减少焊头，简化装配。现已有6、8、10、12位等多种产品。
4．外形。由于小型计算机的大量生产，管子外径原先以12、14毫米为主，现在已改为以8、9毫米为主。管子总高度也减到30毫米以下。
从以上讨论可以看到，荧光数码管不仅工作电压低、驱动电流小，宜于和MOS集成电路配合，而且稳定可靠，是一种性能良好的数码显示器件。（葛世潮）