Fluoreszenzanzeigen sind Elektronenstrahlröhren mit Heizung, mehreren Steuergittern und mehreren Anoden mit fluoreszierender Beschichtung. Die Heizung besteht meist aus einigen parallelen, horizontallaufenden und kaum sichtbaren dünnen Drähten im vorderen Bereich des evakuierten Glaskolbens. Sie bilden gleichzeitig auch die Kathode der Röhre. Auf ihrem Weg zu den einzelnen Anodensegmenten durchdringen die von der heißen Kathode ausgestrahlten Elektronen die Netzstruktur der Gitter und prallen auf die Leuchtschicht der Anodenbleche. Mit der Polarität der einzelnen Gitter und Anoden bestimmt man, welche Segmente aufleuchten.

Die Heizung
Die Heizfäden der Anzeigen werden nicht wie bei den üblichen Verstärkerröhren zur Rot- oder Gelbglut gebracht, sondern meist nur soweit erwärmt, daß sie genügend Elektronen zur Anregung der Leuchtschicht emittieren. Würde man diesen länglichen Widerstand mit Gleichstrom erhitzen, dann entstünden aufgrund des kontinuierlichen Spannungsabfalls entlang der Kathode unterschiedliche Spannungsdifferenzen zwischen den Kathodenfäden und den einzelnen Anoden und damit auch unterschiedliche Helligkeitsbereiche im Display. Vorzugsweise beheizt man Fluoreszenzanzeigen daher mit Wechselstrom. Die schnell ändernden Potentiale bleiben vom trägen menschlichen Auge unbemerkt, können aber mit den Steuerimpulsen der Gitter oder Anoden interferieren und ein unangenehmes Flimmern oder Flackern verursachen (siehe Multiplexverfahren).

Für einfache statische Versuche, bzw. um die Funktion der Außenkontakte unbekannter Anzeigen zu ermitteln, kann man die Heizfäden durchaus mit Gleichstrom betreiben. Reale Arbeitsbedingungen erfordern allerdings optimalere Heizvorrichtungen mit Wechselstrom. Im Idealfall sollten beide Enden des Heizwiderstandes symmetrisch zueinander gespeist werden, damit zumindest die Mitte der Kathode -und damit der zentrale Fensterbereich- keine Wechselspannung führt. Die Heizleistung läßt sich bei Bedarf mit zwei gleichwertigen Widerständen in den Zuleitungen reduzieren (in Abb.1 grau angedeutet). Üblich sind etwa 3V bis 6V bei einer Stromaufnahme von rund 100mA.

Um zu vermeiden, daß bei ausgeschalteten Steuerelektroden eventuell noch ein schwaches Restleuchten sichtbar bleibt, verlegt man die Sperrspannung der Gitter und Anoden etwas unterhalb der Kathodenpotentiale, bzw. fügt umgekehrt der Kathode -also der Heizung- einen kleinen positiven Gleichspannungsanteil bei. Geeignet sind Transformatoren mit Mittenanzapfung, über die sich diese Vorspannung einspeisen läßt (Abb.2). Die Schaltung in Abb.3 nutzt einen Teil der Heizspannung zur Vorspannungserzeugung. Dabei erzeugen zwei Dioden und ein Glättungskondensator die Gleichspannung, und ein Teiler (oder Trimmer) wählt denjenigen Spannungsbetrag, der mit der Masse der Steuerelektronik verbunden ist. Abb.4 und Abb.5 zeigen alternative Lösungen für Transformatoren ohne Mittenanzapfung.

Anstelle eines Transformators eignen sich auch elektronische Generatoren mit symmetrischen Ausgängen. Die einfachste Variante besteht aus einem Rechteckoszillator, einem Invertierglied und einer H-Brücke (Abb.6). Durch die direkte Kopplung der Endstufe an die Heizfäden liegt der Mittelwert der Kathodenspannung bereits im positiven Bereich. Etwas aufwendiger ist die Schaltung in Abb.7. Statt der direkten Kopplung leiten hier zwei Kondensatoren den Wechselstrom zu den Heizfäden. Diese Trennung ermöglicht einerseits, daß der Kathode eine unabhängige Gleichspannung zugeführt werden kann, andererseits bilden beide Kondensatoren zusammen mit dem Heizwiderstand einen Hochpaß, der die Rechteckspannung des Generators zu impulsähnlichen Signalen umformt und es ermöglicht, die Heizleistung durch einfaches Ändern der Oszillatorfrequenz an den jeweiligen Röhrentyp anzupassen. Gegenüber der direkten Kopplung weist dieser Kurvenverlauf auch insgesamt einen konstanteren Pegel der Kathode auf.

Gitter und Anoden
Die Gitter (engl.: grid) befinden sich in unmittelbarer Nähe der dahinterliegenden Anoden und sind eher als steuerbare Hilfsanoden anzusehen, vergleichbar mit dem Schirmgitter bei Verstärkerröhren. Sie beschleunigen die von der Kathode abgestrahlten Elektronen, von denen ein Teil die Gitteraussparungen durchdringt und auf die Leuchtschicht der Anoden aufprallt. Zur Ansteuerung der Gitter und Anoden genügt oft schon eine Spannung von etwa +10V gegenüber der Kathode. Etwas höhere Steuerspannungen erfordert der Multiplexbetrieb, da die Leuchtdauer der Segmente dann wesentlich kleiner ist. Mit einem Gitter wählt man ein Zeichen (oder eine Symbolgruppe), mit den Anoden bestimmt man, welche Segmente dieses Zeichens aufleuchten.

Bei undokumentierten Anzeigen lassen sich die einzelnen Anschlüsse recht leicht ihrer Funktion zuordnen. Mit einem Ohmmeter findet man die Kontakte der Heizung, da letztere bei ausgeschaltetem Display den einzigen meßbaren Widerstand darstellt. Häufig sind es die beiden äußeren Pins, manchmal auch zwei für jeden Anschluß. Die übrigen Kontakte sind dann Anoden oder Gitter, deren Eigenschaft mit etwa +10V bis +15V getestet werden kann. Es ist ratsam, die Steuerelektroden über Vorwiderstände (etwa 10k) zu aktivieren, um nicht versehentlich die Heizung zu zerstören.

Im Allgemeinen sind einige Anoden bereits im Innern der Röhre elektrisch miteinander verbunden. Häufig sind gleichbedeutende Segmente mehrerer Zeichen einem einzigen Außenkontakt zugeordnet, was die Anzahl der Anschlüsse verringert. Nachteilig dabei ist, daß nicht gleichzeitig mehrere unterschiedliche Zeichen dargestellt werden können. Die Ansteuerung des Displays erfolgt daher im Multiplexverfahren, bei dem nacheinander, in schneller Abfolge, jedes Zeichen einzeln mit dem ihm zugeordneten Gitter kurz "eingeschaltet" wird.

Die beim Multiplexverfahren entstehende Zykluszeit kann bei breiten, vielstelligen Anzeigen durchaus zu einem sichtbaren Flimmern führen, wenn die Ansteuerung in der Reihenfolge benachbarter Zeichen verläuft. Eine deutlich homogenere Ausleuchtung entsteht, wenn die Aktivierung der Zeichen nach dem aus der Fernsehtechnik bewährten Prinzip des Zeilensprungverfahrens ("Interlace"-Verfahren) verläuft und dem menschlichen Auge die doppelte Zyklenzahl vortäuscht. Dabei aktiviert die Steuerelektronik in einem erster Durchlauf nur jedes zweite Zeichen und im nächsten Durchlauf dann die übersprungenen Zeichen (siehe obige verlangsamte Darstellungen). Ebenso kann die Anzahl der Durchläufe auch verdrei- oder vervierfacht werden. Im Multiplexbetrieb beträgt die Leuchtdauer eines einzelnen Zeichens jeweils nur den Bruchteil eines vollständigen Zyklus, wodurch die Gesamthelligkeit der Anzeige deutlich sinkt. Es ist daher notwendig, die Intensität zu steigern, indem man die Gitter- und Anodenspannung um einige Volt erhöht.

Steuerelektronik
Die digitale Steuerung der Gitter und Anoden benötigt höhere Spannungen, als die üblichen 5V der TTL-Bausteine und Microcontroller. Je nach Anzeigenmodell können etwa zwischen 10V und gar 50V erforderlich sein. Viele moderne Displays begnügen sich allerdings schon mit etwa 12V bis 18V und einer Stromaufnahme von 5mA bis 20mA bei eingeschaltetem Zeichen. Abgesehen von zahllosen fertigen Pegelumsetzern, Steuer-ICs und Displays mit integrierter Steuerelektronik sei hier anhand von Standard-Bausteinen die elementare Funktionsweise solcher Schaltungen erläutert.

Abb.8 zeigt typische diskrete Pegelumsetzer mit jeweils zwei Transistoren für jede Steuerleitung. Da jedes Gitter und jede Anode ein unabhängiges Signal benötigt, führt diese Lösung auch schon bei kleineren Anzeigen zu erheblichem Aufwand. Eine andere Möglichkeit bis etwa 18V bietet beispielsweise der CMOS-Baustein 4094 (8-Bit Shift Register/Latch). Die erwünschten Zustände der Gitter und Anoden werden als serielle Daten ("DATA"-Pin) mit einer positiven Taktflanke ("CLOCK"-Pin) nacheinander in den Chip geladen und anschließend mit einer negativen Flanke am STROBE-Pin als paralleles Byte zu den Ausgängen -und damit zu den Gittern bzw. Anoden- geleitet. Während der Ladezeit der nächsten Bitfolge behalten die Ausgänge ihren Zustand bei. Für die nötige Pegelumsetzung der drei Steuersignale des ICs reicht eine einfache Schaltung mit nur drei Transistoren, wenn man berücksichtigt, daß letztere die Signale invertieren (Abb.9).

Der Anschluß OE (Ouput Enable), der nur dazu dient, die Ausgänge betriebsbereit zu schalten (statt "3-State") und im Allgemeinen am HIGH-Pegel liegen muß, kann bei Bedarf auch dazu verwendet werden, um eine Einschaltverzögerung der angeschlossenen Anzeige zu erwirken und ungewollte Segmentmuster beim Start zu unterdrücken (grau angedeutete RC-Schaltung). Ein zusätzlicher Ausgang (Q'_s, Pin10) ermöglicht es, mehrere dieser ICs zu kaskadieren und so eine nahezu unbegrenzte Anzahl Gitter und Anoden zu steuern.

Da die eigentliche Form eines Zeichens hauptsächlich aus den einzelnen leuchtenden Anodensegmenten gebildet wird, arbeiten die meisten Kontrolleinheiten mit einer vorgefertigte Codeliste, die sämtliche Anodenkonfigurationen -also alle darstellbaren Zeichen- bereitstellt. Soll eine Ziffer, ein Buchstabe oder ein Sonderzeichen am Display erscheinen, dann liest der Controller die entsprechende Bitfolge aus der Liste und sendet sie an die Steuereinheit. Wesentlich einfacher dagegen gestaltet sich die Kodierung der Gitter, da diese immer nur einzeln und stets in der gleichen Reihenfolge angesteuert werden.