12.7.2 Электронно-лучевые и вакуумно-люминисцентные индикаторы
Электронно-лучевым индикатором называют электровакуумный прибор, в котором используется поток электронов, сконцентрированный в форме луча или пучка лучей. Электронно-лучевые приборы, имеющие форму трубки, вытянутой в направлении луча, называется электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ). Источником электронов в ЭЛТ служит подогреваемый катод. Излучаемые катодом электроны собираются в узкий луч электрическим или магнитным полем специальных электродов или катушек с током. В соответствии с этим различают ЭЛТ с электрическим и магнитным управлением. Электронный луч фокусируется на экране, для изготовления которого внутреннюю сторону стеклянного баллона трубки покрывают люминофором – веществом, способным светится при бомбардировке его электронами. Положением видимого пятна на экране управляют с помощью специальных электродов и катушек с током.
К – катод; М – модулятор; Аi – аноды; X,Y – отклоняющие пластины; Э – экран
Рисунок 12.16 - Эскиз электронно-лучевой трубки с электростатическим управлением
Основные величины, характеризующие ЭЛТ таковы: послесвечение, разрешающая способность, яркость свечения экрана, чувствительность к отклонению. ЭЛТ применяют в осциллографах, радиолокационных индикаторах, кинескопах телеприемников.
Вакуумно-люминисцентные дисплеи (ВЛД) состоят из миниатюрных элементов (индикаторов), напоминающих электронные лампы. Их и называют вакуумно-люминисцентными индикаторами.
Рисунок 12.17 - Эскиз конструкции баллона вакуумно-люминисцентного индикатора
(вид сверху)
Информационное поле ВЛД содержит от 10 до 240 знакомест. Для формирования знаков применяют знакосинтезирующий способ, когда знаки формируются из более простых элементов. Все индикаторы имеют формат символа 5×7 точек, диапазон рабочих температур – 40 ÷ +80 0С.
Рисунок 12.18 - Эскиз конструкции баллона вакуумно-люминисцентного индикатора
(вид сбоку)
Каждый ВЛД содержит систему управления, которая обеспечивает стабилизацию напряжения, параллельный и последовательный ввод данных, управление сигналами возбуждения анодов и управляющих сеток. Различные знаки и другие символы формируются на экране дисплея посредством селективно включаемых управляющих сеток и анодов, соответствующих отдельным элементам отображаемого знака.
Рисунок 12.19 - Схема системы управления дисплейным модулем
12.7.3 Газоразрядные индикаторы
В газоразрядных индикаторах (ГРИ) используют излучение, возникающее при тлеющем электрическом разряде вокруг катода в инертном газе. Видимое излучение создаётся облаком ионов и электронов высокой энергии (плазмой). Все они относятся к ионным приборам тлеющего разряда и выполняются с холодным катодом.
Ионный прибор как разновидность электровакуумных приборов состоит из двух или более электродов, помещенных в стеклянный баллон, который заполнен инертным газом при P=10 - 1000 Па. Если между электродами приложить напряжение, то в приборе будет наблюдаться электрический разряд. Для всех видов ионных приборов характерна активная роль положительных ионов газа, заполняющего колбу прибора.
Простейшие приборы этого типа – сигнальные индикаторы (неоновые лампы), имеющие два металлических электрода. Для них Up = 60 – 235 В; Iр = 0,15 – 30,00 мА. Балластный резистор, который необходимо включать последовательно с лампой, может быть размещён в её цоколе.
1, 2 - электроды; 3 – стеклянный баллон; 4 – цоколь; 5 – припаянная линза
Рисунок 12.20 - Газоразрядный индикатор (неоновая лампа) и её условное изображение
Лампы этого типа служат для сигнализации в мнемосхемах, световых табло, уличной рекламе.
Индикаторные тиратроны тлеющего разряда – это газоразрядные безнакальные приборы, которые могут находиться в одном из двух устойчивых состояний (проводящем или непроводящем). Управление состоянием тиратрона осуществляют изменением потенциала (или тока) одной либо двух сеток – электродов, расположенных между анодом и катодом.
Рисунок 12.21 - Схема включения двухсеточного индикаторного тиратрона
Управление потенциалом сетки в тиратроне осуществляется импульсами напряжения малой амплитуды (несколько вольт).
Знаковые газоразрядные индикаторы – многокатодные приборы тлеющего разряда, предназначенные для индикации знаков в виде цифр, букв, математических символов. Катоды могут быть выполнены в виде соответствующих знаков либо отдельных элементов этих знаков – сегментов. В первом случае катоды располагают друг за другом накатом, а аноды выполнены в виде тонкой металлической сетки. Сегментные знаковые индикаторы более универсальные. Для управления знаковыми индикаторами применяют дешифраторы – устройства, в которых каждой из комбинаций на входах соответствует определенная комбинация на его выходах, и управляют дешифраторами ключи, соединяющие соответствующие катоды индикатора с источником питания. Преимуществом газоразрядных индикаторов является высокая яркость и контрастность изображения, малая мощность потребления, высокая надёжность и простота. К недостаткам газоразрядных индикаторов относятся необходимость источника питания 100 – 250 В и невозможность прямого подключения к ИМС.
Область применения ГРИ существенно расширилась с появлением матричных газоиндикаторных панелей (ГИП) или иначе плазменных панелей, в которых изображение формируется множеством светящихся точек. Основу ГИП составляют две системы ортогональных металлических электродов, которые разделены диэлектрическим сепаратором с отверстиями в области пересечения электродов.
а б
Uз, Uг, Uп – напряжения зажигания, горения и пробоя
Рисунок 12.22 - Схема конструкции (а) и вольт-амперная характеристика ГИП
Сепаратор размещается между двумя герметизируемыми стеклянными пластинами и выполняет функции механического каркаса для закрепления электродов и локализации разряда. При низких напряжениях (участок 1) разряд отсутствует; при достижении напряжения зажигания 150 – 400 В начинается лавинообразный процесс ионизации и возникает тлеющий разряд (участок 2). Для ограничения тока во внешней цепи ГРИ устанавливают токоограничивающее сопротивление. При отсутствии этого сопротивления и дальнейшем увеличении напряжения возникает дуговой разряд (участок 3) и возможен пробой диэлектрика.
ГРИ обладают большой яркостью и сравнительно большим потреблением энергии
(2 – 3 мА/пиксел). Если к ГРИ приложить знакопеременное напряжение, то свечение возникает попеременно у обоих электродов с частотой 20 – 25 кГц. Таким образом, ГРИ могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.
Известны два основных типа ГИП: постоянного и переменного тока. Среди ГИП постоянного тока наибольшее распространение получили ГИП с самосканированием, в которых возможен параллельный ввод информации во все строки, что значительно сокращает количество выводов контроллера управления.
1 – сепаратор; 2 – катодная трёхфазная группа электродов (Uк1, Uк2, Uк3); 3 – анод сканирования; 4 - два вспомогательных электрода; 5 – дежурный разряд; 6 – стартовый катод; 7 – сканирующий разряд; 8 – основной разряд; 9 – анод индикатора
Рисунок 12.23 - Принципиальная схема (а) газоиндикаторной панели на постоянном
токе и динамическая диаграмма (б) её работы
От дежурного электрода 5 быстро поджигается стартовый катод 6, а при подаче фазовых напряжений сканирующий разряд 7 продвигается вдоль строки. Сканирующий разряд горит между катодами и анодом и практически не виден наблюдателю. Для зажигания основного разряда 8 на анод индикатора 9 подаётся положительный импульс. После окончания сканирования строки начинается сканирование следующей строки и т.д.
Каждый пиксел ГИП с самосканированием не требует ограничения тока, потому что работает в динамическом режиме и обладает большим быстродействием, однако плазменные панели постоянного тока не могут запоминать информацию и требуют регенерации изображения.
Эти недостатки устранены в ГИП переменного тока, в которой электроды гальванически изолированы от газовой смеси слоем диэлектрика, а пиксел, по существу, является конденсатором. При подаче на обкладки конденсатора напряжения зажигания в газе возникает тлеющий разряд и изолированная плазма создает потенциал обратного знака, который препятствует горению. Если в соответствующий момент времени изменить полярность напряжения зажигания, то направление векторов электрической напряжённости поля зажигания и поля тлеющего разряда совпадут и вновь возникнет разряд.
1 – стеклянная подложка; 2 и 3 – наборы ортогональных проводников; 4 – слой прозрачного диэлектрика; 5 – герметизированная газовая смесь; Uзп, Uст, Uп – напряжения записи, стирания и поддерживающего разряд
Рисунок 12.24 - Схема газоиндикаторной панели переменного тока (а) и
динамическая диаграмма её работы (б)
Разряд поджигается выбором соответствующего элемента матрицы. Для селективного перевода пикселов из состояния в состояние используются напряжения записи и стирания. Данный тип ГИП характеризуется отсутствием мерцания изображения, большей яркостью и позволяет производить смену кадров изображения без циклической регенерации.