Литература / Шишкин Г. Г. , Шишкин А. Г. Электроника 2009 (1)

во через емкости, формируемые диэлектрическими покрытия­

ми электродов. Зажигание разряда в ячейке, показанной на

рис. 15.6, г, осуществляется с помощью электродов 1 и 3, а под­

держка горения планарного разряда реализуется благодаря

электроду 2. Для повышения эффе:ктивности ГРП необходимо

увеличивать поток УФ излучения из разряда на люминофор.

Объем области отрицательного свечения, исполь3уемого в та­ ких ГРП, обычно не превышает 10% от газо~ого объема ячейки,

следовательно, за счет использования более эффективных меха­

низмов разряда и других светящихся областей разряда можно повысить их .эффективность. В ГРП переменного тока для заме­ ны части изображения вводятся дополнительные электроды.

В наиболее совершенных ГРП переменного и постоянного тока

савтоматическим сдвигом строк благодаря возможности много­

строчной индикации можно резко сократить число элементов

схемы управления.

На рис. 15.6, д изображено устройство электродной системы

матричного индикатора постоянного тока с самосканированием: 1 -

прозрачная стеклянная пластина; 2 - аноды индикации; 3 и 4 - соответственно диэлектрическая пластина и отверстия в

ней; 5 - полосковые катоды сканирования с отверстиями диа­

метром ~ 0,05 мм; 6 - аноды сканирования, расположенные в канавках 7, вырезанных в опорной стеклянной пластине 8; 9 - парные электроды дежурного разряда; 1 О - сплошной катод

сброса (КС). Приведенное устройство условно можно разделить

на две части:"сканирующую, образованную анодами и катодами

сканирования соответственно 6 и 5, и индикаторную с анодами

индикации 2 и катодами сканирования 5.

При работе такого ГРП в сканирующей части реализуется на­

правленное перемещение разряда из ячейки в ячейку по катодам сканирования 5 по мере переключения напряжения на них. Цикл работы начинается с разряда на катоде КС 1О. Для умень­ шения статического времени разброса возникновения разряда на

КС используются дежурные электроды 9, обеспечивающие по­

стоянно горящий разряд. После КС разряд переносится покато­ дам сканирования. Из-за малых размеров отверстий в кf!.тодах 5

свечение сканирующего разряда практически не воспринимается

наблюдателем. Основное назначение сканирующего разряда со­

стоит в облегчении зажигания разряда в индикаторных .ячейках, образованных катодом и противоположным участком анода ин­ дикации. Активные заряженные частицы (электроны) проника-

При наличии разряда проводимость тиратрона велика (со­

противление мало), а в отсутствие разряда сопротивление очень

велико, поэтому тиратроны могут использоваться как управляе­

мые переключатели, выпрямители и т. д. В настоящее время ти­

ратроны применяются в основном в мощных энергетических и

электротехнических установках, как и приборы самостоятельно­ го дугового разряда - газотроны и игнитроны. В радиотехнике вме­

сто тиратронов в основном используются тиристоры.

Помимо рассмотренных областей, низковольтная дуга нахо­

дит широкое применение в таких приборах, как плазменные ус­

корители, которые в настоящее время широко внедряются в тех­

нологические процессы микроэлектроники, машиностроения и

других отраслей промышленности. Плазменные ускорители ис­

пользуются также в установках термоядерного синтеза, в кос­

мических исследованиях, в качестве электроракетных двигате­

лей и т. д.

Высоковольтная дуга (дуга с холодным катодом) широко ис­ пользуется в мощной коммутирующей аппаратуре, предназна­ ченной для работы в линиях электропередач, энергетических

сетях, электростанциях, в мощных источниках света и т. д.

Высокочастотный (ВЧ) импульсный разряд применяется в разряд­

никах, которые используются для защиты чувствительных

трактов приемных устройств.

ВЧ стационарный и импульсный разряды применяются в

термоядерных установках для нагрева плазмы и в газовых и

плазменных лазерах для формирования активной среды с нуж­

ными свойствами.

В технике и науке находят применение и другие формы газо­

вого разряда, такие, как коронный, искровой, факельный и т. д.

15.5. Электровакуумные

иэлектролюминесцентные индикаторы

Кэлектровакуумным индикаторам относятся электронно-лу­

чевые приборы (ЭЛП) (гл. 12), вакуумные накаливаемые индикаторы

ивакуумные люминесцентные индикаторы.

Электронно-лучевые приборы. Поскольку ЭЛП рассмотрены ранее в гл. 12, здесь отметим лишь некоторые их особенности как средств отображения информации (СОИ). Основными достоинст­

вами ЭЛП как индикаторов являются следующие: высока.я свето-

,отдача, хорошая передача цвета и полутонов, простота управле­

•:ия (адресации), широкая полоса пропускания, высокое быстро­

действие, хорошая разрешающая способность и контрастность,

<(,табильность изображения и т. д. В настоящее время ЭЛП сдиаго­

'~алью экрана в 51 см позволяют отображать до 6 тыс. знаков при

ускоряющем напряжении~ 15 кВ, яркости 100... 200 Rд/м2 • По­

;Мимо черно-белых, разработаны и используются ЭЛП с полицвет­

ой индикацией.

Возможность реализации полицветных устройств СОИ явля-

18тся несомненным достоинством ЭЛП. В качестве полицветных

~Индикаторов могут использоваться обычные цветные кинеско­

!ры. Номенклатура выпускаемых в мире масочных цветных ки­

,ескопов очень велика. Цветные кинескопы с тремя прожекто­ ами сложны в изготовлении и настройке. Этих недостатков в

начительной мере лишен ЭЛП типа тринитрон, в котором ре-

ализован способ получения трех· лучей с помощью одного про­

. ектора. Три электронных потока, испускаемые тремя катода­

~и, фокусируются первой общей линзой таким образом, что они

, ересекаютс.я: в одной точке (первое скрещение). Боковые лучи nосле точки пересечения смещаются отклоняющей системой а:к, что все три луча без дальнейшей фокусировки сходятся на

;л:юминофорном экране. Таким образом, первая большая апер­

'trурна.я: линза. осуществляет фо:кусиров:ку лучей, а отклоняющее

:устройство - сведение лучей. В тринитроне можно получить

·:·~Цветное изображение примерно в 1,5 раза ярче, чем в обыч­

':иом цветном кинес1tопе. Анодное напряжение при этом состав­

',.ляет 25... 27 :кВ, фо:кусирующее напряжение 5•.. 6 кВ, ток луча

.10,5мА.

Внастоящее время разработаны и эксплуатируются различ­

~иые варианты полицветных ЭЛП; в наиболее сложных из них

'используются одна пушка в комбинации с тремя источниками

напряжения, специальная система сканирования и три люми­

нофора. В таких приборах реализуются три режима работы:

при напряжении 8 кВ возбуждаете.я: люминофор с зеленым све-

:.чением, при 11 кВ возбуждаются вместе красное и зеленое све­

чения, что позволяет получить желтый цвет, при напряжении 18 кВ возбуждается люминофор с оранжевым длительным по­

слесвечением. Такой ЭЛП может работать в радиолокаторах.

В настоящее время продолжаются работы по созданию пло­

ских и совершенствованию проекционных ЭЛП.

Вакуумные накаливаемые индикаторы. В вакуумных накали­ ваемых индикаторах(ВНИ) происходит нагрев теладо темпера­

туры (2."3) • 103 К под действием электрического т6ка, что вы­

зывает его яркое свечение. Нагреваемое твердое тело выполня­ ется либо из вольфрама, рения, гафния (в виде нnтей накала),

либо на полупроводниковой основе (SiC).

Для обеспечения большей долговечности ВНИ эксплуатиру­ ются при пониженном напряжении накала, обеспечивая яркость

до 500".600 кд/м2 • Такая яркость позволяет использовать ВНИ

при высоком уровне окружающей освещенности. Номинальные напряжения ВНИ составляют 2".5 В, время переходных про­

цессов - 10-4 ".10-2 с, потребляемый ток - 12".15 мА/сегмент

(ддя сегментных ВНИ), потребляемая мощность не превышает

50".60 мВт/сегмент, угол обзора > 90°, средний срок службы

~ 105 часов. Промышленностью выпускаются в основном два

типа ВНИ: собственно лампьi накаливания и сегментные ваку­

умные накаливаемые индикаторы. Сегментные ВНИ имеют от 4

. до 10 сегментов, что позволяет отображать цифры от О до 9', бук­

вы русского и некоторые буквы латинского алфавитов.

Вакуумные люминесцентные индикаторы (ВЛИ). ВЛИ в отличие от ЭЛП используют низковольтную катодолюминесценцию, вызы­ ваемую электронным потоком. Низковольтная катодолюминес­ ценция возникает в люминофорах на проводящей основе (ZnO : Zn,

Zn : Cl, Sn02 : Eu), смешанных люминофорах (ZnS : Ag + In20 2) и

некоторых других. Теоретически яркость низковольтной като­

долюминесценции может достигать величины ~ 1600 кд/м2 при плотности тока ~ 1 мА/м2 , энергии электронов ~ 20 эВ и энерге­

тическом КПД ~ 25".30%. При малой энергии электронов, бом­ бардирующих люминофор, свет излучается из поверхностного слоя толщиной в несколько атомных слоев. Из-за малой глубины проникновения первичных электронов плотность возбужденных

атомов в поверхностных слоях люминофора велика, что приво­

дит к насыщению яркости в зависимости от плотности тока, пере­

греву люминофора и температурному гашению люминесценции.

Конструктивно ВЛИ выполняются в виде цилиндрических и

плоских баллонов. Цилиндрические ВЛИ бывают как одно-, так

имногоразрядными, а плоские - только многоразрядными.

Выпускаются также матричные, сегментные, аналоговые и дру­ гие типы ВЛИ. Большинство индикаторов выполняется вместе

2

ВЛИ разработаны индикаторные мо­

дули. Основой ВЛИ является стек­ Рис. 15.7 лянная, либо керамическая пласти­

на 1(рис.15.7), в сегментных углублениях которой выполняются проводящие слои 3 с выводами 2 от :каждого сегмента. Поверх

проводящих слоев наносится люминофор 4. Плата с проводящи­ ми покрытиями выполняет роль анода. Над платой устанавлива­ ется металлический экранирующий электрод с отверстиями 5,

расположенными напротив соответствующих сегментов. На не­

котором расстоянии от экранирующего электрода монтируется

сет:ка6, а за ней прямонакальный оксидный :катод 7. Стеклян­ ный· баллон изнутри покрывается проводящим слоем. Отрица­

тельным по отношению к катоду напряжением на сетке можно

полностью запирать электронный поток и прекращать свечение

люминофора. С помощью матричных ВЛИ получают телевизион­

ное изображение удовлетворительного качества.

Электролюминесцентные индикаторы. В этих приборах исполь­

зуется предпробойная электролюминесценция, которая возника­

ет на границах зерен ми:кроучаст:ков порошковых и пленочных

электролюминофоров при напряженностях электрических по­

лей, близких или равных пробивным.

В настоящее время на практике получили распространение

следующие виды электролюминесцентных активных индикато­

ров: порошковые, пленочные и органические. На рис. 15.8, а

форам, и, соответственно, возрастает яркость. Однако во мно­

гих материалах увеличение частоты питания {выше 10 :кГц)

приводит :к значительным диэлектрическим потерям при не­

значительном увеличении яркости.

Основное преимущество индикаторов переменного тока по срав­ нению с индикаторами постоянного тока - существенно большая

светоотдача. На рис. 15.10 приведены результаты сравнения яр­

кости В (сплошные линии) и световой отдачи11 (штриховые лин:Ии)

{см. п. 12.5) для различных типов индикаторов.

:Кривые 1 дают зависимости В и 11 от напряжения питания И для порошковых индикаторов переменного тока (f = 5 :кГц),

:кривые 2 - для порошковых индикаторов постоянного тока;

:кривые 3 - для пленочных индикаторов переменного тока (f = = 5 :кГц).

Отечественная промышленность выпускает свыше 20 типов

индикаторов с различными цветами свечения, :которые позво­

ляют отображать цифры, буквы, знаки, геометрические фигу­

ры и т. д.

15.6. Пассивные индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ). Жидкокристалличе­

ское, или мезоморфное состояние - это состояние вещества, при

:котором оно обладает свойствами, присущими :как твердым

:кристаллам, так и жидкостям. Достоинства ЖКИ по сравнению с другими индикаторами: малая потребляемая мощность (еди­

ницы м:кВт/см2); низкие рабочие напряжения (для большинст­

ва Ж:КИ это 1,5... 5 В) и хорошая совместимость с КМОП интег-

Принцип действия ЖКИ основан на изменении оптических свойств ЖК под действием электрического поля. Для этих из­

менений, как правило, требуются малые напряжения и низкая потребляемая мощность. На практике используются ЖКИ, ра­ ботающие на просвет и отражение. В первом типе ЖКИ обе стеклянные пластины прозрачны. При работе ЖКИ на отраже­ ние второй электрод должен быть зеркально отражающим. Под индикатором, работающим в проходящем свете, размещается источник света и матово-черный экран. Между верхними фИ-

. гурными электродами, формирующими определенный знак, и

нижним общим электродом подается управляющее напряже­

ние от единиц до десятков В, ток на один знак достигает

~1 мкА, т. е. затраты плотности мощности на один знак равны

~1 мкВт/ см2 • Различные типы ЖКИ работают в диапазоне тем­

ператур от -20 до 55° С. Долговечность ЖКИ составляет десят­

ки тысяч часов.

Рассмотрим более подробно основные физические эффекты, ис­ пользуемые в различных типах ЖКИ. Наиболее широкое практи­ ческое применение нашли ЖКИ на основе нематических жидких кристаллов (НЖК), обладающих оптической и диэлектрической

анизотропией. Обычно меру диэлектрической анизотропии опре­ д~ляют величиной Ле = Е1 - е11, где Е1 и Е11 - соответственно ди­

электрическая проницаемость. вдоль и поперек направления пре­

имущественной ориентации молекул ЖК. Величина и знак Ле определяются частотой электрического поля. Обычно величину Ле определяют на частотах порядка десптков кГц. Если ЛЕ >О, то длинные оси молекул НЖК стремятся расположиться вдоль поля, а при Ле <О - поперек поля. В основном именно эти свой­

ства НЖК, вызывающие электрооптические эффекты, связанные

с движением вещества (динамическое рассеивание), с поворотом мо­

лекул и плоскости поляризации света в электрическом поле (твист­

эффект), с анизотропией оптического поглощения растворов дих­

роичных красителей («госты) в НЖК («хозяин») (эффект «rость­

хозяин»), используются в подавляющем большинстве ЖКИ.

Эффектдинамическоrо рассеивания реализуется в НЖК с Ле < О, куда вводится легирующая примесь, приводящая к образованию

свободных ионов. Под действием внешнего переменного элект­ рического поля происходит ориентация большей доли молекул НЖК в определенном направлении, и, кроме того, возникают ко­ лебания объемного заряда. В результате при напряженностях внешнего поля, меньших некоторой пороговой величины, в ЖК