6. Устройства отображения на газоразрядных приборах.

Газоразрядные приборы (ГРП) с холодным катодом применя­ют в УОИ индивидуального, группового и коллективного пользо­вания.

6.1. Знаковые (цифровые) ГРП с холодными катодами (рис.6.1) и общим анодом, выполненным в виде сетчатой пластины . Их ис­пользуют в устройствах индивидуального и группового пользова­ния для отображения знаков и цифр. Метод формирования зна­ков —моделирование и в ряде случаев—синтезирование. Широко распространены газоразрядные цифровые индикаторы, у которых катоды выполнены в виде цифр, расположенных одна под другой. В некоторых индикаторах кроме десяти цифр предусмотрена за­пятая. Стеклянный баллон индикатора заполнен неоном. При по­даче между анодом и одним из катодов напряжения, превышающего по величине. напряжения зажигания разрядного промежутка,возникает тлеющий разряд, охватывающий всю поверхность като­да, в результате чего отображается соответствующая цифра. Цвет отображаемых цифр—оранжево-красный. Существуют приборы с торцевой и боковой индикациями. Часто применяют цифровые индикаторы типов ИН1, ИН2, ИН4, ИН8, ИН12А, ИН12Б, ИНН, ИН15А и ИН15Б. Яр­кость свечения составляет 300 кд/м², рабочий ток зависит от типа индикатора и не превышает 3,5 мА при напряжении питания 200 В. У мало­габаритного прибора ИН2 высота цифр равна 9 мм, а у остальных индикаторов—18 мм. Ин­дикаторы могут работать при изменении темпе­ратуры от —60 до +70°С. Гарантийная долго­вечность большинства из них превышает 5·10³ ч. Наибольшее время запаздывания зажигания разряда при первом включении не превышает 1 с. При многоразрядных числах ис­пользуются индикаторы типов ИН12А и ИН12Б , имеющие прямоугольный баллон, в ре­зультате чего уменьшается расстояние между соседними разрядами и улучшаются, условия считывания. В УОИ с минимальными размера­ми индикаторной панели используются миниа­тюрные индикаторы типа ИН2.

Рис. 6.1. ― Газораз­рядный индикатор­ный прибор.

К преимуще­ствам таких индикаторов следует отнести:

1. не­большие габариты, стоимость и потребляемую мощность,

2. высокие яркость свечения и долго­вечность;

3. достаточно высокое быстродействие.

К основным их не­достаткам относятся высокие напряжения питания (200—300 В) и запаздывание зажигания разряда.

6.2. Многоразрядные газоразрядные индикаторные панели плоской конструкции. Эти панели применяют в устройствах индивидуаль­ного и группового пользования. Конструктивно такие панели со­стоят из двух изоляционных пластин с нанесенными на них систе­мами электродов и прокладки, толщина которой определяет меж­электродное расстояние. Катоды каждой из матриц знаков, ото­бражающих цифры, образуют семисегментную структуру, против которой располагается анод. Одноименные сегменты всех матриц знаков соединены между собой и имеют общий вывод. Для управ­ления такими многоразрядными панелями используется мульти­плексный режим, при котором любая, из цифр синтезируется путем одновременной подачи отрицательных импульсов на необходимые сегменты—катоды и сканирующего положительного импульса— на соответствующий анод.

Основные технические характеристики такой панели типа ГИП-11, имеющей 11 матриц знаков, следующие:

Напряжение питания, В ............ 180—200

Время готовности, с .............. не более 1

Цвет свечения ................. оранжево-красный

Яркость свечения, кд/м² ............ не менее 100

Угол обзора, град ............... не менее, 120

Долговечность, ч ............... не менее 3000

Габаритные размеры, мм ............. 122×31×7

Масса, г ................... не более 100

Потребляемая мощность не превышает сотых долей ватта на одну матрицу знаков. Панель аналогичной конструкции типа ИГП-17 имеет 17 матриц знаков.

6.3. Тиратроны с холодным катодом (ТХК). Их применяют в уст­ройствах группового и коллективного пользования в качестве инди­каторных элементов. Эти тиратроны имеют довольно большой срок службы, достигающий десятков тысяч часов, высокую яркость све­чения и большое входное сопротивление; они выдерживают значи­тельные перегрузки по напряжению и току, потребляют малую мощность, имеют небольшой вес, малые габариты и работают в диапазоне температур от —60 до +85°С.

Достоинства ТХК— свойство «памяти», т. е. способность сохранять информацию после прекращения действия управляющего сигнала. ТХК могут иметь два устойчивых, состояния. Эти свойства позволяют существенно упрощать схемы управления индикаторами. ТХК можно исполь­зовать в качестве индикаторных, и активных элементов. Это способствует унификации УОИ, позволяет значительно уменьшить мощность, потребляемую индикатором от источника управляющих сигналов. УОИ на ТХК имеют достаточно высокое быстродействие. Благодаря самоиндикации тиратронов существенно улучшается ре­монтопригодность УОИ.

Тиратроны типов ТХ16Б, ТХ17А и ТХ19А—сверхминиатюрные с двумя управляющими сетками —позволяют реализовать логиче­скую функцию «И» на два входа. Управление зажиганием их может осуществляться непосредственно от схем на полупровод­никовых триодах. Тиратроны типов ТХ17А и ТХ19А имеют зеленое свечение и могут управляться от интегральных схем. Яркость све­чения у них 100 кд/м², наибольший средний ток анода 1 мА.

Тиратроны типов МТХ90 и ТХ18А—односеточные и имеют тор­цевое свечение оранжево-красного цвета. Яркость свечения их весьма высокая и достигает 2500 кд/м². Наибольший средний ток анода у них соответственно равен 8 и 3 мА.

Недостатки устройств на ТХК:

1. высокое напряжение анодного питания (свыше 100 В),

2. некоторые затруднения, связанные с реа­лизацией схем коммутации анодных цепей,

3. трудность использо­вания их на открытом воздухе.

В УОИ нашли применение ГИП постоянного тока с внешней ад­ресацией, ГИП с самосканированием и ГИП переменного тока(плазменные панели).

6.4. Газоразрядная панель постоянного тока. Конструктивно ГИП постоянного тока представляет собой диэлектрическую пластинку 3 с отверстиями-ячейками (рис. 6.2). С двух сторон от решетки расположены системы параллельных электродов 2 и 4, перекрещи­вающихся под прямым углом. Панель имеет защитные стекла 1 и 5, а корпус—герметизирован. Ячейки расположены в местах перекрещивания электродов. Ячейки заполнены инертным газом (неон, смесь неона с азотом или неона с аргоном и т. д.) и обра­зуют миниатюрные газоразрядные приборы, у которых одна систе­ма электродов выполняет функцию катодов, а вторая система электродов — функцию анодов.

Рис. 6.2. ― Газоразрядная панель постоянного тока.

Если на одну из пар «анод—катод» подать напряжение, величина которого превышает пробивное на­пряжение, то в ячейке, расположенной в месте их перекрещивания, возникает тлеющий разряд и ячейка светится. Напряжение горе­ния ячейки меньше напряжения зажигания. Если напряжение прилагать поочередно к столбцам и одной горизонтальной шине, то ячейки этой строки зажигаются поочередно и светящаяся точка перемещается с одного края ГИП к другому. Таким образом, под­ключая периодически с определенной частотой требуемые ячейки, можно получить светящееся изображение нужного знака. ГИП постоянного тока не обладают памятью, вследствие чего для по­лучения изображения необходимо периодически подавать управ­ляющие импульсы последовательно на все строки. Основными характеристиками ГИП будем считать: напряжение за­жигания разряда U_з, напряжение го­рения U_г, напряжение погасания U_п, время запаздывания зажигания раз­ряда и яркость свечения ячеекВ. На рис. 6.3 показаны зависимости плотности распределения напряжений f(U_г )и f(U_з ) при частоте следования импульсов f =50 Гц и длительности импульсов Ти=200 мкс в случае, ко­гда рядом с возбуждаемой ячейкой нет горящих ячеек (кривые 1 и 2). Из рисунка видно, что среднее значение U_з.ср==306 В и среднеквад­ратичное отклонение =23 В ве­лики. Это связано с разбросом характеристик ячеек. В частности, время запаздывания зажигания разряда в ячейках из-за отсутст­вия достаточного по величине и однородного по всей панели уров­ня начальной ионизации может достигать сотен микросекунд. Что­бы уменьшить среднее время запаздывания зажигания _.ср, необ­ходимо подготавливать ячейку к работе, создавать начальные условия для ее ионизации. Это можно получить за счет исполь­зования перенапряжения, численно определяемого величиной

, (6.1.)

где U в—напряжение возбуждения ячейки.

Рис. 6.3. ― Зависимости плот­ности распределения:1— напряжения горения; 2 — напря­жения зажигания.

Величина τ_з.ср уменьшается с уве­личением частоты следования импуль­сов возбуждения. Из рис. 6.4 видно, что τ_з.ср может быть уменьшено до де­сятков микросекунд за счет использо­вания перенапряжения и повышения частоты следования импульсов. Сле­дует отметить, что использование этих мер ограничено: использование пере­напряжения создает условия для лож­ного зажигания невыбранных ячеек и повышает требования к ключевым устройствам, а с повышением частоты следования импульсов уменьшается их длительность.

Для подготовки начальных условий ионизации ис­пользуют влияние «подсвета» соседних горящих или горевших ячеек на возбуждаемую. Из рис. 6.5 видно, что среднее значение напряжения зажигания U_з.ср =245 В, а среднеквадратичное откло­нение =19 В при f=50 Гц и =200 мс. Среднее время запаз­дывания зажигания за счет использования зоны «подсвета» умень­шается до десятков микросекунд. О характере зависимости плот­ности распределения времени запаздывания зажигания разряда при использовании зон «подсвета» 1 и без «подсвета» 2 можно судить по рис. 6.6.

Вероятность зажигания ячейки без «подсвета» за время

, (6.2)