Виконуючі та індикаторні пристрої в автоматичних системах

Основу пристроїв відображення інформації складають індикаторні пристрої або еле-

менти індикації, які призначені для перетворення електричних сигналів у видиму форму.

Індикаторні прилади прийнято класифікувати за фізичними явищами, на яких засно-

вано їх принцип дії. У відповідності з цим розрізняють:

1. накалюючі індикатори, в яких використовуються свічення розігрітої елект-

ричним струмом металічної нитки розжарення;

2. електролюмінісцентні індикатори, в яких застосовується свічення деяких криста-

лічних речовин під дією електричного поля;

3. електронно-променеві й вакумно-люмінесцентні індикатори, засновані на

свіченні люмінофора при бомбардуванні електронами;

4. газорозрядні індикатори, в яких використовується свічення газу при елект-

ричному розряді;

5. напівпровідникові індикатори, в яких застосовують випромінювання квантів

світла при рекомбінації неосновних носіїв заряду в р-n- переході;

6. рідкокристалічні індикатори, засновані на зміні оптичних властивостей рідких

кристалів під дією електричного поля.

Електронно-променевим називають електронний електровакуумний пристрій,

в якому використовують потік електронів, який сконцентрований у вигляді променя

або пучка променів.

Електронно-променеві пристрої, що мають форму трубки, витягнутій у напрямку

променя, називають електронно-променевими трубками(ЕПТ). Джерелом електронів

в ЕПТ є підігрітий катод. Емітовані катодом електрони збираються у вузький

пучок електричним або магнітним полем спеціальних електродів або котушок зі

струмом. Електронний промінь фокусується на екрані, для виготовлення якого внутріш-

ній бік скляного балона трубки покривають люмінофором – речовиною, яка здатна світи-

тися при бомбардуванні її електронами. Положенням видимої скрізь скло балона плями

на екрані можна керувати, відхиляючи потік електронів шляхом дії на нього електрично-

го або магнітного поля спеціальних (відхиляючих) електродів або котушок зі струмом.

Якщо формування електронного променя й керування ним здійснюється за допомо-

гою електростатичних полів, то такий пристрій називається ЕПТ з електроста-

тичним керуванням. Якщо для таких завдань використовують не тільки електростатич-

ні, але і магнітні поля, то прилад називається ЕПТ з магнітним керуванням.

В газорозрядних індикаторах використовують свічення, що супроводжується самос-

тійним електричним розрядом в газі. Всі вони належать до іонних пристроїв тліючого роз-

ряду і виконуються з холодним катодом.

Найпростіші прилади даного типу – сигнальні індикатори (неонові лампи). Вони ма-

ють два металічні електроди, виконані у вигляді дисків, стержнів і т.д. розміщених в

скляний балон, зазвичай заповнений неоном. Напруга виникнення розряду в проміжку

анод-катод для різних типів ламп коливається в межах від 60 до 235 В, робочий

струм – від 0,15 до 30 мА.

Індикаторні тиратрони тліючого розряду – газорозрядні безнакалюваль прист-

рої. Які можуть знаходитись в одному із двох стійких положеннях (провідному

й в непровідному). На рис. І наведена схема включення індикаторного

тиратрона. Випускаються тиратрони з різним кольором свічення: червоним, жовтим і

зеленим.

Рис. Індикаторні тиратрони тліючого розряду

Лінійні газорозрядні індикатори – пристрої, що призначені для відображення аналого-

вої або дискретної інформації у вигляді стовпа, що світиться, довжина якого пропор-

ційна вхідній величині, або у вигляді точки, що світиться, положення якої пов’язано з

вхідною величиною.

Лінійний аналоговий газорозрядний індикатор має довгий циліндричний трубчастий

анод і коаксіальний з ним провідниковий катод, які поміщені в скляну колбу, запов-

неною сумішшю інертних газів. При напрузі між катодом і анодом більшої за

напругу виникнення тліючого розряду, довжина світного стовпа, спостережува-

ного в повздовжньому прорізі анода, виявляється пропорційною прикладеній напрузі.

Для фіксації початкового положення розряду біля країв катода використовують додат-

ковий електрод. При цьому розряд починається -у фіксованій точці, що відповідає міні-

мальній напрузі на пристрої.

Газорозрядні індикаторні панелі (ГІП) – пристрої тліючого розряду, призначе-

ні для відображення знакової інформації й синтезуючі зображення із множини елемен-

тів, що світяться, утворених розрядами в місцях перехрещування електродів (рис. ІІ).

Рис. Газорозрядні індикаторні панелі

На внутрішні пластини нанесені взаємно перпендикулярні системи електродів:

катодів 2 і анодів 4. Отвіри 5 ізолюють матриці 3, розміщені між пластинами І,

суміщені з місцями перехрестя катодів і анодів. Між пластинами І знаходиться суміш

інертних газів. При подачі на один з анодів і один з катодів певної напруги в

місці їх перехрестя виникає тліючий розряд, що спостерігають через пластину І у вигля-

ді світлої точки. Подаючи напругу між певними катодами та анодами, можна

отримати мозаїчне зображення на панелі.

Знакові газорозрядні індикатори – багато катодні пристрої тліючого розряду, приз-

начені для індикації знаків у вигляді цифр, букв, математичних символів і т.д.

Якщо між анодом і одним із катодів прикладена достатня для тліючого розряду напру-

га, то спостерігається свічення знаку, відповідному даному катоду.

Для управління роботою знакових індикаторів застосовують дешифратори –

пристрої, в яких кожною із комбінацій сигналів на входах відповідає відповідна

комбінація сигналів на його виходах, і керуючими дешифраторами ключі,

з’єднуючи відповідні катоди індикатора з джерелом живлення.

Перевагами газорозрядних індикаторів є висока чіткість, яскравість і

контрастність зображення, мала потужність споживання, висока надійність і простота.

До недоліків газорозрядних індикаторів відносяться необхідність в джерелах

живлення порядку 100-250 В і неможливість прямого підключення їх до напівпровід-

никових мікросхем управління.

Принцип дії напівпровідникових індикаторів заснований на випромінюванні квантів

світла при рекомбінації носіїв заряду в області p-n – переходу, до якого прикладено

пряму напругу. До напівпровідникових індикаторів відносять світло діод – напівпровід-

никовий діод, в якому передбачена можливість виводу світлового випромінювання із

області p-n – переходу скрізь прозоре вікно в корпусі. Колір випромінювання визна-

чається матеріалом, із якого виконаний світло діод. Випускають світло діоди червоного.

Жовтого і зеленого свічення.

Розрізняють напівпровідникові індикатори дискретні (точкові) - призначені

для відображення кольорової світної точки, і знакові - для відображення цифр і

букв. В знакових сегментних індикаторах кожний сегмент представляє собою окремий

діод. Із семи сегментів можна синтезувати цифри від 9 до 0 і 12 букв російського алфавіту.

Великими можливостями володіють напівпровідникові знакові індикатори у вигляді

матриць точкових елементів. Матричні елементи дають можливість відображувати всі

цифри і букви російського і латинського алфавітів. На їх основі можна складати буквенно –

цифрові дисплеї; зокрема у вигляді біжучої хвилі (рядки).

Світлодіоди працюють при прямій напрузі 2 – 6 В і струмові 10 – 40 мА (на

сегмент або точку).

До переваг напівпровідникових індикаторів відносять можливість їх прямого підк-

лючення до напівпровідникових дешифраторів завдяки низькій робочій напрузі,

а також великий час експлуатації, висока точність (яркість) свічення і хороший огляд.

Основні недоліки ЖКІ – необхідність зовнішнього джерела світла й вузький діапазон робочих температур (+1÷+50 °С для більшості типів).

Принцип дії вакуумно-люмінесцентних індикаторів (ВЛІ) ґрунтується на перетворенні енергії електронів в видиме випромінювання люмінофорного покриття анодів-сегментів. ВЛІ являє собою електронну лампу – тріод, що складається з розігрітою струмом металевої нитки – катода, металевої сітки і металевих анодів –сегментів, які покриті люмінофором. Ця система електродів розміщена в скляному вакуумному балоні з виводами від електродів лампи. Електрони, що покидають поверхню розігрітого катода (термоелектронна емісія), рухаються до сітки, що має позитивний відносно катода потенціал. Велика частина електронів пролітає рідку сітку і рухається до анодів, що мають такий же потенціал, як і сітка, викликаючи свічення люмінофора на поверхні анодів. Підключенням анодів-сегментів в певних комбінаціях до джерела позитивної напруги можна отримати необхідний знак, що світиться. ВЛІ за звичай випускаються з зеленим кольором свічення знаків. Одно-розрядні та багато-розрядні, шкальні і пневматичні індикатори застосовують в побутовій електричній апаратурі.

ВЛІ мають наступні переваги: висока яскравість свічення, низька напруга живлення (20–25В),що дозволяє застосувати для керування інтегральними мікросхемами, великий кут обзору (120 – 140°), мала потужність споживання.

До недоліків ВЛІ відноситься: необхідність в окремих джерелах живлення ланцюгів розігріву, сітки і анодів.

Електролюмінісцентні індикатори являють собою плоскі конденсатори, між електродами яких розташований шар діелектрика з кольоровим люмінофором. При підключенні електродів до джерела змінної напруги 175 –250 В виникає свічення люмінофора, що спостерігається через один з прозорих електродів. Вид зображення визначається трафаретом. Тому, індикатор може відображати лише один знак, фігуру (або суцільне світлове поле).

До розігрітих індикаторів відносять лампи розжарювання і знакові розігріті вакуумні індикатори. Конструкції ламп розжарювання, що застосовуються для індикації в складі мозаїчних табло або в вигляді окремих індикаторів, досить різноманітні так як і їх електричні параметри.

В якості знакових сегментів використовуються окремі вольфрамові нитки, які світяться при підключенні до джерела постійної або змінної напруги 3–5 В. Струм розжарювання кожного сегмента 20–30 мА, тобто потужність споживання приблизно така ж, як у світлодіодних індикаторів, а яскравість свічення на 1–2 порядка вища – найвища зі всіх видів індикаторів.

***