Индикаторные панели

Газоразрядные индикаторные панели (ГИП) называют матричными, т.к. они представляют множество светоизлучающих элементов, образуемых на пересечениях ортогональных элементов.

ГИП делятся на 2 группы:

1) постоянного тока с внешней адресацией и с самосканированием;

2) переменного тока.

ГИП постоянного тока изображена на рис. 6.4.

Рис. 6.4 – ГИП постоянного тока:

1 – подложки прозрачные, диэлектрические;

2 – катоды в виде полос металла, нанесенных на подложки распылением;

3 – диэлектрическая матрица;

4 – отверстия связи;

5 – полоски металла - аноды

Отверстия связи совмещены с местами пересечения электродов. Пространство между подложками заполнено газом, цвет свечения зависит от газа.

Рис. 6.5 – Схема включения ГИП постоянного тока с внешней адресацией

ГИП с внешними резисторами в цепях столбцов (R_к)_.U_а – напряжение строк и U_к – напряжение столбцов. По столбцу все ячейки включаются одновременно. Ток в ячейках, подключенных в строках, может ограничиваться разными резисторами, и они могут включаться одновременно.

ГИП не обладает внутренней памятью и работает в режиме регенерации изображения.

Нормальное формирование изображения в схеме обеспечивается, когда при совпадении импульсов по строке и столбцу промежуток пробивается, т.е.

а при подаче импульсов только по строке или столбцу разряд не зажигается.

ГИП с самосканированием (рис. 6.6) обеспечивает устойчивое зажигание разряда от импульса к импульсу.

Рис. 6.6 – Устройство ГИП с самосканированием:

а – вид сбоку; б – вид сверху

На рис. 6.6 цифрами обозначены: 1 – прозрачная, диэлектрическая подложка; 2 – канавки; 3 – аноды сканирования; 4 – дежурные электроды; 5 – катод сброса, он один и не имеет отверстий связи; 6 – катоды; 7 – отверстия связи; 8 – диэлектрическая матрица с отверстиями связи; 9 – индикаторные аноды; 10 – диэлектрическая подложка.

Сейчас изготовляют ГИПС 222х7. В этой панели 222 катода и 7 анодов.

Цифры, показанные на схеме (рис. 6.7), соответствуют электродам на рис. 6.6. Дежурные электроды (4) имеют отдельные выводы, запитаны через R_н. от источника питания Е_д. Между дежурными электродами горит постоянно разряд с током в несколько микроампер. Рядом с дежурными электродами расположен катод сброса (5), он имеет отдельный вывод (U_кс). Катоды (222) подсоединены к трем шинам. Катоды 1, 4, 7, 10 и т.д. имеют выводы U_к1; катоды 2, 5, 8, 11 и т.д. имеют вывод U_к2; катоды 3, 6, 9, 12 и т.д. имеют вывод U_к3. Аноды сканирования и индикаторные аноды имеют выводы и подсоединяются к источникам питания через R_н.

Рис. 6.7 – Электрическая схема ГИПС

Напряжения в виде прямоугольных импульсов подаются в определенные отрезки времени (рис. 6.8). В течение времени (t₀ - t₁) подается отрицательный импульс на катод сброса, около катода сброса расположен дежурный разряд, его электроны помогают зажечь разряд на катод сброса. Во время (t₁ - t₂) подается импульс напряжения на катоды U_к1 (1, 4, 7 и т.д.). Разряд зажигается на первый катод, т.е. около него находится катод сброса и соответственно электроны, помогающие зажечь разряд. Во время (t₂ - t₃) разряд переходит на катод 2, (t₃ - t₄) - на катод 3, (t₄ - t₅) - на катод 4 и т.д. На все 222 катода сканирует разряд, происходит шаговое перемещение разряда. Когда разряд доходит до последнего катода, чтобы начать сканирование, надо снова подать импульс на катод сброса. При этом движение сканирующего разряда не видно оператору, он находится со стороны индикаторных анодов.

Рис. 6.8 – Импульсы напряжений, подаваемых на электроды

Для формирования изображения используется индикаторный разряд, возникающий в отверстиях диэлектрической матрицы при подаче положительных импульсов U_аи на аноды индикации. Выборка индикаторной ячейки основана на том, что разряд возникает в ячейках, если совпадают два события: на анод индикации поступает импульс U_аи, а разряд сканирования находится в том же столбце, что и данная ячейка индикации. В системе индикации, так же как при сканировании, разряд одновременно происходит только на одном катоде.

Наиболее часто эти ГИПы применяются для воспроизведения буквенно-цифровой информации.

ГИП с самосканированием работает в режиме регенерации изображения, что ограничивает информационную емкость индикаторного поля. Можно применить ГИП с запоминанием информации после снятия сигналов выборки. Это ГИП переменного тока, также с матричной структурой, образованной перпендикулярными электродами. Они отличаются от ГИП постоянного тока тем, что их металлические электроды покрыты тонким слоем диэлектрика.

Каждая ячейка ГИП переменного тока представляет собой структуру металл-диэлектрик-газ-диэлектрик-металл (МДГДМ). Из-за наличия емкостей через ячейку может протекать только переменный ток.

Диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующих работу ГИП переменного тока, приведены на рис. 6.9.

Рис. 6.9 – Диаграммы напряжений и токов

В рабочем состоянии между системами вертикальных и горизонтальных электродов приложено знакопеременное поддерживающее напряжение , меньшее напряжения возникновения разряда (). Возбуждение разряда в ячейке «запись» производится подачей на катод отрицательного импульса напряжения (интервал t₁ - t₂), амплитуда которого достаточна для пробоя. В результате протекания тока i емкость структуры МДГДМ заряжается до , значение приложенного к газовому промежутку падает и первый импульс разрядного тока прекращается.

После этого газовый промежуток возвращается к непроводящему состоянию, благодаря чему на емкостях сохраняется накопленное напряжение (t₂ - t₃). Во время (t₃ - t₄) к промежутку прикладывается положительное поддерживающее напряжение. В сумме с напряжением , сохраняющимся на емкостях, оно достаточно для повторного возбуждения разряда.

В интервале (t₃ - t₄) протекание тока приводит к перезарядке емкости до противоположной полярности. При этом на ячейке напряжение меняется на . Итак, пока к ГИП приложено поддерживающее напряжение, в ячейке, возбужденной импульсами записи, существуют серии разнополярных импульсов тока разряда (t₅ - t₆; t_n - t_n+1). Наличие емкостей в структуре МДГДМ каждой ячейки обеспечивает электрическую развязку и возможность параллельного существования разряда в любом числе ячеек. Однако в ГИП переменного тока, как и в любой матричной системе, выборка одновременно может осуществляться только для ограниченного числа ЭО (например, ЭО строки или столбца).

Для прекращения разряда на данную ячейку (на ее строку или столбец) подают импульс «стирание» с амплитудой, меньшей, чем при записи (t_n+2 - t_n+3).

Такие импульсы вызывают более слабую перезарядку емкостей ячеек, чем при записи. Конечное значение напряжения на емкости _ост оказывается близким к нулю. Очередной импульс поддерживающего напряжения не может вызвать повторного пробоя, и серия разрядов в ячейке прекращается.

Сфера применения индикаторных панелей довольно широка – это экраны коллективного пользования, редакционно-издательское дело, экраны бытовой аппаратуры (часы, калькуляторы, измерительные приборы), информационный комплекс, телевидение, дисплеи и терминалы ЭВМ различного назначения. Для перекрытия всех областей применения требуются индикаторные панели, отображающие от одного до 8000 символов. Площадь от 10 мм² до десятков квадратных метров, а высота символов от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

Если рассматривать видимое свечение, возникающее в процессе разряда, то существует несколько способов изменения цвета этого свечения: регулирование режима и условий горения разряда, установка светофильтров, а также комбинация этих способов. Что касается полицветной окраски, то необходимо получить основные цвета (синий, зеленый, красный). Для этого используют свечение люминофора, покрывающего электроды, либо под воздействием ультрафиолетового излучения разряда. Основные разработки направлены на поиски новых люминофоров.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Соболев В.Д. Физические основы электронной техники. – М.: Высшая школа, 1979.

2. Батушев В.А. Электронные приборы. – М.: Высшая школа, 1980.

3. Каганов И.Л. Ионные приборы. – М.: Энергия, 1972.

4. Яблонский Ф.М., Троицкий Ю.В. Средства отображения информации. – М.: Высшая школа, 1985.

5. Жигарев А.А., Шамаев Г.Г. Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы. – М.: Высшая школа, 1982.

6. Василевский А.М., Тихонов В.В. Оптическая электроника. – Л.: Энергоиздат, 1990.