Всего на сайте:
183 тыс. 477 статей

Главная | Электроника

Газоразрядные элементы индикации  Просмотрен 189

В газоразрядных приборах, предназначенных для отображения информации, используется свечение, сопровождающее электрический разряд в газе. Это явление одним из первых нашло применение для индикации. Благодаря непрерывному совершенствованию и использованию новых принципов, высокой надежности и долговечности газоразрядные элементы индикации долгое время широко применялись на практике.

Приборы выполняются с холодным катодом (без специального подогрева). Все они относятся к приборам самостоятельного (т. е. без накаленного катода) тлеющего разряда

Впростейшем виде (рис. 7.2, а) прибор состоит из стеклянной колбы с размещенными внутри двумя плоскими металлическими электродами дискообразной формы, один из которых выполняет функцию катода, а другой — анода. После предварительного создания вакуума прибор наполняют инертным газом.

Рисунок 7.2 - Схема включения двуханодного газоразрядного индикатора (а), его вольт-амперная характеристика (б), поверхность катода, участвующая в эмиссии при Iа < Iа mах (в) и Iа ≥ Iа mах(г)  

 

Прибор через ключ К и балластный резистор подключают к источнику напряжения питания отрицательным полюсом к катоду и положительным — к аноду. Катод является источником электронов, которые после прохождения промежутка катод анод собираются анодом.

 

Слайд 4(2)

Рисунок 7.2 - Схема включения двуханодного газоразрядного индикатора (а), его вольт-амперная характеристика (б), поверхность катода, участвующая в эмиссии при Iа < Iа mах (в) и Iа ≥ Iа mах(г)  

Если плавно уменьшать сопротивление балластного резистора Rа, начиная от больших значений, ток через прибор будет постепенно увеличиваться в соответствии с его вольт-амперной характеристикой (рис. 7.2, б), достигая области тлеющего разряда

(участка CD на рис. 7.2, б).

Участки Оа и аb при малом токе через прибор характеризуются почти линейным распределением потенциала в межэлектродном промежутке анод — катод в связи с очень малой концентрацией ионов в объеме. Поэтому свечение газа незначительно. Участок является переходным к участку тлеющего разряда cd.

При тлеющем разряде ток через прибор существенно больше и концентрация положительных ионов в межэлектродном промежутке довольно велика. Из-за присутствия ионов устанавливается такое распределение потенциала, при котором почти все подводимое к прибору напряжение приходится на его при катодную область. В прикатодной области создается высокая напряженность электрического поля, обеспечивающая участие ионов в электронной эмиссии катода. Электроны покидают катод под воздействием бомбардировки его ионами, получающими ускорение в прикатодной области (ионно-электронная эмиссия).

Вследствие высокой напряженности электрического поля в прикатодной области покидающие катод электроны приобретают на участке свободного пробега большую скорость (энергию), в связи с чем при последующих столкновениях с атомами газа они способны вызвать их ионизацию и возбуждение.

Ионизация обусловлена отрывом валентного электрона от атома и превращением последнего в положительно заряженный ион. Благодаря ионизации у катода в установившемся разряде создается неизменная концентрация ионов.

Слайд 4(3)

Рисунок 7.2 - Схема включения двуханодного газоразрядного индикатора (а), его вольт-амперная характеристика (б), поверхность катода, участвующая в эмиссии при Iа < Iа mах (в) и Iа ≥ Iа mах(г)  

Возбуждение заключается в переходе валентного электрона атома газа на более высокий энергетический уровень под воздействием столкновения с электроном. В состоянии возбуждения атом находится малое время (до 10-7 с), после чего его электрон возвращается на прежний уровень энергии, соответствующий стационарному состоянию. Возвращение электрона на стационарный уровень энергии сопровождается излучением кванта света с длиной волны, зависящей от рода газа. Из-за возбуждения большого количества атомов прикатодный слой покрыт интенсивным свечением газа, что и используется для индикации.

Участок тлеющего разряда cd (рис. 7.2, б) характеризуется постоянством плотности эмиссионного тока Jк катода и почти неизменным падением напряжения па приборе при изменении тока анода Iа (нормальный тлеющий разряд). Росту тока Iа соответствует пропорциональное увеличение площади катода, участвующей в эмиссии (рис. 7.2, в, г) соответственно при малом и большом токах. В точке d вся поверхность катода участвует в эмиссии (рис. 7.2, г), свечение плотно покрывает катод и имеет его форму.

Дальнейшее увеличение тока возможно за счет более интенсивной бомбардировки катода ионами. Это требует повышения скорости ионов (их энергии) в прикатодной области, т. е. увеличения катодного падения напряжения на приборе. Наклонный участок de (рис. 7.2, б) относится к так называемому аномальному тлеющему разряду . Непрерывный режим работы газоразрядных приборов допустим лишь на начальном участке аномального тлеющего разряда (вблизи точки d).

Это связано с тем, что при больших токах аномального тлеющего разряда происходит быстро протекающий процесс распыления катода под воздействием ионной бомбардировки, уменьшающий срок службы катода. Указываемый в справочниках допустимый ток в непрерывном режиме часто определяют по максимальному значению тока анода Iа мах нормального тлеющего разряда. В импульсном режиме работы ток в импульсе может быть большим. В этом случае гарантируется полное покрытие свечением поверхности катода, что важно, например, для цифровых газоразрядных индикаторов. Интенсивность же распыления катода при этом в среднем может уменьшиться, а его срок службы - возрасти, если среднее значение тока в импульсном режиме будет меньше тока в непрерывном режиме.

Слайд 4(4)

Рисунок 7.2 - Схема включения двуханодного газоразрядного индикатора (а), его вольт-амперная характеристика (б), поверхность катода, участвующая в эмиссии при Iа < Iа mах (в) и Iа ≥ Iа mах(г)  

Для создания тлеющего разряда подводимое напряжение Е должно превышать напряжение возникновения разряда Uв.р (рис. 7.2, б). Режим работы прибора определяется точкой пересечения линии нагрузки (пунктирной прямой) с вольт-амперной характеристикой тлеющего разряда. Возникновение разряда осуществляют включением ключа К, функцию которого в схемах управления индикаторами выполняет транзистор, работающий в ключевом режиме.

Напряжение возникновения разряда Uв.р и поддержания разряда (Uп.р =Uа.тл) зависят от материала катода и рода используемого газа. В качестве материалов катода наибольшее применение получили никель и молибден. Лучшим газовым наполнителем по яркости и контрастности свечения является неон (цвет свечения светло-оранжевый), а также его смеси с аргоном, криптоном, гелием или ксеноном. Последние обеспечивают снижение напряжений возникновения и поддержания разряда, что важно для практического применения приборов.

Простейшими приборами тлеющего разряда являются двухэлектродные световые индикаторы, называемые обиходе неоновыми лампами. Форма их электродов может быть самой различной: в виде дисков, колец, стержней и т. д. Индикаторы имеют обычное и микроминиатюрное исполнение. Двухэлектродные индикаторы можно использовать и на переменном токе. В индикаторах переменного тока электроды попеременно выполняют функции катода и анода. Форма электродов однотипна (оба электрода, например,в виде круглых дисков или колец). Двухэлектродные индикаторы выпускаются на широкий диапазон рабочих напряжений (60— 100 В и выше). Рабочий ток индикаторов зависит от их типа и может составлять 0,1 —30 мА.

 

 

Слайд 5(1)

Тлеющий разряд используется при выполнении знаковых и знако-синтезирующих газоразрядных индикаторов.

Знаковые индикаторы - это многокатодные приборы с одним или двумя анодами. Катоды выполняются из тонкой проволоки в виде цифр, букв, математических символов, располагаются один за другим и связаны с внешними выводами прибора. Индикация производится через стеклянный баллон по свечению, покрывающему тот или иной катод при тлеющем разряде.

В одноанодных индикаторах анод является общим электродом для всех катодов. При двуханодной конструкции катоды разбивают на две группы. Каждая из групп с относящимся к ней анодом предназначена для воспроизведения определенного вида знаков. Так, в индикаторе ИН-4 одна группа катодов используется для отображения четных чисел в пределах десяти, а другая — нечетных. Двуханодная конструкцияпозволяет упростить схему управления индикатором.

Катоды в знаковых индикаторах располагаются друг за другом параллельно торцу (при торцовой индикации) или стенке (при боковой индикации) баллона (рис. 7.3, а в).

Рис. 7.3- Знаковые газоразрядные индикаторы: а - схема размещения электродов в одноанодном цифровом индикаторе; б - габаритные размеры цифрового индикатора ИН-18 с боковой индикацией; в — виды сверху и сбоку знакового индикатора ИН-15Б с торцовой индикацией

Число катодов обычно не превышает 10-12, чем определяется длина алфавита высвечиваемых знаков. Форму катодов, их размеры и последовательность расположения выбирают из условия минимального затемнения сзади расположенных знаков. Анод выполняют в виде сетки из тонкой проволоки. Для обеспечения соразмеримых расстояний между анодом и каждым из катодов сетчатый анод размещают в двух плоскостях между катодами (рис. 4.7, а). Режим работы знаковых индикаторов осуществляют при наибольшем токе нормального тлеющего разряда. Это вызнано необходимостью покрытия всей поверхности катода свечением для отчетливого формирования знаков. Напряжение возникновения разряда в знаковых индикаторах находится в пределах 170—200 В. Потребляемый ток составляет 2- 10 мА на знак.

 

 

Слайд 5(2)

В знакосинтезирующих (сегментных) газоразрядных индикаторах катоды располагаются в одной плоскости (рис. 7.4) и имеют форму линейных отрезков.

Рис. 7.4 – Пример расположения катодов в знакосинтезирующих газоразрядных индикаторах.

Схема расположения отрезков и их число зависят от требований к количеству воспроизводимых знаков. Анод здесь, также выполняемый в виде сетки из тонкой проволоки, размещают перед плоскостью катодов. В знакосинтезирующих индикаторах полностью исключается некоторое искажение знаков за счет теневого эффекта передних катодов, существующеев знаковых индикаторах. Угол возможного наблюдения для знакосинтезирующих индикаторов составляет 120—150° вместо 60° для знаковых. Знакосинтезирующие индикаторы выпускаются с большим числом знакомест плоской конструкции. Приборы характеризуются примерно теми же значениями напряжения возникновения разряда, что и в знаковых индикаторах. Потребляемый ток составляет доли миллиампера на сегмент.

Газоразрядные индикаторы создаются с высотой отображаемых знаков от 9 мм (миниатюрное исполнение) до 40 мм и более. Возможность получения сравнительно больших размеров знаков является существенным преимуществом газоразрядных индикаторов. Их достоинством является также высокая яркость свечения (50— 100 кд/м2(кандела-единица силы света)),а также благоприятный для зрительного восприятия светло-оранжевый цвет свечения. Срок службы газоразрядных приборов не менее

10 тыс. ч, быстродействие 10-4 – 10-3 с.

Газоразрядные индикаторы применяются в стационарной контрольно-измерительной аппаратуре, например в щитовых устройствах отображения информации, т. е. в тех случаях, когда не возникает особых трудностей в использовании газоразрядных приборов из-за высокого напряжения управления и большей по сравнению с другими индикаторами потребляемой мощности.

Слайд 6(1)

Предыдущая статья:Вакуумно-люминесцентные индикаторы Следующая статья:Полупроводниковые элементы индикации
page speed (0.0665 sec, direct)