Газоразрядной индикаторной панели

Цель работы: исследование основных электрических параметров газоразрядной индикаторной панели постоянного тока типа ГИП - 10000.

Газоразрядные индикаторные панели (ГИП) представляют собой приборы интегрального типа, объединяющие в плоском корпусе большое число светоизлучающих элементов. ГИП используются для решения сложных информационных задач: отображения больших массивов знаковой информации, отображения гистограмм, графиков, а также видео информации с градациями яркости. Изображение формируется с помощью матричной структуры, состоящей из миниатюрных ячеек, находящихся на пересечении горизонтальных электродов строк и вертикальных столбцов. Для адресации светоизлучающих ячеек ГИП используется временное совпадение сигналов, подаваемых на электроды строк и столбцов. При двух координатной выборке управление матричным экраном, содержащим n элементов, осуществляется с помощью входов.

В настоящей работе исследуются параметры газоразрядной индикаторной панели типа ГИП-10000. Панель содержит десять тысяч индикаторных ячеек, образованных с помощью перфорированной диэлектрической пластины – матрицы. Диаметр отверстия в матрице 0.6 мм, а шаг 1.0 мм. Две взаимно перпендикулярные системы электродов – анодов и катодов – образуют столбцы и строки. Отверстия в матрицах совмещены в местах пересечения катодов и анодов. Таким образом, ячейки каждой строки имеют общие катоды, ячейки каждого столбца – общие аноды. Нагрузочные резисторы включаются в цепи внешних электродов. Параллельная работа газоразрядных ячеек с одним общим резистором невозможна, так как после возникновения разряда в одной из ячеек столбца напряжение на остальных ячейках, имеющих один внешний резистор, падает. Поэтому одновременно разряд может поддерживаться в ячейках только одной строки (столбца), вследствие чего индикаторное поле не запоминает информацию. В качестве газового наполнения обычно используется смесь Пеннинга на основе неона, дающая оранжево – красный цвет свечения.

Основными электрическими параметрами ГИП постоянного тока являются напряжение возникновения, поддержания и прекращения разряда. Возможные состояния определяются вольт-амперной характеристикой и нагрузочными кривыми, рис. 7.1. Из рисунка видно, что напряжение прекращения разряда U пр зависит не только от вольт-

Рис. 7.1. Вольт-амперная характеристика газоразрядной ячейки

амперной характеристики, но и от наклона нагрузочной кривой (величины ограничительного сопротивления), то есть, является как параметром газоразрядной ячейки, так и схемы включения. Значения токов I _min и I _max определяют протяженность плато вольт-амперной характеристики.

Напряжение возникновения разряда U _в (напряжение зажигания) обычно превышает напряжение поддержания разряда U _п (напряжение горения). Благодаря этому обеспечивается работа газоразрядной ячейки в одном из двух состояний: «Включено» и «Выключено». Эта особенность может быть использована для получения в некоторых газоразрядных устройствах отображения электрической памяти. Интервал памяти определяется как . Режим памяти, однако, требует введения токоограничительных резисторов в каждую ячейку панели.

Если к панели приложено опорное напряжение (напряжение смещения) U _оп, превышающее напряжение поддержания разряда, но недостаточное для возникновения разряда, то отдельные ячейки могут быть переведены в состояние «включено» и «выключено» путем подачи соответствующих импульсов на пары электродов x и y (строк и столбцов). Поскольку каждая ячейка панели находится на пересечении двух взаимно перпендикулярных электродов x и y, воздействовать только на одну из них можно управляющим сигналом, состоящим из двух равных частей, суммирующихся с опорным напряжением.

В индикаторной панели, как в системе, состоящей из множества отдельных светоизлучающих элементов, наблюдается разброс электрических параметров – напряжений возникновения, поддержания и прекращения разряда, связанный с разбросом геометрических размеров конструктивных элементов. Поэтому нормальное функционирование панели при питании от источника постоянного смещения (опорного напряжения) и импульсов полувыборки U _имп можно записать в следующем виде:

, (1)

, (2)

, (3)

. (4)

Выполнение условия (1) обеспечивает зажигание разряда в ячейке с наибольшим напряжением возникновения разряда, условия (3) – гашение разряда в ячейке с наименьшим напряжением прекращения разряда. В целом, вышеприведенные условия работы панели обеспечивают зажигание и гашение отдельных ячеек при матричной схеме управления.

С момента приложения управляющих импульсов до момента установления в ячейках ГИП самостоятельного разряда проходит конечное время, называемое временем запаздывания возникновения разряда τ_зап. Это время состоит из статистического времени запаздывания τ_ст и времени формирования разряда τ_ф. Статистическое время задержки – это время между моментом приложения напряжения и началом протекания тока. Время формирования разряда определяется как время нарастания тока до стационарного значения, соответствующего самостоятельному разряду.

Рис. 7.2. Токовой импульс в газоразрядной ячейке

После снятия управляющего напряжения плазма мгновенно не исчезает – начинается процесс нейтрализации зарядов, определяемый временем деионизации τд. Поэтому в газовом разряде имеет место эффект послесвечения. Форма токового импульса в газоразрядной ячейке приведена на рис. 7.2.

Среднее статистическое время запаздывания τ_ст зависит от относительного перенапряжения на промежутке . Кроме того, τ_ст зависит от предварительной ионизации, поэтому после первого возникновения разряда время запаздывания обычно резко уменьшается. Время формирования разряда зависит от рода и давления наполняющего газа, межэлектродного расстояния и напряжения на промежутке.

Минимальная длительность управляющих импульсов τ_min должна превышать τ_зап. Максимальная длительность импульсов определяется режимом работы индикаторной панели с матричной выборкой. Можно использовать следующие режимы работы:

- поэлементный, когда в данном интервале времени включена только одна ячейка;

- построчный, когда в данном интервале времени включены индицируемые ячейки одной строки;

- с запоминанием информации, когда ячейки остаются включенными и по прекращению действия управляющих импульсов, а прекращение разряда осуществляется путем подачи гасящих импульсов.Для получения немелькающего изображения в первых двух случаях требуется циклическое обновление информации с частотой, превышающей частоту мельканий (25…50 Гц).

Длительность импульсов сканирования определяется тактовой частотой и числом строк n _y при развертке по строкам и числом столбцов n _x при развертке по столбцам:

. (5)

(6)

где n _y, n _x – число строк и столбцов; f – частота кадров.

В режиме с запоминанием частота f может быть ниже частоты мельканий и определяется только необходимой скоростью обновления информации.

Рис.7.3. Схема лабораторной установки

В матричных панелях без встроенных в каждую ячейку резисторов наиболее целесообразно использовать режим построчной адресации. Средняя яркость в таком режиме записи информации в n _x раз меньше мгновенной яркости. Поэтому число строк индикаторного поля и, следовательно, информационная емкость панели, ограничены. Наибольшее число строк ГИП постоянного тока без запоминания (с внешней адресацией) не превышает обычно 100…200.