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 Uпр 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.