Вакуумные люминесцентные индикаторы
Вакуумные люминесцентные индикаторы (В Л И) относятся к активным индикаторам, преобразующим электрическую энергию в световую. По виду отображаемой информации ВЛИ можно разделить на единичные, цифровые, буквенно-цифровые, шкальные, мнемонические и графические. По виду информационного поля индикаторы делятся на сегментные и матричные, одноразрядные и многоразрядные, а также матрицы без фиксированных знакомест.
К числу достоинств ВЛИ следует отнести:
высокую яркость, обеспечивающую хорошую видимость воспроизводимых знаков;
низкие рабочие напряжения, допускающие возможность их применения с формирователями на МОП-микросхемах;
малое потребление энергии, что позволяет использовать их в устройствах, питаемых от батарей и автономных источников питания.
Необходимость использования источника питания накала индикатора может оказаться его недостатком. В ряде случаев трудно исключить мешающие восприятию изображения блики, создаваемые отражением света от стеклянных баллонов индикаторов.
Вакуумные люминесцентные индикаторы используют для отображения информации в устройствах самого различного назначения: в микрокалькуляторах и ЭВМ, кассовых аппаратах и станках с числовым и программным управлением, электронных часах, электро- и радиоизмерительных приборах (цифровых ампервольтомметрах, частотомерах), диспетчерских пультах управления энергетическими установками и воздушным движением, медицинских приборax и т. п.
Рисунок 5.1 - Конструктивная схема ВЛИ
Вакуумный люминесцентный индикатор представляет собой электронную диодную или триодную систему, в которой под воздействием электронной бомбардировки высвечиваются покрытые низковольтным катодолюминофором аноды-сегменты.
Конструктивная схема одноразрядного индикатора показана на рис.5.1. Детали индикатора монтируются на керамической или стеклянной плате 1. Участки платы, на которые нанесен люминофор, образуют аноды-сегменты 2; под люминофором имеется токопроводящий слой. Каждый из анодов имеет определенный вывод 3. Источником электронов служит оксидный катод прямого накала 4. Управление электронным потоком осуществляется сеткой 7. Электронный поток, высвечивающий сегменты, ограничивается экранирующим электродом-маской 8. Вся арматура индикатора заключена в стеклянный баллон 6, в котором создан вакуум. Штриховой линией показаны примерные траектории электронов. На внутреннюю поверхность баллона нанесено токопроводящее покрытие 5, прозрачное для всей области спектра излучения индикатора. Электрически оно соединено с отдельным выводом или катодом; покрытие обеспечивает стекание с поверхности баллона электрических зарядов, способных исказить траектории электронов.
Катод ВЛИ представляет собой отрезок тонкой вольфрамовой проволоки. Рабочая температура катода выбирается низкой, чтобы нить, находящаяся по направлению наблюдения перед анодами, не мешала наблюдению светящихся символов.
Сетка ВЛИ управляет электронным потоком. Она имеет положительный относительно катода потенциал, рассеивает электроны и ускоряет их в направлении анодных сегментов. Сетки изготовляются из полотна, «тканого» из вольфрамовой проволоки или электрохимичес-ким фрезерованием тонкой никелевой фольги.
Изображение букв, цифр и других символов во ВЛИ формируется высвечиванием необходимой комбинации анодов-сегментов. Смена изображений достигается путем соответствующей коммутации анодов-сегментов. Аноды-сегменты представляют собой покрытые люминофором слои токопроводящего материала заданной конфигурации, нанесенные на стеклянную или керамическую плату. Сегменты выполнены в виде точек или протяженных участков различной формы, символов и трафаретов. Количество, конфигурация и взаимное расположение сегментов образует структурный рисунок индикатора, по которому различают цифровые, буквенно-цифровые, матричные и шкальные индикаторы.
Люминофор включенных сегментов, имеющих в данный момент положительный относительно катода потенциал, светится под воздействием попадающего на них электронного потока. Ток катода индикатора и токи сегментов практически не зависят от числа включенных сегментов. Электроны, попадающие на включенные сегменты, заряжают их отрицательно и отражаются. Вторичные электроны перехватываются экранирующим электродом.
Изображение, формируемое ВЛИ, очень высококонтрастное, яркость достигает 500 кд/м2 и более; для сравнения можно напомнить, что яркость экрана современного цветного кинескопа не превышает 300 кд/м2. В ВЛИ используется явление низковольтной катодолюминесценции (НВК), при котором свет излучается кристаллофосфором, бомбардируемым электронами с относительно низкой энергией (около 10... 100 эВ). Для веществ, у которых наблюдается этот эффект, потенциал начала НВК составляет всего несколько вольт.
В ВЛИ в качестве люминофора широко используется окись цинка, активированная цинком (ZnO:Zn), обеспечивающая интенсивное сине-зеленое свечение. Применяя светофильтры, можно получить цвета символов от синего до красного. Существует достаточно широкая номенклатура люминофоров, имеющих различные цвета свечения (синий, зеленый, желтый, красный).
Матричные ВЛИ предназначены для синтеза цифр, букв любого алфавита, различных символов и знаков. Формирование изображения на информационном поле ВЛИ можно осуществлять статическим или мультиплексным способом. При статическом способе возбуждающие сигналы подаются на необходимые для получения заданного изображения аноды-сегменты, и все изображение знака формируется одновременно.
Формирование изображения мультиплексным способом осуществляется применительно к ВЛИ, имеющим два канала управления, например, многоразрядные индикаторы с параллельно соединенными анодами-сегментами и раздельными для каждого знакоместа сетками. Так же управляют матричными и графическими ВЛИ.
При мультиплексном управлении в течение каждого момента времени формируется не полное изображение, а его отдельные элементы. За счет инерционности человеческого зрения наблюдатель видит цельную картинку. Такое управление еще называют динамической индикацией.
Долговечность работы ВЛИ определяется сохранением работоспособности люминофора и оксидного катода. В течение первых сотен часов яркость претерпевает спад на 10...20 %. После этого следует довольно длительный период, составляющий десятки тысяч часов, в течение которых яркость практически не изменяется.