Главная / Вакуумная и плазменная электроника / Исследование параметров газоразрядной индикаторной панели гип-10000

Исследование параметров газоразрядной индикаторной панели гип-10000

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

1. Общие положения.

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.

ГИП-10000 является индикаторной панелью постоянного тока с внешней адресацией. Панель содержит десять тысяч индикаторных ячеек, образованных с помощью перфорированной диэлектрической пластины – матрицы. Диаметр отверстия в матрице – 0,6 мм, 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 (анодов). 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 может поддерживаться разряд в ячейках только одной строки, 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, а так же время возникновения разряда. Возможные состояния определяются вольт – амперной характеристикой и нагрузочными кривыми, рис. 1. Из рис. 1 видно, что напряжение прекращения разряда Uпр зависит не только от вольт – амперной характеристики, но и от наклона нагрузочной кривой (величины

Ограничительного сопротивления), то есть является как параметром газоразрядной ячейки, так и схемы включения. Значения токов Imin и Imax определяют протяженность плато вольт – амперной характеристики.

pics
Напряжение возникновения разряда Uв (напряжение зажигания) обычно превышает напряжение поддержания разряда Uп (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 бистабильной памяти. Интервал памяти определяется как ΔU=Uв-Uпр .Режим памяти, однако, требует введения токоограничительных резисторов в каждую ячейку панели.

Если к панели приложено опорное напряжение (напряжение смещения) Uоп, 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 Uимп можно записать в следующем виде

Есм+2Uимп ≥ Uв max (1)

Есм+ Uимп < Uв min (2)

Есм-2Uимп ≤ Uпр min (3)

Есм — Uимп > Uпр max (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 до момента установления в нем стационарного разряда проходит конечное время, называемое временем запаздывания возникновения разряда τзап. Это время состоит из статистического времени запаздывания τст и времени формирования разряда τф. Статистическое время задержки – это время между моментом приложения напряжения и началом протекания тока. Время формирования разряда определяется как время нарастания тока до значения, близкого к равновесному, определяемому стационарными условиями разряда и импедансом внешней цепи.

Среднее статистическое время запаздывания Ст зависит от относительного перенапряжения на промежутке Uимп-Uв/Uв . Кроме того, 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 τи min должна превышать τзап. 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 данной 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 – 30 Гц). Таким образом в зависимости от режима работы максимально допустимая длительность импульсов τи max определяется выражениями:

Для поэлементного режима

τи max =1/(f·nx·ny) (5)

τи max =1/(f·nx), (6)

Где nx, ny – 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.

В матричных панелях, без встроенных в каждую ячейку резисторов, наиболее целесообразно использовать режим построчной адресации. При таком режиме и nx= ny=100; f=50Гц из выражения (6) получим τи max=200мкс. Средняя яркость в построчном режиме записи информации в nx 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.

2. Описание лабораторной установки.

Лабораторная установка содержит индикаторную панель, встроенные блоки питания и измерительные приборы. Схема лабораторной установки приведена на рис.2. При поэлементном режиме включения панели (переключатель S1) с помощью кнопочного переключателя строк и столбцов обеспечивается выборка 100 ячеек панели, равномерно расположенных по индикаторному полю. Исследование ГИП проводится в двух режимах: режиме постоянного тока и в импульсном режиме. Переключение режимов питания производится переключателями S2 и S3 .

В режиме постоянного тока на катоды выбранных ячеек подается отрицательное смещение (0…299 В) от источника питания постоянного тока Б5-50. Напряжение возникновения и поддержания разряда измеряются цифровым вольтметром Б7-27А/1. Регулировка тока ячеек производится изменением напряжения источника постоянного тока Б5-50 и переключателем «нагрузка», с помощью которого в цепь выбранных ячеек подключаются ограничительные сопротивления от 0,5 до 3,2 Мом. Напряжение прекращения разряда, зависящее от величины ограничительного сопротивления, измеряется с помощью оцифрованного регулятора напряжения питания Б5-50.

В импульсном режиме питания на катоды выбранных ячеек подается импульсное напряжение регулируемой амплитуды (до 250 В) от лампового усилителя импульсов. С помощью генератора импульсов Г5-54, используемого в качестве задающего генератора, производится измерение длительности, амплитуды и частоты следования импульсов. Источник питания Б5-50 обеспечивает подачу на электроды опорного напряжения. Двухлучевой осциллограф С1-69 позволяет наблюдать напряжение и ток ячеек панели в импульсном режиме питания.

3. Порядок выполнения работы.

Привести схему лабораторной установки в режим питания постоянным током. Включить источник питания Б5-50 и цифровой вольтметр. Прогреть приборы в течение пяти минут.

1. Измерить напряжение возникновения, напряжение поддержания (при одинаковых токах) и напряжение прекращения разряда в нескольких ячейках, расположенных в различных концах индикаторной панели.

2. Снять вольт-амперные характеристики двух-трех ячеек панели. Определить значение токов I min и I mах.

3. Снять зависимость напряжения прекращения разряда от величины ограничительных сопротивлений для одной из ячеек. Положениям переключателя «нагрузка» 1, 2, 3, 4, 5 соответствуют сопротивления 0,5 Мом; 0,8 Мом; 1,2 Мом; 1,5 Мом; 3,2 Мом.

4. Привести схему лабораторной установки в режим питания импульсным напряжением. Переключателем «нагрузка» установить минимальное сопротивление нагрузки (положение 1). Включить генератор Г5-54 и осциллограф С1-69. Прогреть все приборы пять минут.

5. Снять зависимость импульсного напряжения возникновения разряда от длительности импульсов для величины опорного напряжения 0 и 50 В. Импульсное напряжение измерять по осциллографу. Длительность импульсов менять в пределах 10…100 мкс. Рекомендуемая частота следования 1,2-2,2 кГц.

6. Снять зависимость времени запаздывания возникновения разряда от относительного перенапряжения (Uимп — Uв стат)/ Uв стат при нулевом опорном напряжении. Сравнить величину статистического времени запаздывания с временем формирования разряда. Амплитуду импульсов менять через 20 В. Длительность импульсов установить в пределах 50-100 мкс. Рекомендуемая частота следования 1,2-2,2 кГц.

7. Снять зависимость времени запаздывания возникновения разряда от величины опорного напряжения для относительного перенапряжения 75%. Опорное напряжение менять от 0 до 120 В. Длительность импульсов установить в пределах 50-100 мкс.

8. При той же величине относительного перенапряжения и длительности импульсов снять зависимость времени запаздывания возникновения разряда от частоты следования импульсов при нулевом опорном напряжении. Частоту следования менять от 200 до 800 Гц.

4. Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

— Блок –схему установки.

— Таблицы измеренных величин.

— Графики полученных зависимостей.

— Выводы.