Содержание

Индикаторные приборы

В современной РЭА широко применяются различные индикаторные приборы, в частности так называемые знаковые и цифровые индикаторы. Некоторые из них относятся к газоразрядным приборам тлеющего разряда, но существуют и электронные электровакуумные индикаторы. Разработаны и используются также полупроводниковые индикаторные приборы.

Неоновые лампы применяются в качестве индикаторов напряжения и для других целей. Они представляют собой приборы тлеющего разряда, работающие в режиме аномального катодного падения обязательно с ограничительным резистором R_огр.

Вольт-амперная характеристика приведена на рис. 21.15. При возникновении разряда (точка А) происходит скачок тока и напряжения и начинается свечение. Дальнейшее повышение напряжения вызывает повышение тока. При этом увеличивается плотность тока катода и яркость свечения. Характерно то, что при уменьшении напряжения кривая пойдет выше, чем при увеличении. Разряд прекращается при более низком напряжении, нежели возникает (U_П<U_В). В момент прекращения разряда ток скачком уменьшается до нуля, а напряжение скачком повышается, поскольку падение напряжения на резисторе R_огр скачком уменьшается до нуля и подводимое к цепи напряжение перераспределяется. Экспериментально напряжение U_П измеряют как наиболее низкое напряжение при наличии тока и свечения в лампе (перед прекращением разряда).

Разница между напряжениями U_П и U_В характерна для всех газоразрядных приборов, в частности для стабилитронов. У неоновых ламп напряжение U_П на несколько единиц или десятков вольт ниже, чем напряжение U_B. Это объясняется тем, что перед возникновением разряда газ неионизирован. А перед прекращением разряда газ ионизирован, и разряд существует при более низком напряжении.

Неоновая лампа применяется в качестве индикатора постоянного и переменного напряжения. При переменном напряжении разряд возникает в момент, когда мгновенное значение напряжения становится равным напряжению U_B.

Промышленность выпускает много различных неоновых ламп. Напряжение U_B у них может быть 50 — 200 В, а иногда и выше. Рабочий ток при нормальном свечении — от десятых долей миллиампера до десятков миллиампер.

Рис. 21.16. Включение управляемой индикаторной лампы

Рис. 21.17. Варианты устройства (а, б) и условное графическое обозначение(в) знакового индикатора тлеющего разряда

Рис. 21.18. Знаковый накальный вакуумный индикатор

Значительный интерес представляет управляемая трехэлектродная индикаторная лампа, имеющая анод и два катода: индикаторный и вспомогательный, расположенные внутри анода. Через купол баллона можно видеть свечение газа только около индикаторного катода. Индикаторный катод ИК подключен к минусу источника через резистор R, а вспомогательный катод ВК непосредственно (рис. 21.16). Когда на лампу подано только напряжение от анодного источника, работает вспомогательный катод. Так как он заслонен анодом, то свечения газа не видно. Пусть теперь на резистор в цепи индикаторного свечения катода подано дополнительное управляющее напряжение в несколько единиц вольт с такой полярностью, чтобы оно суммировалось с напряжением анодного источника. Тогда напряжение между анодом и индикаторным катодом возрастает, разряд перебрасывается на этот катод и лампа дает видимое свечение. Если же дополнительное напряжение, подаваемое на резистор, снять, то разряд снова будет только между анодом и вспомогательным катодом. Свечение газа у индикаторного катода прекращается.

Знаковые индикаторы тлеющего разряда широко распространены. Принцип устройства их показан на рис. 21.17. В баллоне с неоном находятся катоды, выгнутые из проволоки в виде цифр или других знаков и расположенные один за другим. На рис. 21.17, а приведены для упрощения лишь первые два катода в виде цифр 1 и 2. В цифровых индикаторах имеется 10 катодов в виде цифр от 0 до 9. Анод обычно сделан из проволочной сетки. При подаче напряжения между анодом и одним из катодов возникает свечение газа (около катода), т. е. виден светящийся знак. Толщина светящейся линии примерно 1 — 2 мм. Выпускаются подобные индикаторы с так называемыми сегментными катодами, синтезирующими изображение (рис. 21.17,6). Включение этих катодов в той или иной комбинации дает светящееся изображение цифры или какого-то другого знака. В настоящее время выпускается много типов подобных индикаторов на различные знаки.

Знаковые накалъные вакуумные индикаторы дают синтезированное изображение в виде цифр или букв, составленное из накаленных проволочек (рис. 21.18). В баллоне с вакуумом на теплостойкой изоляционной плате расположены вольфрамовые проволочки (нити накала). Один вывод у них делается общий. Подключение к источнику накала той или иной комбинации проволочек дает светящееся изображение цифры или буквы. Свечение желтого цвета соответствует рабочей температуре примерно 1200° С. Долговечность составляет десятки тысяч часов.

Вакуумные люминесцентные индикаторы представляют собой многоанодные триоды, имеющие оксидный катод прямого накала, сетку и аноды-сегменты, покрытые люминофором. Возможное расположение анодов для получения синтезированных знаков показано на рис. 21.19. Включение нескольких анодов в определенной комбинации дает светящийся знак большей частью зеленого цвета.

Рис. 21.19. Вакуумный люминесцентный индикатор и его условное графическое обозначение

Электролюминесцентные индикаторы (ЭЛИ) предназначены для отображения различной информации в системах управления и контроля. В них используется явление электролюминесценции, состоящее в том, что некоторые вещества способны излучать свет под действием электрического поля. По устройству ЭЛИ представляет собой плоский конденсатор (рис. 21.20). На металлический электрод 4 нанесен слой диэлектрика 3 — органической смолы с люминесцирующим порошкам, основу которого обычно составляет сульфид или селенид цинка. Добавление к люминофору активаторов позволяет получать различный цвет свечения: зеленый, голубой, желтый, красный, белый. Сверху люминесцирующий слой покрыт электропроводящей прозрачной пленкой 2. Для предохранения от внешних воздействий служит стеклянная пластинка 1. Если к электродам 4 и 2 приложить переменное напряжение, то под действием электрического поля в слое 3 возникает свечение.

Прозрачный электрод 2 обычно сделан из оксида олова и является сплошным, а электрод 4 имеет форму цифр, или букв, или сегментов для получения синтезированных знаков или геометрических фигур. Электрод 4 может быть растровым, состоящим из ряда полос, или матричным — с большим числом точечных элементов. Индикаторы эти бывают различных типов и размеров, дают светящееся изображение на темном фоне или темное изображение на светящемся фоне, могут быть одноцветными или многоцветными.

Рис. 21.20. Принцип устройства ЭЛИ

Наиболее распространены буквенноцифровые сегментные индикаторы. Для изображения цифр они имеют от 7 до 9 сегментов, а индикаторы с 19 сегментами позволяют высвечивать все цифры и буквы русского и латинского алфавита. Обычно ЭЛИ оформляются в пластмассовых корпусах. Для питания их применяется переменное синусоидальное напряжение 220 В частотой от 400 до 1200 Гц. Линейные размеры высвечиваемых знаков могут быть от единиц до десятков миллиметров, и в зависимости от этого потребляется ток от десятых долей миллиампера до десятков миллиампер. Срок службы ЭЛИ составляет несколько тысяч часов. Рабочая температура окружающей среды допускается обычно от -40 до +50°С Несомненное достоинство ЭЛИ — малое потребление мощности при относительно высокой яркости изображения, плоская конструкция, высокая механическая прочность, большой срок службы. Недостаток, как и у многих других индикаторов, - необходимость применения довольно сложных систем управления.

Рис. 21.21. Принцип устройства и работы ЖКИ

Жидко-кристаллические индикаторы (ЖКИ) основаны на использовании так называемых жидких кристаллов (ЖК), открытых еще в прошлом веке и представляющих собой некоторые органические жидкости с упорядоченным расположением молекул, характерным для кристаллов. В настоящее время известно большое число жидко-кристаллических веществ и они изучены достаточно хорошо. Жидкие кристаллы прозрачны для световых лучей, но под действием электрического поля напряженностью 2 — 5 кВ/см структура их нарушается, молекулы располагаются беспорядочно и жидкость становится непрозрачной. Эти индикаторы могут иметь различные конструкции и работать либо в проходящем свете, созданном каким-либо специальным источником, либо в свете любого источника (искусственного или естественного), отражающемся в индикаторе. Рассмотрим этот последний, наиболее распространенный тип ЖКИ (рис. 21.21). Индикаторы такого типа применяются в наручных электронных часах, микрокалькуляторах и других устройствах. Между двумя стеклянными пластинками 1 и 3, склеенными с помощью полимерной смолы 2, находится слой жидкого кристалла 4 толщиной 10 — 20 мкм. Пластинка 3 покрыта сплошным проводящим слоем (электрод 5) с зеркальной поверхностью. На пластинку 1 нанесены прозрачные слои — электроды А, Б, В,.... от которых сделаны выводы, не показанные на рисунке. Эти электроды имеют форму цифр, или букв, или сегментов для синтезирования различных знаков. Если на знаковые электроды напряжение не подано, то ЖК прозрачен, световые лучи внешнего естественного освещения проходят через него, отражаются от электрода 5, выходят обратно и никаких знаков не видно. Но если на какой-то электрод, например А, подано напряжение, то ЖК под этим электродом становится непрозрачным, лучи света не проходят через эту часть жидкости (6), и тогда на светлом фоне виден темный знак.

Жидко-кристаллические индикаторы весьма экономичны. Ток, потребляемый для воспроизведения одного знака, не превышает 1 мкА. Долговечность ЖКИ составляет десятки тысяч часов. Недостаток этих индикаторов — низкое быстродействие. Время появления или исчезновения знака, т. е. время перехода молекул ЖК из упорядоченного расположения в беспорядочное или обратно, доходит до 200 мс. Для управления ЖКИ применяются довольно сложные устройства, обычно на основе интегральных микросхем.

Помимо рассмотренных индикаторных приборов простейшего типа разработаны и выпускаются еще и другие, более сложные.

Информация

Продолжение