1.2. Газоразрядные индикаторы

Газоразрядный индикатор представляет собой прибор, в кото­ром используется свечение в газовом разряде. Если на внутренние поверхности двух стеклян­ных пластин нанести плоские электроды и пространство между ними заполнить инертным газом, например неоном под давле­нием порядка 0,1—1 мм рт. ст., полученную таким образом конструкцию загерметизировать по периметру и приложить на­пряжение, то возникнет свечение. Области свечения, начиная от катода, носят названия: отрицательное свечение, положи­тельный столб, катодное свечение. Положительный столб на­ходится в состоянии плазмы, образуя ионизированный газ, в котором положительные и отрицательные ионы компенсируют друг друга, так что полное поле внутри плазмы равняется ну­лю. В ряде случаев с помощью положительного столба воз­буждают люминофор, нанесенный на внутренние стороны стеклянных пластин для цветовой индикации. Однако в боль­шинстве случаев источником света для индикации служит от­рицательное свечение.

Вольт-амперная характеристика га­зового разряда нелинейна. Когда приложенное напряжение превышает напряжение возникновения разряда, образуется разряд и в окрестности катода появляется яркое отрицатель­ное свечение. Если приложенное напряжение сделать ниже минимального напряжения поддержания разряда, то разряд прекращается.

Газоразрядное индикаторное устройство, выполненное в ви­де плоской конструкции, носит название индикаторной панели. Панель изготавливается в виде плоских стеклянных пластин, размер которых по диагонали может достигать 1 м. На прак­тике используют индикаторные панели с 1212 ячейками по вертикали и 1596 ячейками по горизонтали при плотности 2 ячейки на 1 мм. Небольшая панель содержит 1024-512 ячеек плотностью 5 ячеек на 1 мм.

Время запаздывания возникновения газового разряда в га­зоразрядном индикаторе небольшое, однако прикладываемое напряжение лежит в пределах 100—200 В, и поэтому требуется высоковольтная управляющая схема.

Газоразрядный индикатор постоянного тока

На рис.12 показана конструкция газоразрядной индикатор­ной панели постоянного тока. В этой конструкции в качестве анодов и катодов разрядных ячеек используются проволочные электроды в точках пересечения которых происходит индика­ция элементов изображения. В результате ионного распыления загрязняется катод, поэтому индикацию осуществляют со сто­роны анода. Для ограничения разрядного тока последователь­но со схемой управления включают балластное сопротивление.

Рис.12. Газоразрядная индикаторная панель постоянного тока

Рис.13. Работа газоразрядного индикатора

Одновременно с напряжением смещения V_В к горизонталь­ным и вертикальным проволочным электродам прикладывают соответственно импульсные напряжения +Vp и —Vp. Значение Vp выбирается в зависимости от соотношения между напряжением возникновения разряда V₁ [ (напряжение зажигания) и минимальным напряжением поддержания разряда v_E таким образом, чтобы разряд в ячейке возникал только при подаче импульсного напряжения Vp одновременно на оба электрода, т. е. свечение будет иметь место только в той разрядной ячей­ке, которая находится в выбранной точке и нигде больше (рис.13,а).

Время запаздывания возникновения разряда индикаторной панели постоянного тока составляет более 100 мкс. При нали­чии предионизации в окрестности катода возникает разряд и происходит диффузия заряженных частиц, время запаздыва­ния возникновения разряда снижается до 5 мкс.

Яркость свечения почти пропорциональна разрядному току, поэтому, изменяя величину тока, можно регулировать яркость свечения.

На рис.13, б показана работа газоразрядного индикатора постоянного тока с внутренней памятью. Если к выбранной точке пересечения горизонтальных и вертикальных электродов приложить напряжения записи +V_PW и —Vpw, то полученное на­пряжение будет превышать напряжение возникновения разря­да, что приведет к возникновению разряда (запись). Посколь­ку величина напряжения смещения устанавливается между значениями напряжения зажигания V₁ и минимальным напряже­нием поддержания разряда v_E, то разряд будет поддерживать­ся (запоминание) только в выбранной точке и нигде больше. Для гашения разряда (стирание) прикладывают импульсные напряжения +V_PE и —v_PE противоположной полярности, пони­жая приложенное напряжение до уровня ниже минимального напряжения поддержания разряда.

Газоразрядный индикатор переменного тока

На рис.14 показана конструкция газоразрядного индикатора переменного тока, предложенная сотрудником Иллинойского университета в 1966 г. Его иногда называют иллинойским газоразрядным индикатором. Две системы металлических электродов нанесены на внут­реннюю поверхность стеклянных пластин перпендикулярно друг другу. Между электродами с помощью прокладок созда­ется зазор, заполненный инертным газом или смесью инертных газов. Поверхность электродов покрыта тонким слоем диэлект­рика, на который затем нанесено защитное покрытие из окиси магния, обладающее высоким значением коэффициента вто­ричной эмиссии при бомбардировке положительными ионами.

а б

Рис.14. а – конструкция газоразрядного индикатора переменного тока,

б – поперечный разрез разрядной ячейки

Слоистое покрытие образует конденсаторную структуру, спо­собную сохранять электрический заряд. Первоначально на электроды подается переменное напряжение V_A , амплитуда которого недостаточна для возникновения разряда, но обеспе­чивает поддержание существующего разряда. В определенные интервалы времени на выбранную пару вертикальных и гори­зонтальных электродов подаются импульсы записи, амплитуда которых достаточна для возникновения разряда в промежутке, образованном в перекрещивании данной пары электродов. Под действием ионной бомбардировки, вызванной протеканием раз­рядного тока, поверхность диэлектрического покрытия заряжа­ется, причем разность потенциалов V_W имеет полярность, про­тивоположную первоначальному напряжению возникновения разряда. При этом суммарное напряжение на разрядном про­межутке падает и разряд прекращается. Напряжение V_W неко­торое время сохраняется на конденсаторной структуре. В следующий момент приходит очередной импульс V_A противопо­ложного знака, теперь напряжения V_A и V_W складываются и превышают требуемое напряжение возникновения разряда V_i в данной ячейке. Вновь появляется импульсный ток разряда, происходит перезарядка конденсаторной структуры и процесс по­вторяется при иной полярности напряжений. Таким образом, однажды возникший разряд и его свечение сохраняются (запо­минаются) элементарной ячейкой благодаря наличию заряда на диэлектрических слоях. Для прекращения разряда требуется подать на ячейку стирающий импульс, полярность которого противоположна V_W в определенный момент времени. Конден­саторная ячейка частично разряжается, напряжение уменьша­ется до такого уровня V_W, которого недостаточно для повтор­ного возникновения разряда при приходе очередного импульса и разряд прекращается. Возможен и иной способ — отключе­ния поддерживающего напряжения на такое время, пока сте­чет заряд, накопленный на диэлектрических слоях ячейки.

Электроды индикатора обычно изготавливаются из металлических про­водников, причем предпринимаются различные способы, чтобы сделать их прозрачными для света с целью осуществления ин­дикации с высокой яркостью свечения.