Электровакуумные и электролюминесцентные индикаторы

К электровакуумным относятся электронно-лучевые приборы (ЭЛП), вакуумные накаливаемые и вакуумные люминесцентные индикаторы.

Электронно-лучевые индикаторы (ЭЛП).Основными достоинствами ЭЛП как индикаторов являются следующие: высокая светоотдача, хорошая передача цвета и полутонов, простота управления (адресации), широкая полоса пропускания, высокое быстродействие, хорошие разрешающая способность и контраст, стабиль­ность изображения и т.д. Помимо черно-белых разработаны и ис­пользуются ЭЛП с полицветной индикацией. Возможность реализации полицветных устройств является несомненным достоинством ЭЛП.

В качестве полицветных индикаторов могут использоваться обыч­ные цветные кинескопы. Однако цветные кинескопы с тремя прожек­торами сложны в изготовлении и настройке. Этих недостатков в зна­чительной мере лишен ЭЛП типа тринитрона, в котором реализован способ получения трех лучей с помощью одного прожектора. Три электронных потока, испускаемых тремя катодами, фокусируются пер­вой общей линзой таким образом, что они пересекаются в одной точке (первое скрещение). Боковые лучи после точки пересечения смещаются отклоняющей системой так, что все три луча без дальнейшей фокуси­ровки сходятся на люминофорном экране. Таким образом, первая большая линза осуществляет фокусировку лучей, а отклоняющее уст­ройство-сведение лучей. В тринитроне можно получить цветное изо­бражение примерно в 1,5 раза ярче, чем в обычном цветном кинескопе. Анодное напряжение при этом составляет 25-27 кВ, фокусирующее напряжение 5-6 кВ, ток луча 0,5 мА.

В настоящее время продолжаются работы по созданию плоских и совершенствованию проекционных ЭЛП. Основные параметрынекоторых индикаторов будут приведены в конце лекции.

Вакуумные накаливаемые индикаторы.В вакуумных накаливаемых индикаторах (ВНИ) происходит нагрев те­ла до температуры (2-3) 10³К электрическим током, что вызывает яркое свечение. Нагреваемое твердое тело раз­личной формы выполняется либо из вольфрама, рения, гафния (в виде нитей накала), либо на полупроводнико­вой основе (SiC).

Для обеспечения большей долговечности ВНИ эксплуатируются при пониженном напряжении накала, обес­печивая яркость до 5000-6000 кд/м². Такая яркость позволяет использовать ВНИ при высоком уровне окружающей освещенности.Параметрами ВНИявляются: номинальные напряжения составляют 2-5 В, время реакции 10^-4-10^–2с, потребляемый ток 12-15 мА/сегмент (для сегментных ВНИ), потребляе­мая мощность не превышает 50-60 мВт/сегмент, угол об­зора более 90°, средний срок службы около 10⁵ч. Промышленностью выпускаются в основном два типа ВНИ: собственно лампы накаливания и сегментные вакуумные накаливаемые индикаторы. Сегментные ВНИ имеют от че­тырех до десяти сегментов, что позволяет отображать цифры от 0 до 9, буквы русского и некоторые буквы латинского алфавитов.

Вакуумные люминесцентные индикаторы.В отличие от ЭЛП в вакуумных люминесцентных индикаторах (ВЛИ) используют низковольтную катодолюминесценцию, вызы­ваемую электронным потоком. Низковольтная катодолюминесценция возникает в люминофорах на проводящей основе, смешанных люминофорах и некоторых других. Для излучения различного цвета используютопределенные составы люминофоров.

К

Рис.2

онструктивно ВЛИ выполняются в виде цилиндрических и плоских баллонов. Цилиндрические ВЛИ бывают одно- и многоразрядными, а плоские - только многоразрядными. Выпускаются также матричные, сегментные, аналоговые и другие типы вакуумных люминесцентных индикаторов. Большинство индикато­ров выполняется вместе со схемой управления и питания. На основе матричных вакуумных люминесцентных индикаторах разработаны ин­дикаторные модули. Основой вакуумных люминесцентных индикаторов является стеклянная либо керамическая плата 1 (Рис.2), в сегментных углуб­лениях которой выполняются проводящие слои 3 с выво­дами 2 от каждого сегмента. Поверх проводящих слоев наносится люминофор 4. Плата с проводящими покрытия­ми выполняет роль анода. Над платой устанавливается металлический экранирующий электрод с отверстиями 5, расположенными против соответствующих сегментов. На некотором расстоянии от экранирующего электрода мон­тируется сетка 6, а потом прямонакальный оксидный катод 7. Стеклянный баллон внутри покрыт проводящим слоем; отрицательным по отношению к катоду напряжением на сетке можно полностью запирать электронный поток и прекращать свечение люминофора. С помощью матрич­ных вакуумных люминесцентных индикаторов можно получать телевизионное изображение удовлетворительного качества.

Кроме основных параметров (U_накала,U_сетки,I_сетки, яркость свечения) для различных типов ВЛИ существует определенныенаборы параметров.

Электролюминесцентные индикаторы.В этих приборах используется предпробойная электролюминесценция, которая возникает на границах зерен микроучастков по­рошковых и пленочных электролюминофоров при напря­женностях электрических полей, близких или равных пробивным. В общем случае механизм свече­ния пленочных и порошковых электролюминесцентных слоев обусловлен рекомбинацией носителей заряда, инжек­тированных кристаллом люминофора и электродами или образованных в результате туннельного эффекта и удар­ной ионизации.

В

Рис.3

настоящее время получили практическое распростра­нение следующие виды электролюминесцентных активных индикаторов: порошковые (Рис.3.а) и пленочные (Рис.3.б). Последние имеют диэлектрические слои между электродами и люминофором .

Порошковые и пленочные индикаторы получают напы­лением прозрачного электрода 2 на стеклянную подложку (пластину) 1 с последующим нанесением изоляционных слоев 3 и 5, люминофора 4 и непрозрачного электрода 6. В качестве излучающего слоя в порошковых индикато­рах используются смеси диэлектрической связки либо с порошковым люминофором ZnS при наличии примеси свинца, марганца, свинца с медью, либо с ZnSe, ZnSiO₄. Поскольку пробивная на­пряженность диэлектрика превышает пробивную напряженность люминофора, то при увеличении приложенного напряжения ZnS пробивается раньше и "горячие" электроны возбуждают ионы примеси. В пленочных индикаторах люминофором служит пленка ZnS:ТbР₃ толщиной около 0,2 мкм. Этот люминофор дает зеленый свет свечения. Свечение красного цвета можно получить посредством введения фторида самария (SmF₃), синего цвета фторида тербия (ТbF₃). В порошковых и пле­ночных индикаторах происходят во многом аналогичные физические процессы. При приложении постоянного напря­жения к порошковому или пленочному люминофору уро­вень Ферми и границы зон перехода металл - изолятор смещаются таким образом, что начинается туннелирование дырок и электронов в пленку или зерна люминофора. В ре­зультате инжекции происходит возбуждение ионов приме­си Мn, Рb или ТbF₃, SmF₃и возникает излучательная рекомбинация. Рассмотренный механизм реализуется в при­борах, где металлический электрод находится в непосред­ственном контакте с люминофором и при питании индика­тора постоянным током.

Я

Рис.4

ркость индикаторов, работающих на переменном токе, зависит от частоты питающего напряжения (Рис.4.а). С увеличением частоты растет напряженность электрического поля в люминофоре, поскольку уменьшается емкост­ное сопротивление между металлическими электродами и люминофором. Однако во многих материалах увеличение частоты питания больше 10 кГц приводит к значительным диэлектрическим потерям при незначительном увеличении яркости.

Основное преимущество индикаторов переменного тока по сравнению с индикаторами постоянного тока - сущест­венно большая светоотдача. На Рис.4, б приведены ре­зультаты сравнения яркости В(сплошные линии) и свето­вой отдачи (штриховые линии) для различных типов ин­дикаторов.

Кривые 1 дают зависимость В и  от напряжения пита­ния для порошковых индикаторов переменного тока (f=5 кГц); кривые 2-для порошковых индикаторов посто­янного тока; кривые 3-для пленочных индикаторов пе­ременного тока (f=5 кГц).