Материал: laba3_INDIKATOR

Лабораторная работа 3

ИССЛЕДОВАНИУ ЦИФРОВОГО ИНДИКАТОРА ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА И ВАКУУМНОГО ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО И11ДИКАТОРА

1. Цель работы - ознакомление с устройством, принципом действия, параметрами и характеристиками газоразрядного и вакуумного люминесцентного индикатора.

2. Теоретические сведения

Для визуального наблюдения информации в световом гехпикс автоматике измерительной аппаратуре в настоящее время широко используются различные по конструкции, принципу действия, виду питания индикаторные приборы. С некоторыми из них можно познакомиться в предлагаемой лабораторной работе

Для исследования в работе предлагаются два индикатора: газоразрядный ИН-14 и вакуумный типа ИВ-11.

Газоразрядные цифровые индикаторы представляю собой многоэлектродные приборы тлеющего разряда. Они получили широкое распространение на практике благодаря сравнительно высокой экономичности и простоте коммутации.

Устройство цифрового индикатора тлеющего разряда следующее. В стеклянном баллоне, наполненном смесью благородных газов Ne и Не при давлении порядка 45 Тор, находится электродная система, состоящая из десяти катодов и виде арабских цифр от 0 до 9 и одного или двух анодов. Катоды изготовлены из никеля или нихрома, изолированы друг от друга диэлектрическими изоляторами толщиной 1 мм и закреплены на двух стержнях-траверсах. Каждый катод имеет отдельный вывод. Анод выполнен в виде сетки, которая не мешает просмотру цифр. Для улучшения условий индикации и устранения бликов дно и боковые стенки могут быть зачернены или установлены черные экраны.

В двуханодных цифровых индикаторах введена экранная сетка, электрически разделяющая лампу на два отсека. Напряжение экранной сетки порядка 60 В.

Питание цифровых индикаторов тлеющего разряда осуществляется либо от источника постоянного напряжения, либо применяйся импульсное анодное питание, при котором уменьшается среднее значение разрядного тока. Импульсный режим питания позволяет увеличить срок службы индикатора.

Питающее напряжение подается на анод относительно одного из катодов. Если приложенное между анодом и одним из катодов напряжение превышает напряжение зажигания, в баллоне зажигается тлеющий разряд. Вокруг цифры катода возникает видимый ореол тлеющего свечения толщиной примерно 1 мм. Для индикации используется достаточно интенсивное свечение газа в прикатодной области тлеющего разряда. Цвет свечения оранжево-красный.

После зажигания тлеющего разряда рост тока сопровождается снижением напряжения на зажимах индикатора вследствие искажения электрического поля между катодом и анодом пространственным зарядом положительных ионов. Величина перепада напряжения U_азаж и U_гоp для разных цифр-катодов неодинакова. Это объясняется различной их удаленностью от анода, известно, что напряжение зажигания тлеющего разряда сильно зависит от межэлектродного расстояния.

Величина установившегося разрядного тока зависит при выбранном напряжении питания Е_а от внутреннего сопротивления цифрового индикатора и балластного сопротивления R. Величина балластного сопротивления, предназначенного для ограничения разрядного тока, определяется из соотношения

Где - напряжение горения, В;

- рабочий ток индикатора, А.

Анодную характеристику цифрового индикатора можно снять, увеличивая напряжение питания Е_а после зажигания при R=const, либо уменьшая величину балластного сопротивления при Е_а=const. Для вольт-амперной характеристики тлеющего разряда характерно наличие более или менее горизонтального участка, который используется как рабочий. Однако в цифровых индикаторах этот участок характеристики чрезвычайно мал из-за малой поверхности цифр-катодов. Т.е. ток, соответствующий полному покрытию цифры-катода свечением в режиме нормального тлеющего разряда, невелик, поэтому после зажигания цифра-катод покрывается свечением целиком при небольшом токе, и дальнейшее увеличение тока происходит с уже охваченной стечением площади ( в режиме аномального тлеющего разряда). Этим объясняется заметный рост напряжения на зажимах прибора при увеличении тока.

Подключение цифр-катодов к источнику питания в различных устройствах производится с помощью электронных управляющих устройств или контактов реле.

Размещение цифр-катодов друг за другом выбрано таким образом, чтобы не происходило заметного затемнения светящегося катода расположенными выше него электродами.

Выбор рабочего тока, соответствующего началу аномального тлеющего разряда, позволяет повысить яркость свечения и улучшить условия индикации. Увеличение разрядного тока выше некоторого значения нежелательно из-за роста интенсивности катодного распыления. Напыление металла на изоляторы приводит к возрастанию токов утечки и опасности короткого замыкания. Пленка металла на баллоне уменьшает его прозрачность, способствует поглощению газа. При этом происходит ухудшение параметров индикатора, уменьшается срок его службы.

Параметрами цифрового индикатора являются:

• напряжение зажигания U₃; ;

• напряжение горения U_г,

• ток индикации I_инд.;

• высота цифр h;

- наибольший ток индикации I_max;

- наименьший ток индикации I_min.

Индикация светящихся знаков осуществляется через торец (купол) баллона или через боковую стенку.

Вакуумные люминесцентные индикаторы (ВЛИ) -

многоанодные триоды с положительной сеткой. В стеклянном баллоне, откачанном до высокого вакуума, размещена электродная система, состоящая из катода, сетки и анодов-сегментов; катод оксидный, прямого накала. Сетка выполнена в виде параллельно расположенных проволочек или прямоугольной решетки с шагом 0,025-0,5 мм. На нее подается импульсное напряжение положительной полярности амплитудой до 50 В и скважностью 10-12 или постоянное напряжение 10-25 В. Аноды - это покрытые люминофором и расположенные в одной плоскости сегменты, каждый из которых имеет свой электрический вывод.

Принцип работы ВЛИ заключается в следующем. Электроны ускоряются электрическим полем положительно заряженной сетки и бомбардируют покрытые люминофором сегменты анода. Под действием бомбардировки электронами светятся только те сегменты, на которые в рассматриваемый момент времени с помощью электронных управляющих устройств подается положительное напряжение. Конфигурация, расположение и сочетание светящихся сегментов позволяют сформировать изображение цифр, букв, символов. Обычно эти индикаторы имеют для глаза зеленое свечение, хотя возможно получение свечения и других цветов. Успехи низковольтной катодолюминесценции позволяют снизить питающее напряжение (ВЛИ) до 10 В и достигнуть их совместимости с моп-интегральными схемами. (ВЛИ) могут содержать одно или несколько знакомест. Потребляемая мощность не превышает 100mВт/знак, т. е. такая же, как у полупроводниковых индикаторов, быстродействие - 10^-3 с, долговечность-1,5-5 тыс.ч.

Получает все более широкое распространение другая разновидность вакуумных индикаторов - накальные (ИВН), обладающие отличными эксплуатационными характеристиками и высокой яркостью свечения.

Четко определился переход к созданию многоразрядных вакуумных монодисплеев. В перспективе - разработка принципиально новых - пленочных вакуумных индикаторов.

3 Описание лабораторной установки

Включение установки в сеть допускается только после полной готовности студента к проведению эксперимента и изучения назначения всех органов управления установки,

Лабораторная установка представляет собой пластиковую наклонную панель с вмонтированными объектами исследования, измерительными приборами и органами управления. В качестве измерителей напряжений в установке используются катодные вольтметры со стрелочными индикаторами. Поэтому перед измерениями необходим трех пяти минутный прогрев с последующей установкой «нуля» приборов. Поскольку в лабораторной работе приходится исследовать объекты, различные по конструкции и с различными питающими напряжениями, в установке предусмотрен переключатель рода работы.

Переключатель имеет три положения

1) В крайнем левом положении схема приобретает вид (см, рисунок 1)

Здесь:

-R₁ - регулятор анодного напряжения (Е_а);

-R_е- балластное (ограничительное) сопротивление 100 Ом,

-мА - измеритель тока анода (0-5 мА); -

V - измеритель напряжения (0-300 В);

-К - кнопка, позволяющая измерить падение напряжения непосредственно на аноде прибора.

2) В крайнем правом положении принципиальная схема установки приобретает вид (см. рисунок 2).

Здесь:

-R₁ - регулятор анодного напряжения;

-R₂ - регулятор сеточного напряжения;

-mA₁ - измеритель анодного тока (0-5 мА);

-V₁ - измеритель анодного напряжения (0-30 В);

-мА - измеритель сеточного тока (0-25 мА);

-V₂ - измеритель сеточного напряжения (0-30 В).

3) Среднее положение переключателя рода работы – нейтральное. В этом положении переключатель должен стоять в перерывах между экспериментами и при установке нуля вольтметров.

Исследуемые индикаторы помещены в нишах, а выводы от анодов-сегментов (ИВ) и катодов (ИН) выполнены гибкими проводниками с наконечниками. Для высвечивания того или иного знака на (ИВ) необходимо выводы соответствующих анодов-сегментов вставить в гнезда «+». А в случае исследования газового индикатора (ИН) достаточно один из катодов соединить с гнездом «-». Паспортные данные индикаторных приборов

приведены в приложении А.

Выполнение работы.

4.1 Паспортные данные индикаторных приборов

ИН-14

Напряжение зажигания максимальное 170 В

Ток анода минимальный 2,5 мА

Ток анода максимальный 3,5 мА

Форма и высота светящихся катодов цифры 0-9

две точки

высота 18 мм

4.2 Измерим напряжение зажигания разряда и ток индикации для четырех-пяти катодов.

4.3 Снимем вольт-амперные характеристика для двух-трех катодов

6 Катод

7 Катод

8 Катод

4.4 Усановим зависимость излучаемого светового потока катодов от анодного тока

5.1 Паспортные данные вакуумного индикатора ИВ-11

ИВ-11

Размер знака, мм 14,6x21

Число сегментов 8

Напряжение накала, В 1,25-1,65 Напряжения сетки:

постоянное, В 25-30

импульсное, В 50-70 Напряжения анодов-сегментов. В:

постоянное 25-30

импульсное 50-70

Ток накала, мА 90-100

Ток сетки постоянный, мА 11

импульсный не более мА 45

Ток анода-сегмента, мА:

постоянный не более 0,9

импульсный 1,8

Ток сегментов суммарный, постоянный, мА 3,5-5

Минимальная наработка, тыс. ч 5

5.2 Снимем семейство статических анодных характеристик вакуумного индикатора для одной произвольно выбранной конфигурации анодов сегментов (2, 5, 6, 8) при фиксированных напряжениях на сетке.

5.3 Снимем семейство сеточных характеристик ВИ для выбраной конфигурации анодов-сегментов при фиксированных значениях анодного напряжения.