Газоразрядные индикаторы

ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ, газоразрядные приборы, предназначенные для визуального воспроизведения информации. В газоразрядных индикаторах используется, как правило, излучение катодной области или положительного столба тлеющего разряда, в связи с чем эти индикаторы называются также индикаторами тлеющего разряда. Действие газоразрядных индикаторов основано на возникновении оптического излучения (свечения) при прохождении электрических разрядов в газах. Свечение разряда связано либо с возбуждением атомов ударами электронов и последующим возвратом атомов в невозбуждённое состояние с выделением энергии в виде квантов света, либо с рекомбинацией положительных ионов с электронами в объёме или на стенках прибора, также сопровождающейся выделением избыточной энергии в виде оптического излучения. Использование тлеющего разряда позволяет создавать газоразрядные индикаторы с холодным, ненакаливаемым катодом, получать равномерно светящиеся поверхности требуемой формы, работать при малых удельных мощностях (порядка 10^-2 Вт/см²). Газоразрядные  индикаторы наполняются чаще всего смесью инертных газов на основе Ne (излучение ярко-оранжевого цвета с высокой яркостью). В газовую смесь в качестве добавок также входят Ar, Kr, Хе и др. (для понижения напряжений зажигания, изменения спектрального состава излучения и др.). Катоды газоразрядных индикаторов выполняют либо из чистого металла (например, Mo), либо делают активированными (с содержанием щелочных или щёлочноземельных металлов), применяются также автоэлектронные катоды.

Использование электрического разряда определяет такие особенности газоразрядных индикаторов, как возможность адресации (избирательного включения и выключения) газоразрядных ячеек - элементов отображения - по индикаторному полю (части лицевой поверхности индикатора, выделенной для визуального воспроизведения информации), запоминания информации, а также модуляции яркости оптического излучения, необходимой для воспроизведения полутонового изображения. Для адресации элементов отображения в газоразрядных индикаторах обычно используют два метода. В методе совпадений локализация и возникновение разряда происходят только при одновременном приложении электрических сигналов к соответствующим (двум или более) электродам газоразрядной ячейки. В методе зарядовой связи возникновение разряда в одном промежутке стимулируется разрядом в другом промежутке. Сочетание зарядовой связи с подачей на электроды многофазных управляющих напряжений позволяет получить направленный перенос разряда (самосканирование).

По конструктивно-функциональным признакам выделяют несколько основных типов газоразрядных индикаторов. В сигнальных индикаторах при поступлении индицируемого сигнала возникает свечение разряда (в отсутствие сигнала свечения нет). К сигнальным газоразрядным индикаторам относятся главным образом неоновые лампы, применяемые, например, для индикации напряжения или электрического поля. Знаковые индикаторы предназначены для воспроизведения изображений цифр, букв и других символов при ограниченном числе знакомест (несколько десятков). В зависимости от способа формирования изображения такие газоразрядные индикаторы делятся на индикаторы с целостным представлением информации (так называемые фигурные, или пакетные), в которых катоды имеют форму отображаемого символа, и индикаторы с синтезируемым изображением, катоды которых состоят из отдельных элементов, имеющих форму сегментов, полосок и др. Шкальные индикаторы (дискретные или аналоговые) обеспечивают отсчёт измеряемой величины по положению светящейся области относительно начала шкалы (индикаторы с движущейся точкой) либо по длине светящегося столбика (полосковые индикаторы); применяются в устройствах автоматики для индикации и сигнализации, а также в измерительной аппаратуре систем контроля и управления в промышленности, на транспорте, в медицине и других областях.

Особый вид газоразрядных индикаторов составляют индикаторные тиратроны (ИТ) тлеющего разряда - многоэлектродные приборы, содержащие одну или несколько сеток, позволяющих управлять возникновением разряда при низких (5-10 В) напряжениях. На основе ИТ созданы матричные индикаторы, предназначенные главным образом для отображения буквенно-цифровой информации. ИТ работают в режимах с запоминанием и без запоминания информации; для адресации используется как метод совпадений, так и метод зарядовой связи. Яркость таких газоразрядных индикаторов достигает 150 кд/м² и более. ИТ в основном применяются в качестве составных элементов индикаторных экранов коллективного пользования.

Наиболее быстро развивающийся класс газоразрядных индикаторных устройств - газоразрядные индикаторные панели (ГИП), содержащие большое число светоизлучающих элементов отображения (газоразрядных ячеек) в виде матрицы из рядов и столбцов, объединённых в одном корпусе. В отличие от обычных газоразрядных индикаторов, ГИП предназначены для решения сложных информационных задач: отображения больших массивов знаковой информации, информации, представленной в графической форме, изображений с градациями яркости, цветных изображений и т.п. В большинстве ГИП светоизлучающие элементы образуются в местах пересечения взаимно перпендикулярных систем электродов - анодов и катодов, т. е. строк и столбцов соответственно (число ячеек равно произведению числа анодов на число катодов). При подаче на электроды напряжения, достаточного для возникновения газового разряда, в соответствующих элементах возникает свечение. Выбор определённого сочетания светящихся точек и модуляция их яркости позволяют получать достаточно сложные изображения. Наиболее распространены ГИП следующих типов.

ГИП переменного тока (рис.) состоит из двух стеклянных пластин, разделённых зазором, для фиксации которых используются тонкие диэлектрические прокладки. На пластинах с внутренней стороны расположены системы взаимно перпендикулярных металлических электродов, покрытых изолирующим тонким слоем диэлектрика. На слой диэлектрика наносятся эмитирующее и защитное покрытия, характеризуемые высоким значением коэффициента вторичной эмиссии, возникающей под действием ударов положительных ионов. Зазор между пластинами заполняется газом (обычно смесью на основе Ne) под давлением, близким к атмосферному. Такие панели обладают способностью запоминать информацию, что позволяет создать на их основе экран практически неограниченной информационной ёмкости. Используются три режима работы - записи, стирания и хранения информации. Между системами вертикальных и горизонтальных электродов постоянно прикладывается знакопеременное поддерживающее напряжение, амплитуда которого недостаточна для возникновения разряда, но обеспечивает его поддержание. Для записи или стирания информации на электроды ячейки подаются кратковременные импульсы напряжения. Скорость ввода информации 20 мкс на строку. Разработаны ГИП переменного тока с числом элементов 512 х 512; они широко применяются для отображения знаковой и знакографической информации в автоматизированных системах управления и дисплеях.

Широко используются ГИП с плазменно-электронным возбуждением люминофора (так называемые плазменные электронные матричные индикаторы, или плазменные панели), представляющие собой плоскую прямоугольную коробку, внутри которой на одной (обращённой к наблюдателю) стенке расположен люминесцентный экран, а на противоположной - металлический холодный катод; прибор разделён на две части электродной системой адресации, содержащей строки и столбцы. В катодной части прибора (имеющей, по крайней мере, на порядок большую толщину) возможно возбуждение газового разряда и создание плазменного катода, в другой (экранной) части - только ускорение электронов в квазивакуумных условиях. Если к каким-либо электродам строк и столбцов приложен положительный потенциал (50-100 В), то электроны из плазмы разряда проходят в отверстия на пересечении этих электродов, ускоряются и возбуждают люминофор (ускоряющие напряжения около 4 кВ). Использование электронного возбуждения позволяет значительно повысить световую эффективность таких приборов по сравнению с ГИП других типов. Плазменные ГИП предназначены для отображения буквенно-цифровой и полутоновой информации, а также для воспроизведения телевизионных изображений.

Лит.: Яблонский Ф. М. Газоразрядные приборы для отображения информации. М., 1979; Якимов О. П. Газоразрядные матричные индикаторные панели. М., 1980; Яблонский Ф. М., Троицкий Ю.В. Средства отображения информации. М., 1985.