Способ управления вакуумными люминесцентными индикаторами и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к индикаторной технике и может быть использовано при применении вакуумных люминесцентных индикаторов (ВЛИ) с прямонакальным катодом. Технический результат изобретения заключается в повышении комфортности считывания информации с ВЛИ путем уменьшения неравномерности свечения люминофора анодов по длине катодов. Сущность изобретения: в способе управления вакуумными люминесцентными индикаторами, включающем подачу напряжений на управляющие электроды: сетки и покрытые люминофором аноды, накальное напряжение подают на катод импульсами от источника питания постоянного тока во временные промежутки прекращения тока анодов, а отображение информации осуществляют во время между накальными импульсами, при этом оба катодных вывода имеют близкие или равные потенциалы. В устройстве управления вакуумными люминесцентными индикаторами, содержащем коммутаторы напряжений управляющих электродов, управляющие выводы которых соединены с блоком управляющих сигналов, а питающие выводы - с источниками питания постоянного тока положительной и отрицательной полярности, имеющими общую точку, катоды индикаторов соединены в последовательную цепь, при этом в устройство введен накальный ключ, управляющий вывод которого соединен с блоком управляющих сигналов, первый вывод накального ключа соединен с первым катодным выводом первого индикатора, а второй вывод накального ключа - с положительным источником питания постоянного тока, второй вывод последнего индикатора соединен с общей точкой источников питания. 2 c. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к индикаторной технике и может быть использовано при применении вакуумных люминесцетных индикаторов (ВЛИ) с прямонакальным катодом.

В индикаторной технике известны способы и устройства управления вакуумными люминесцетными индикаторами, при которых напряжение накала катодов подается от вторичной обмотки трансформатора (Горфинкель Б.И. и др. Низковольтные катодолюминесцетные индикаторы. М.: Радио и связь, 1983, с. 64). Средняя точка этой обмотки соединяется с отрицательными зажимами источника питания постоянного тока, питающими аноды и сетки и положительным зажимом источника питания постоянного тока для подачи на аноды и сетки запирающего напряжения.

Однако по указанному техническому решению нельзя достичь высокой равномерности свечения люминофора анодов во времени и по длине катода, особенно в индикаторах, установленных в объектах, подвергающихся вибрации, или в индикаторах, имеющих напряжения накала, соизмеримые с напряжениями питания анодов и сеток.

Известны технические решения для импульсного разогрева тел накала, находящихся в вакууме (Богуславский Р.Е., Севериновский Н.С. О динамической модели миниатюрных ламп накаливания для оптоэлектронных приборов. Полупроводниковая техника и микроэлектроника. 1981, вып. 33, с.79-86).

Однако в указанном техническом решении не используется возможное сохранение эмиссионной способности тела накала как источника электронов в вакуумном люминесцетном индикаторе для поддержания практически одинакового электрического режима электродов индикатора при формировании изображения.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому решению - прототипом является способ управления ВЛИ и устройство для его осуществления: вакуумный флуоресцентный дисплей стабильной яркости (патент США N 4859912, кл. G 09 G 3/10, публ. 29.08.89). Схема регулировки яркости для вакуумного флуоресцентного дисплея, имеющего анод, сетку и накальный электрод, содержит блок для подачи переменного тока на накальный электрод, в результате чего напряжение катод-анод и яркость излучаемого света изменяются во времени и по площади дисплея, схему для апериодической подачи управляющих импульсов, разрушающих свечение дисплея, широтноимпульсный модулятор для управления скважностью управляющих импульсов и регулирования тем самым яркости дисплея и блок координации работы схемы разрешения свечения с величиной тока накала для запуска управляющих импульсов или групп управляющих импульсов на участках противоположной фазы тока накала с достаточно высокой частотой, чтобы получить равномерную яркость дисплея.

Способ управления ВЛИ по патенту США N 4859912 заключается в том, что питание накала катода от вторичной обмотки со средней точкой трансформатора синхронизируется с подачей анодных и сеточных управляющих сигналов. При этом в каждом элементарном временном промежутке, из суммы которых формируется изображение на индикаторе, имеется одинаковое количество периодов переменного накального напряжения.

Однако существенным недостатком данного технического решения является то, что протекающий ток накала вызывает неодинаковые по длине катода падения напряжений на различных участках катода относительно средней точки вторичной обмотки питающего трансформатора, к которой подсоединены источники анодного и сеточного питания.

Например, если суммарный ток анодов и сеток в каждый момент времени много меньше тока накала, то при прямоугольных импульсах накала амплитудной U_и, отмеренная от средней точки, разность потенциалов между точкам катода и сеткой U_g,x будет где E_g - напряжение источника питания сеток; L - длина катода; x - расстояния точек катода, отмеренные от места его крепления.

Очевидно, что указанная неодинаковость напряжений точки катода - сетки и, аналогично, точки катода-аноды приводит к неравномерности свечения люминоформа анодов индикатора, которая увеличивается при сближении значений напряжений питания сеток, анодов с напряжением накала.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение заключается в повышении комфортности считывания информации с вакуумных люминесцентных индикаторов путем уменьшения неравномерности свечения люминофора анодов по длине катодов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе управления вакуумными люминесцентными индикаторами, включающем подачу напряжений на управляющие электроды: сетки и покрытые люминофором аноды, накальное напряжение подают на катод импульсами от источника питания постоянного тока во временные промежутки прекращения тока анода, амплитуда накальных импульсов U_н.и., их длительность τ_и и время между накальными импульсами τ_от связаны соотношениями τ_от< 2 мс, где U_эф - эффективное значение напряжения накала, а отображение информации осуществляют во время между накальными импульсами τ_от , при этом оба катодных вывоза имеют близкие или равные потенциалы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве управления вакуумными люминесцетными индикаторами, содержащем коммутаторы напряжений управляющих электродов, управляющие выводы коммутаторов соединены с блоком управляющих сигналов, а питающие выводы - с источниками питания постоянного тока положительной и отрицательной полярности, имеющими общую точку, катоды индикаторов соединены в последовательную цепь, при этом в устройство введен накальный ключ, управляющий вывод которого соединен с блоком управляющих сигналов, первый вывод накального ключа соединен с первым катодным выводом первого индикатора, а второй вывод накального ключа - с источником питания постоянного тока положительной полярности, второй вывод последнего индикатора соединен с общей точкой источников питания.

Кроме того, в устройство управления вакуумными люминесцентными ндикаторами введен дополнительный ключ, управляющий вывод которого соединен с блоком управляющих сигналов, первый вывод дополнительного ключа соединен с первым катодным выводом первого индикатора, а второй вывод дополнительного ключа - с общей точкой источников питания постоянного тока.

В устройство управления вакуумными люминесцетными индикаторами могут быть введены диоды, катоды которых соединены с первым катодным выводом первого индикатора, а аноды которых - соответственно с первыми катодными выводами второго и последующих индикаторов.

Применяемые в вакуумных люминесцентных индикаторах прямонакальные катоды нагреваются при подаче накального напряжения быстрее 0,6 - 0,8 мс, чем остывают при отключении накального напряжения 20 - 40 мс. Конкретное значение указанных времен определяется длиной, массой, излучательной способностью и конструкцией крепления катодов различных типов индикаторов. Таким образом при временном промежутке между накальными импульсами менее 2 мс, температура катода будет практически постоянной. Температура катода индикаторов определяется при этом средней рассеиваемой мощностью. Поэтому амплитуда накальных импульсов должна быть равна произведению значения эффективного напряжения на квадратный корень из скважности импульсов, что эквивалентно выражению: Близость или равенство потенциалов выводов катодов индикатора определяется величинами суммарного анодного и сеточного токов и сопротивлением катода при рабочей температуре. Так, например, при сумме токов анодов и сеток, равном 10- мА и сопротивлении катода 30 Ом и соединении с отрицательным зажимом анодного и сеточного источников питания напряжением 27 В только одного вывода катода максимальная разность потенциалов между катодными выводами будет не более 0,3 В, что практически можно принять за эквипотенциальность всех точек катода.

На чертеже представлено устройство управления вакуумными люминесцентными индикаторами.

Устройство содержит первый вакуумный люминесцентный индикатор 1, второй вакуумный люминесцентный индикатор 2 и т.д. последний вакуумный люминесцентный ндикатор 3, имеющие аноды 4, сетки 5 и прямонакальные катоды 6. Аноды 4 и сетки 5 подключены к коммутаторам 7. Первые питающие выводы 8 коммутаторов 7 подсоединены к источнику питания постоянного тока положительной полярности 9, вторые питающие выводы 10 коммутаторов 7 подсоединены к источнику питания постоянного тока отрицательной полярности 11. Управляющие выводы 12 коммутаторов 7 подсоединены к блоку управляющих сигналов 13. Устройство содержит накальный ключ 14, управлюящий вывод 15 которого соединен с блоком управляющих сигналов 13. Первый вывод 16 накального ключа 14 соединен с первым катодным выводом 17 первого индикатора 1, второй вывод 18 накального ключа 14 соединен с источником питания постоянного тока положительной полярности 9. Второй катодный вывод 19 первого индикатора 1 соединен с первым катодным выводом 20 второго индикатора 2 и т.д. последовательно до первого катодного вывода 21 последнего индикатора 3. Второй катодный вывод 22 последнего индикатора 3 соединен с общей точкой 23 источника питания постоянного тока положительной полярности 9 и источника питания постоянного тока отрицательной полярности 11. Устройство также содержит ключ 24, управляющий вывод 25 которого соединен с блоком управляющих сигналов. Первый вывод 26 ключа 24 соединен с первым катодным выводом 17 первого индикатора 1 и катодами 27 диодов 28, аноды 29 которых соединены соответственно с первым катодным выводом 20 второго индикатора 2 и т.д., с первым катодным выводом 21 последнего индикатора 3. Второй вывод 30 ключа 24 соединен с общей точкой 23.

Устройство работает следующим образом.

Вначале производится подогрев катодов 6 индикаторов 1, 2, 3 в течение времени τ_п . Для чего блок управляющих сигналов 13 подает такие напряжения на коммутаторы напряжений 7, накальный ключ 14 и ключ 24, которые подключают сетки 5 (аноды 4) к отрицательному источнику питания 11, замыкают первый катодный вывод 17 первого индикатора 1 с источником питания постоянного тока положительной полярности 9, а ключ 24 размыкают.

Далее, по окончанию времени подогрева τ_п , наступает время отображения τ_от . Для чего блок управляющих сигналов 13 подает такие напряжения на коммутаторы 7, которые соответствуют отображаемой в данный момент информации, замыкая аноды 4 и сетки 5 с источником питания постоянного тока положительной полярности 9 или источником питания постоянного тока отрицательной полярности 11. При этом размыкается накальный ключ 14 и замыкается ключ 24. Токи анодов 4 и сеток 5 индикаторов 1, 2, 3 в этом случае протекают параллельно через первый катодный вывод 17, ключ 24 на общую точку 23, через катодные выводы 19, 20, 21, диоды 28 и ключ 24 на общую точку 23, через второй катодный вывод 22 последнего индикатора 3 на общую точку 23. По окончании времени отображения τ_от повторяется процесс подогрева катодов 6 индикаторов 1, 2, 3 и т.д. Время подогрева между импульсами катодов 6 должно быть менее 2 мс, а скважность импульсов Q_n и их амплитуда U_и.п. связаны соотношением:
или

где U_эф1, U_эф2, ..., U_эф - эффективные значения напряжений накала катодов 6 индикаторов 1, 2, 3, в последовательной цепочке.

Естественно, что в последовательную цепочку катодов 6 включены индикаторы 1, 2, 3 с одинаковым током накала.

Если индикаторы имеют разные токи накала, то необходимо комбинациями параллельных соединений катодов 6, используя, при необходимости, дополнительные внешние нагрузки, добиться одинакового тока каждого последовательного звена накальной цепи.

Изготовленное по описанной схеме устройство управления двумя индикаторами типа ИЛВ2-16/5Х7, имеющими эффективное напряжение накала 6B и анодное напряжение 35 B позволило получить при скважности накальных импульсов равной 8 равномерное во времени и по длине катодов изображение во всем диапазоне кадровой частоты от 40 Гц до 10 кГц.

Таким образом, разделение во времени процессов подогрева катодов индикаторов и отображения информации при достаточном выравнивании потенциалов катодов достигается уменьшение неравномерности свечения люминофора анодов вакуумных люминесцентных индикаторов с прямонакальными катодами как во времени, так и по длине катода.

Использование предлагаемых технических решений способа управления вакуумными люминесцентными индикаторами и устройство для его осуществления позволяют повысить комфортность считывания информации путем уменьшения неравномерности свечения люминофора анодов как по длине катода, так и во времени, а также использовать в ряде конкретных реализаций в качестве источника накального напряжения источника питания постоянного тока, предназначенного для питания анодов, что уменьшает габаритные размеры индикаторных устройств.

Формула изобретения

1. Способ управления вакуумными люминесцентными индикаторами, включающий подачу напряжений на управляющие электроды, отличающийся тем, что накальное напряжение подают на катод импульсами от источника питания постоянного тока во временные промежутки прекращения тока анодов, амплитуда накальных импульсов U_н.н., их длительность τ_и и время между накальными импульсами τ_от связаны соотношениями

τ_от< 2 мс,
где U_эф - эффективное значение напряжения накала,
а отображение информации осуществляют во время между накальными импульсами τ_от, при этом оба катодных вывода имеют близкие или равные потенциалы.

2. Устройство управления вакуумными люминесцентными индикаторами, содержащее подсоединенные к анодам и сеткам индикаторов коммутаторы, первые питающие выводы которых подсоединены к источнику питания постоянного тока положительной полярности, вторые питающие выводы коммутаторов подсоединены к источнику питания постоянного тока отрицательной полярности, а управляющие выводы коммутаторов подсоединены к блоку управляющих сигналов, источники питания постоянного тока положительной и отрицательной полярности имеют общую точку, отличающееся тем, что катоды индикаторов соединены в последовательную цепь, при этом в устройство введен накальный ключ, управляющий вывод которого соединен с блоком управляющих сигналов, первый вывод накального ключа соединен с первым катодным выводом первого индикатора, а второй вывод накального ключа - с источником питания постоянного тока положительной полярности, второй вывод последнего индикатора соединен с общей точкой источников питания постоянного тока положительной и отрицательной полярности.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в него введен дополнительный ключ, управляющий вывод которого соединен с блоком управляющих сигналов, первый вывод дополнительного ключа соединен с первым катодным выводом первого индикатора, а второй вывод дополнительного ключа - с общей точкой источников питания постоянного тока.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что в него введены диоды, катоды которых соединены с первым катодным выводом первого индикатора, а аноды которых - соответственно с первыми катодными выводами второго и последующих индикаторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1