3321 1.1.1 УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Лабораторная работа N 1

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ

НА ЯРКОСТЬ И СВЕТООТДАЧУ ГИП С ЛЮМИНОФОРОМ

 

Цель работы: исследование влияния амплитуды импульсов напряжения на ячейке, величины ограничительного сопротивления, среднего и импульсного тока, длительности и частоты следования импульсов на яркость и светоотдачу ГИП.

1.  Краткие теоретические сведения

 

Яркость и светоотдача ГИП являются важнейшими параметрами, определяющими качество устройств отображения информации. В цветных ГИП ультрафиолетовое излучение (УФИ) разряда возбуждает люминофор, который преобразует УФИ в видимое излучение. При постоянной мощности, подводимой к ячейке, яркость и светоотдача видимого излучения определяются эффективностью трех основных этапов преобразования энергии в ГИП: электрической энергии - в энергию разряда; энергии разряда - в энергию УФИ; энергии УФИ - в энергию видимого излучения.

Яркость видимого излучения ГИП зависит от ее конструкции (геометрии ячейки), эмиссионной способности катода, состава и давления газового наполнения, вида и интенсивности разряда в ГИП.

Эффективность ГИП определяется как отношение мощности потока излучения в видимой области к полной затрачиваемой электрической мощности (включая потери на формирование импульсов, в выпрямителях и т.д.). Светоотдача рассчитывается как отношение мощности потока излучения в видимой области к мощности, подводимой к ячейке. Размерность этой величины - лм/Вт или Вт/Вт (радиометрическая единица).

В настоящей работе исследуется зависимость яркости от величины среднего и импульсного тока, а также условия достижения наибольшей яркости ячейки (группы ячеек) ГИП постоянного тока при заданной подводимой мощности. Несмотря на различие  способов управления и конструкции ячеек, длительности, частоты следования, формы и амплитуды импульсов тока и напряжения, можно считать, что вид разряда (аномальный тлеющий), основные процессы его развития  и протекания, а также преобразование энергии в ГИП постоянного и переменного тока отличаются несущественно. Поэтому результаты, полученные при исследовании, могут быть распространены на ГИП переменного тока с люминофором.

При эксплуатации ГИП на выводы ортогональных электродов подают разнополярные импульсы напряжения с суммарной амплитудой, достаточной для возникновения разряда. Вид и интенсивность устанавливающегося разряда зависят от длительности импульса напряжения и величины полного (и комплексного) сопротивления разрядной цепи. Кроме того, существенное влияние на разряд оказывают геометрия ячейки, эмиссионная способность катода, состав и давление газового наполнения.

В настоящей работе исследуется связь между видом разряда (идентифицируемым по форме импульса тока и ВАХ промежутка) и яркостью (светимостью) ячейки ГИП при одинаковом среднем энерговкладе в ячейке. В применяемой схеме питания импульс напряжения через ограничительный резистор подается на катод испытуемой ячейки, анод которой заземлен через измерительный резистор (рис. 1).

Если амплитуда импульса подаваемого напряжения недостаточна для возникновения разряда, то ячейка представляет собой емкостное сопротивление, а форма импульса напряжения на ячейке – результат дифференцирования входного импульса. Времена нарастания спада напряжения на ячейке определяются полным сопротивлением цепи. Реактивный ток ячейки  на фронтах зависит от ее емкости и скорости нарастания напряжения:

.                            (1)

Следует отметить, что максимальная величина этого тока при большой крутизне фронтов может более чем на порядок превосходить рабочий ток ячейки. Соответствующие формы импульсов напряжения генератора, напряжения и тока ячейки приведены на рис. 2.

Как только напряжение на ячейке будет достаточным для возникновения и установления разряда, в ячейке нарастает и устанавливается активный ток, величина которого зависит от напряжения источника, ограничительного сопротивления , полного сопротивления цепи , а также ВАХ ячейки. Напряжение источника перераспределяется между сопротивлением ячейки и  . Однако в первый момент – момент разряда емкости ячейки – напряжение на промежутке равно напряжению источника и имеет место короткий импульс тока, особенно заметный при малом . Амплитуда этого пика тока превышает устанавливающееся в дальнейшем квазистационарное значение тока аномального тлеющего разряда.

Активный ток разряда при большом перенапряжении может возникать и на переднем фронте импульса. При малом перенапряжении разряд возбуждается  на пологой вершине импульса напряжения и форма импульса тока ячейки позволяет определить время запаздывания и время формирования разряда.

Зависимость тока разряда от времени определяется влиянием рода газа, коэффициентом вторичной ионно-электронной и фотоэлектронной эмиссии катода, скоростью дрейфа ионов газа, величиной ограничительного сопротивления. Для расчета скорости нарастания и формы импульса тока применима следующая формула  (для 200 В):

,                               (2)

где ,

- начальный ток катода, - коэффициент вторичной эмиссии катода, - время дрейфа ионов от катода до анода, - табличные постоянные, - давление газа, - межэлектродное расстояние, - напряжение источника.

Значения величин  и  для разных газов приведены в таблице.

Газ

He

Ne

Ar

Kr

Xe

, см-1×торр-1

4,4

8,2

29,2

35,7

65,3

, В0,5/(см×торр) 0,5

14

17

26,6

28,2

36,1

Зависимость (2) может быть использована и на фронте импульса напряжения, если вместо постоянного  подставить в формулу , где - длительность соответствующего фронта импульса, - амплитуда пологой части импульса.

Максимальная яркость ячейки при постоянной подводимой мощности будет пропорциональна ее светоотдаче. При этом и яркость, и светоотдача зависят от режима работы ячейки, длительности, амплитуды, частоты и формы импульсов тока и напряжения, средней и импульсной температуры газа и люминофора, сопротивления ограничительного резистора. Так увеличение температуры приводит к уменьшению эффективности как генерации УФИ в разряде, так и квантового выхода фотолюминофора. Зависимость квантового выхода люминофора от его температуры описывается формулой:

,                                        (3)

где - либо глубина центра свечения при внешнем тушении, либо энергия активации тушения при внутреннем тушении (0,2¸0,5 эВ), - значение соответствующей постоянной ( от 104 до 1010).

 

2. Конструкция исследуемой ГИП и схема устройства для проведения эксперимента

 

В настоящей работе объектом испытаний служит промышленная ГИП постоянного тока ИГГ1 32х32, выпускаемая НПО "Плазма" г. Рязани. Ячейка ГИП имеет размеры 5х5 мм. В ячейке имеется 6 проволочных электродов-катодов и расположенные ортогонально им три проволочных электрода-анода. Кратчайшее расстояние катод-анод составляет 0,35-0,42 мм, диаметр электродов -0,012 мм. По периметру каждая ячейка ограничивается диэлектрическими барьерами, нанесенными по толстопленочной технологии. Сверху и снизу ячейки ограничены стеклянными пластинами. Давление наполняющей смеси газов (He, Ne, Xe) составляет 100-105 мм рт.ст.


Схема подключения ГИП, применяемая в настоящей работе для исследования зависимости яркости от режима работы и измерения среднего тока, приведена на рис. 3.

 

Импульсы напряжения с регулируемыми длительностью, формой и частотой следования формируются задающим генератором 1 (Г5-54) и усиливаются усилителем на полевом транзисторе IRF 830 (IRF 840). Изменение формы (длительности переднего фронта) импульса напряжения осуществляется за счет изменения амплитуды выходного импульса задающего генератора, подаваемого на затвор полевого транзистора. Источник 2 постоянного напряжения позволяет получать на выходе усилителя амплитуду импульса напряжения, равную 400 В. Питание источника 2 производится от сети переменного тока напряжением 220 В, которое через предохранители F1 и F2 с помощью тумблера S1 подается на силовой трансформатор.

Для измерения среднего тока применяется стрелочный прибор РА типа М367, зашунтированный конденсатором С емкостью в 2 мкФ для уменьшения влияния омического и индуктивного сопротивления прибора на импульсный ток разряда. Ограничительное сопротивление внешней цепи (R1.......R7) выбирается с помощью переключателя S2. Форма импульса тока и напряжения на ячейке наблюдается с помощью осциллографа 3 (С1-81), соответствующие сигналы на вход которого подаются с измерительного резистора R8 (клемма К1) и с катода ячейки (клемма К2). Для контроля формы и амплитуды импульса, вырабатываемого усилителем, на вход осциллографа подается половинный сигнал, снимаемый с делителя, образованного двумя одинаковыми сопротивлениями нагрузки R9 и R10 (клемма К3).

Относительная яркость ячеек оценивается по светимости участка лицевого стекла, ограничивающего ячейку (4) (группу ячеек). Величина светимости измеряется люксметром 5 марки 1ЛКП с датчиком 6 - селеновым фотоэлементом СФ10, спектральная характеристика которого близка к кривой видности глаза человека.

 

3. Задание к работе

 

1. Ознакомиться с конструкцией и основными элементами испытуемой ГИП. Изучить схему формирования импульсов напряжения, методику измерения и способ подключения ГИП, обратив особое внимание на диапазоны токов, длительностей и амплитуд импульсов, а также способы их регулировки (установки).

2. Для заданной ячейки ГИП при постоянной амплитуде, заданной длительности и частоте следования импульсов напряжения усилителя снять зависимость светимости поверхности ячеек и импульса напряжения от величины среднего тока, максимальное значение которого задается преподавателем. Величина этого тока устанавливается изменением ограничительного сопротивления. Построить зависимость относительной яркости от среднего тока, а также импульсную ВАХ ячейки.

3. Зарисовать форму импульсов напряжения усилителя, напряжения и тока ячейки для горящей и не горящей ячейки при наибольшем и наименьшем ограничительном сопротивлении. Обратить особое внимание на фронты импульсов. Рассчитать амплитуду реактивного тока и сравнить с результатами эксперимента. По уравнению (2) определить время формирования для заданных  и .

4. При тех же, что и в п. 2, длительности и амплитуде импульсов усилителя для заданной преподавателем величины ограничительного сопротивления снять зависимость светимости от среднего тока. Величину среднего тока изменять путем изменения частоты следования импульсов напряжения задающего генератора в пределах, ограниченных длительностью импульса напряжения. Построить зависимость относительной яркости (светимости) от среднего тока. Рассчитать и построить зависимость относительной светоотдачи от величины среднего тока. Максимальная величина тока задается преподавателем.

5. Выбирая то или иное соотношение длительности, частоты следования импульсов напряжения и величины ограничительного сопротивления, определить условия достижения наибольшей яркости ГИП при заданном среднем токе. Записать все промежуточные данные и полученный результат. Рассчитать относительную светоотдачу и импульсную яркость ГИП.

 

4. Содержание отчета

 

В отчете необходимо привести схему измерений, конструкцию фрагмента ГИП, таблицы полученных данных, построенные графические зависимости и проводимые расчеты, анализ и объяснение результатов. Отчет оформляется каждым студентом индивидуально.

 

5. Контрольные вопросы

 

1. Как влияет на яркость ГИП величина ограничительного сопротивления?

2.  Какому виду разряда соответствует полученная ВАХ ГИП?

3.  Как влияет на яркость ГИП частота следования импульсов?

4.  Какие основные параметры ГИП характеризуют ее качество?

5.  При каких условиях достигается максимальная яркость ГИП?

6.  Чем ограничена величина максимально достижимой яркости ГИП?

7.  От чего зависит эффективность (светоотдача) ГИП?

8.  Что влияет на квантовый и энергетический  выход ФЛФ?

  1. От чего зависит скорость нарастания тока разряда?
  2. За счет чего можно уменьшить реактивный ток ячейки?

 

Библиографический список

 

1. Яблонский Ф.М., Троицкий Ю.В. Средства отображения информации. М.: Высшая школа, 1985. С. 98-112.

2. Лямичев И.Я. Устройства отображения информации с плоскими экранами. М.: Радио и связь, 1983. С. 68-88, 180-181.

3. Шерр С. Электронные дисплеи. М.: Мир, 1982. С. 212-222.

 

 



 
стабилизатор напряжения Энергия. Современная жизнь невозможна без использования. курсы визажа