Жидкокристаллические индикаторы

Жидкие кристаллы – это сложные органические соединения, характеризующиеся сочетанием свойств жидкости (например, текучестью) и кристалла (оптической анизотропией). Среди множества веществ такого типа для индикаторов выбирают те, которые сохраняют свои свойства в достаточно широком диапазоне температур (обычно 0—70° С). Наличие анизотропии и возможность управляемой перестройки структуры жидкого кристалла дают возможность использовать два типа оптических эффектов: изменение коэффициента отражения света (при его пропускании) и изменение характера поляризации лучей при отражении света. Таким образом, в отличие от описанных индикаторов жидкокристаллические ячейки требуют обязательной внешней подсветки, выполняя роль модуляторов при пропускании или отражении света.

Широкое распространение для целей индикации получило использование в жидких кристаллах так называемого «твист-эффекта». В ячейке, получаемой в результате заполнения жидкокристаллическим веществом полости между двумя стеклянными пластинками, на внутренней поверхности которых нанесены прозрачные электроды (рис. 13.), ориентация молекул постепенно меняется от верхнего слоя к нижнему. Это достигается с помощью определенной технологии изготовления ячейки. При наложении электрического поля молекулы раскручиваются и ориентируются в направлении вектора напряженности электрического поля. Фаза света при прохождении через ячейку в этом случае не меняется. Помещая на входе и выходе ячейки пленочные поляризаторы, обеспечивают блокировку света определенной фазы и пропускание его при повороте плоскости поляризации на 90°. Тем самым задаются включенное и выключенное состояния приборов. Малая потребляемая мощность, плоскостность конструкции и невысокая стоимость делают жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) одним из самых удобных средств отображения знаковой информации в малогабаритных электронных устройствах (часы, калькуляторы, измерительные приборы и пр.). Однако широкое применение этих индикаторов ограничено рядом принципиальных недостатков. Отметим среди них относительно невысокий коэффициент контраста (не более 20 в лучших образцах). Этот коэффициент значительно падает при отклонении утла наблюдения от нормали (обычно допустимый угол обзора не превышает 45°). Жидкокристаллические приборы очень инерционны, время их переключения составляет десятки и даже сотни миллисекунд и зависит от температуры.

Рис. 13. Конструкция жидкокристаллического индикатора:

1 – прозрачные электроды; 2 – жидкокристаллическое вещество; 3 – стеклянные пластины; 4 – герметизирующая рамка

Серийно выпускаемые ЖКИ выполнены в виде единичных знаковых модулей либо в виде небольших табло из наборов этих модулей.

Вакуумно-люминесцентный индикатор (ВЛИ), или катодолюминесцентный индикатор (КЛИ) (vacuum fluorescent display (VFD), нем. Digitron либо Fluoreszenzanzeige) — электровакуумный прибор, элемент индикации, работающий по принципу электронной лампы. Несмотря на то, что такой индикатор является, по сути, радиолампой, он не считается устаревшим радиоэлементом, продолжает производиться и сегодня, и применяется в современной радиоаппаратуре, в том числе и вновь разрабатываемой. Как и другие индикаторы, ВЛИ могут быть сегментными, точечно-матричными, мнемоническими, комбинированными. Устройство и принцип действия

Индикатор ИВ-3А

Вакуумно-люминесцентный индикатор представляет собой электровакуумный триод прямого накала с множеством покрытых люминофором анодов. Параметры лампы подобраны таким образом, чтобы она могла работать при низких анодных напряжениях — от 9 до 27 В.

Катод

Представляет собой катод прямого накала из вольфрама с добавлением 2 % тория для облегчения эмиссии при сравнительно небольшой температуре. Несмотря на то, что торий является радиоактивным элементом, вакуумно-люминесцентный индикатор совершенно не представляет опасности для оператора, поскольку, во-первых, процент тория в нити очень невелик, а во-вторых, большая часть атомов тория расположена в толще нити, и её излучение задерживается вольфрамом. При поднесении к индикатору дозиметра он не регистрирует какого-либо превышения уровня радиации над естественным фоном. А вот если индикатор разбился, его нить не рекомендуется подвергать нагреву во избежание попадания тория в воздух. Основная же опасность ложится на сотрудников заводов, где производят индикаторы, но и там, при соблюдении необходимых мер безопасности, они не подвергаются воздействию каких-либо опасных факторов.

В зависимости от высоты индикатора, применяют либо одну, либо несколько параллельно соединённых нитей диаметром меньше человеческого волоса. Для их натяжения применены небольшие плоские пружины. Напряжение накала, в зависимости от длины индикатора, составляет от 0, 8 до 5 В. Если оно неизвестно, необходимо в полной темноте плавно повышать напряжение накала от нуля, пока не появится едва заметное красное свечение. Именно при такой температуре нити она способна чрезвычайно долго не перегорать. При большем напряжении, когда свечение катода хорошо заметно, риск перегорания возрастает. Разогрев занимает доли секунды и иногда сопровождается характерным акустическим «звоном» по причине температурных деформаций.

Чтобы улучшить равномерность свечения у многоразрядных индикаторов, их накал питают переменным током. Анодные и сеточные напряжения на индикатор при этом подают относительно средней точки накальной обмотки силового трансформатора. Для снижения неравномерности свечения, связанного с воздействием внешних электрических полей и зарядов, скапливающихся на стекле (диэлектрике), на внутреннюю поверхность колбы наносят напыление в виде прозрачного слоя металла, соединённого ещё одной плоской пружиной с одним из выводов нити накала.

Сетки

В отличие от сеток приёмно-усилительных радиоламп, являющихся цилиндрическими, сетки ВЛИ — плоские. Количество сеток обычно равно количеству знакомест индикатора. Назначение сеток — двоякое: во-первых, они уменьшают напряжение, достаточное для того, чтобы индикатор светился ярко, а во-вторых, обеспечивают возможность коммутации разрядов при динамической индикации, превращая многоразрядный индикатор (либо совокупность нескольких одноразрядных индикаторов, одноимённые аноды которых соединены параллельно) в своего рода матрицу электровакуумных логических элементов «И».

Для того, чтобы «включить» разряд, на сетку подают положительное смещение, напряжение которого равно анодному. При небольших анодных напряжениях положительное смещение безвредно для лампы. Она работает в режиме с сеточным током.

Аноды

Аноды покрыты люминофором с небольшой энергией возбуждения, составляющей всего несколько электронвольт. Именно этот факт и позволяет лампе работать при низком анодном напряжении, так как люминофор хорошо возбуждается электронами низкой энергии. Светятся сегменты и при освещении лампой чёрного света, энергия фотонов которой при длине волны в 380 нм составляет всего 3, 27 эВ:

Аноды обычно находятся на плоской пластине из керамики либо стекла, на которой методом фотолитографии образована своеобразная печатная плата. В некоторых индикаторах, с целью повышения контрастности изображения и обеспечения возможности применения анодов неточной формы, между сетками и анодами размещена чёрная металлическая маска с отверстиями. В многоразрядных индикаторах соединение одноимённых анодов между собой, необходимое для динамической индикации, сделано прямо на пластине-плате, что позволяет сократить количество выводов у лампы. Если устройство динамической индикации собирается из множества дискретных одноразрядных индикаторов, такие соединения выполняются снаружи.

Именно износ люминофора, а вовсе не потеря эмиссии катода (поскольку катоды из торированного вольфрама очень долговечны), вызывает постепенное уменьшение яркости свечения индикатора. Это доказывается тем фактом, что редко используемые сегменты на одном и том же индикаторе могут светиться заметно ярче часто используемых, в то время, как при потере эмиссии катода они бы теряли яркость равномерно. С целью значительного замедления данного процесса, рекомендуется подавать на аноды-сегменты напряжение не выше 12 В. На практике, однако, это требование нередко игнорируется, и индикаторы эксплуатируются при анодном напряжении в 27 В, отчего теряют яркость в течение нескольких лет.

В основном в ВЛИ применяется люминофор с широкополосным спектром свечения, пик которого приходится на сине-зелёный цвет. В основном такие индикаторы закрывают зелёными светофильтрами, однако, широкополосность такого люминофора позволяет, используя другие светофильтры, получать и иные цвета свечения. Так, в таймере «Сигнал-201» используется жёлтый светофильтр, а в аналогичном по конструкции приборе «Электроника 21-10» — синий. Жёлтые светофильтры применены и в целом ряде видеомагнитофонов середины девяностых годов. Некоторые экземпляры первичных часов ПЧК-3 (без буквенного индекса «М») содержат красные светофильтры. Во всех указанных случаях, благодаря широкополосности спектра излучения люминофора, знаки на индикаторе «окрашиваются» в соответствующий цвет. Следует, однако, отметить, что светофильтры, цвет которых отличен от зелёного, способны заметно снижать общий кпд системы «индикатор-светофильтр».

Применяются в ВЛИ и люминофоры иных цветов свечения. Ими выделяют отдельные сегменты на фоне остальных, покрытых упомянутым выше широкополосным люминофором. Спектр излучения этих люминофоров более узкополосный, и светофильтр изменить цвет сегментов, покрытых ими, не способен (а способен лишь сделать их почти либо совсем невидимыми). Поэтому совместно с индикаторами, имеющими многоцветные сегменты, обычно применяют нейтральные светофильтры. Следует отметить, что некоторые из таких люминофоров имеют ещё более низкую энергию возбуждения — так, красные сегменты индикаторов способны светиться не только под лампой чёрного света, но и под синим светодиодом.

Геттер

Геттер, аналогичный геттеру обычных радиоламп и распыляемый аналогичным образом, расположен в баллоне индикатора на специальном держателе сбоку, таким образом, чтобы не мешать выходу из него светового излучения.

3.6. Обозначения приемно-усилительных ламп, выпускаемых в СССР, установлены ГОСТ 13393-76
и состоят обычно из четырех элементов:
Первый элемент - число, соответствующее округленно напряжению накала в вольтах.
Второй элемент - буква, обозначающая тип прибора:
Д - диоды, включая демпферные;
Х - двойные диоды;
Ц - маломощные кенотроны;
С - триоды;
Н - двойные триоды;
Э - тетроды;
П - выходные пентоды и лучевые тетроды;
Ж - высокочастотные пентоды с короткой характеристикой, в том числе с двойным управлением;
К - высокочастотные пентоды с удлиненной характеристикой;
Р - двойные тетроды и двойные пентоды;
Г - диод-триоды;
Б - диод-пентоды;
Ф - триод-пентоды;
И - триод-гексоды, триод-гептоды, триод-октоды;
А - частотно-преобразовательные лампы и лампы с двумя управляющими сетками (кроме пентодов с двойным управлением);
В - лампы со вторичной эмиссией;
Л - лампы со сфокусированным лучом;
Е - электронно-лучевые индикаторы настройки.

Для электронных механотронов второй элемент обозначения составляется из трех букв: первая М - механотрон; вторая буква соответствует основному назначению прибора (в некоторых обозначениях механотронов, разработанных ранее, эта буква отсутствует); третья буква обозначает тип прибора в соответствии с перечнем, приведенным выше.

Третий элемент обозначения - число, соответствующее порядковому номеру данного типа лампы.
Четвертый элемент - буква, характеризующая конструктивное оформление лампы:
П - в стеклянной оболочке, миниатюрные (пальчиковые), диаметром 19 и 22.5 мм;
А - в стеклянной оболочке, сверхминиатюрные, диаметром от 5 до 8 мм;
Б - в стеклянной оболочке, сверхминиатюрные, диаметром свыше 8 до 10.2 мм;
Г - в стеклянной оболочке, сверхминиатюрные, диаметром свыше 10.2 мм;
С - в стеклянной оболочке, с цоколем или без цоколя, диаметром более 22.5 мм;
Н - в металлокерамической оболочке, миниатюрные и сверхминиатюрные;
К - в керамической оболочке;
Д - в металлостеклянной оболочке, с дисковыми впаями.

Лампы в металлический оболочке четвертого элемента обозначения не имеют.

Добавочный элемент- кстандартному обозначению лампы иногда добавляются (после дефиса) буквы, характеризующие специальные свойства ламп, например:
В - лампы повышенной надежности и механической прочности;
Е - лампы повышенной долговечности (5 тыс. ч и более);
Д - лампы особо долговечные;
И - лампы, предназначенные для работы в импульсном режиме.