Газоразрядные и оптоэлектронные приборы. Газоразрядные и оптоэлектронные приборы Газоразрядные приборы Газоразрядными

• Название: Газоразрядные и оптоэлектронные приборы Газоразрядные приборы Газоразрядными
• Дата: 15.11.2020
• Размер: 76.89 Kb.
• Имя файла: Газоразрядные и оптоэлектронные приборы.docx
• Тип: Документы; #150648

Газоразрядные и оптоэлектронные приборы

1. 
   Газоразрядные приборы
   

Газоразрядными (ионными) называются электровакуумные приборы с электрическим разрядом в газе или парах.

Электрический разряд в газе - это совокупность явлений, сопровождающих прохождение электрического тока через газ или пар. При таком разряде протекает несколько основных процессов:

• 
  Возбуждение атомов. При возбуждении атома под ударом электрона один из электронов атома переходит на более удаленную от ядра орбиту, т.е. на более высокий энергетический уровень.
  
• 
  Ионизация атомов (или молекул газа) происходит при энергии ударяющего электрона большей, чем энергия возбуждения.
  
• 
  Рекомбинация. Положительные ионы и электроны совершают в газе беспорядочное (тепловое) движение и, приближаясь друг к другу, могу соединиться, образуя нейтральный атом. Восстановление нейтральных атомов называют рекомбинацией.
  

Принцип действия классического газового разряда заключается в следующем: при приложении к электродам напряжения в области катодного слоя образуется значительный объемный разряд, приводящий к существенному перераспределению потенциала вдоль разряда. В поле этого заряда ускоряются электроны, которые ионизируют газ. Потеряв энергию, эти, а также вторичные электроны дрейфуют к аноду. В пределах фарадеева темного пространства они вновь набирают энергию, достаточную для ионизации атомов, вследствие чего образуется положительный столб. На рис. 1 условно показан внешний вид и распределение параметров вдоль разряда.



Рис. 1. Распределение параметров в тлеющем разряде

Знаковый (цифровой) ГРП с холодным катодом и общим анодом, выполненным в виде сетчатой пластины, представлен на рис. 2.

Рис. 2. Газораз­рядный индикатор­ный прибор

Стеклянный баллон индикатора заполнен неоном. При по­даче между анодом и одним из катодов напряжения, превышающего по величине напряжения зажигания разрядного промежутка, возникает тлеющий разряд, охватывающий всю поверхность като­да, в результате чего отображается соответствующая цифра.

Существуют различные типы газоразрядных УОИ:

1) Знаковые (цифровые) ГРП с холодными катодами (рис.2) и общим анодом, выполненным в виде сетчатой пластины. Метод формирования зна­ков моделирование и в ряде случаев синтезирование. К основным их не­достаткам относятся высокие напряжения питания (200—300 В) и запаздывание зажигания разряда.

2)Многоразрядные газоразрядные индикаторные панели плоской конструкции. Конструктивно такие панели со­стоят из двух изоляционных пластин с нанесенными на них систе­мами электродов и прокладки, толщина которой определяет меж­электродное расстояние.

3) Тиратроны с холодным катодом (ТХК). ТХК имеют довольно большой срок службы, достигающий десятков тысяч часов, высокую яркость све­чения и большое входное сопротивление; они выдерживают значи­тельные перегрузки по напряжению и току, потребляют малую мощность, имеют небольшой вес, малые габариты и работают в диапазоне температур от —60 до +85°С.

4 ) Газоразрядная панель постоянного тока. Конструктивно ГИП постоянного тока представлена на рис. 3. Корпус—герметизирован. Ячейки расположены в местах перекрещивания электродов. Ячейки заполнены инертным газом (неон, смесь неона с азотом и т. д.) и обра­зуют миниатюрные газоразрядные приборы, у которых одна систе­ма электродов выполняет функцию катодов, а вторая система электродов — функцию анодов. (1,5-защитные стекла; 2,4-системы параллельных электродов, перекрещивающихся под прямым углом; 3-диэлектрическая пластинка с отверстиями-ячейками).

Рис. 3. Газоразрядная панель постоянного тока:

5) Газоразрядная панель с самосканированием. С целью устране­ния недостатка, свойственного ГИП постоянного тока с внешней адресацией, — большого разброса времени запаздывания зажига­ния разряда ячеек—разработана ГИП с самосканированием.

6) Газоразрядная панель переменного тока. От ГИП постоянного тока отличается тем, что у нее электроды отделены от газового промежутка слоем диэлектрика, на котором при прохождении тока через промежуток образуются электрические заряды, гасящие раз­ряд и облегчающие его зажигание при изменении полярности пи­тающего напряжения.

7) Линейные газоразрядные индикаторы. Линейный газоразрядный индикатор предна­значен для преобразования электрического сигнала в визуальную информацию в виде светящегося столбца. Индикация осуществля­ется через боковую поверхность стеклянного баллона. Цвет све­чения—оранжево-красный.

8) Плоско-панельные индикаторы УОИ реализуются посредством плазменных дисплеев.

2. 
   Оптоэлектронные приборы
   

Оптронными приборами (оптронами) называют такие полупроводниковые приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической связи между ними.

Принцип действия оптронов любого вида основан на следующем. В излучателе энергия электрического сигнала преобразуется в световую, а в фотоприемнике, наоборот, световой сигнал вызывает электрический отклик (сигнал). Практически распространение получили лишь оптроны, у которых имеется прямая оптическая связь от излучателя к фотоприемнику и, как правило, исключены все виды электрической связи между этими элементами. Наличие оптической связи обеспечивает электрическую изоляцию между входом (излучателем) и выходом (фотоприемником).

 Таким образом, в электронной цепи такой прибор выполняет функцию элемента связи, в котором в то же время осуществлена электрическая (гальваническая) развязка входа и выхода.

Применение оптоэлектронных приборов достаточно разнообразно: для связи блоков аппаратуры, между которыми имеется значительная разность потенциалов; для защиты входных цепей измерительных устройств от помех и наводок, оптическое, бесконтактное управление сильноточными и высоковольтными цепями (твердотельные реле), запуск мощных тиристоров, симисторов, управление электромеханическими релейными устройствами.

Создание "длинных" оптронов (приборов с протяженным гибким волоконно-оптическим световодом в качестве оптического канала) открыло совершенно новое направление применения изделий оптронной техники - связь на расстояниях по волоконной оптике.

О
птоэлектронные приборы находят применение и в чисто радиотехнических схемах модуляции, автоматической регулировки усиления и др. Условно-графические обозначения основных типов оптронов приведены на рис.4

Конструкции оптоэлектронных приборов:

Конструктивно-технологическое оформление оптронов производится с учетом оптимизации функциональных, стоимостных и других параметров. Основным требованием является обеспечение эффективной оптической связи и электрической изоляции между источником и приемником. На рис.5 показаны наиболее типичные конструкции оптопар. Применяемые в настоящее время оптроны являются гибридными устройствами, что относится к конструктивным недостаткам. Разрабатываются также монолитные оптопары, которые представляют собой интегрированные твердотельные излучающие и приемные структуры, изготавливаемые в одном технологическом процессе.

О
днако до сих пор ни в одном варианте монолитных оптронов не удалось добиться сочетания всех необходимых параметров: долговечности, надежности, и устойчивости к внешним факторам. Основными нерешенными проблемами остаются низкая эффективность излучательной и фоточувствительной структур, плохая светопередача и изоляция, неудовлетворительная совместимость используемых материалов.