Газоразрядные и оптоэлектронные приборы. Газоразрядные и оптоэлектронные приборы Газоразрядные приборы Газоразрядными
![]()
|
Газоразрядные и оптоэлектронные приборы 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. ![]() ![]() 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 ![]() 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. 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. |