Расчет и конструирование газоразрядной индикаторной панели переменного тока

Министерство образования Российской Федерации

Курсовая работа

по дисциплине: «Вакуумная и плазменная электроника»

Расчет и конструирование газоразрядной индикаторной панели переменного тока

2009 г.

Содержание

Введение

Описание принципа работы прибора

Выбор конструкции ячейки

Расчет габаритов элементарной ячейки. Выбор газового наполнения

Выбор люминофора

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Газоразрядная индикаторная панель (ГИП) (также широко применяется английская калька «плазменная панель») — устройство отображения информации, монитор, использующее в своей работе явления электрического разряда в газе и возбуждаемого им свечения люминофора.

В настоящее время ГИП находятся в лидирующем положении по критерию качества отображаемой картинки, угла обзора, неоспоримым достоинством данного устройства является отсутствие мерцания. Особенности технологии позволяют конструировать ГИП с большой диагональю, объединять несколько в одну, создавая гигантские видеоэкраны для отображения информации.

Практически каждый производитель плазменных панелей добавляет к классической технологии некоторые собственные разработки, улучшающие цветопередачу, контрастность и управляемость – прогресс не стоит на месте

Плазменные панели идеально подходят для просмотра видео высокого качества, презентаций, информационных табло в публичных местах, то есть там, где требуется передавать много динамической информации. Именно поэтому ГИП уверенно доминируют на рынке Hi-End бытовой техники для частных и корпоративных лиц.

1.         Описание принципа работы прибора

Основной задачей ГИП является преображение информации из электрических импульсов в графический формат. Информационный экран состоит из матрицы газовых ячеек, скомпонованных в триады - три газовых ячейки с разным цветом люминофора – красный-синий-зеленый - для получения полноцветного изображения. При подаче напряжения на электроды зажигается тлеющий разряд, электроны бомбардируют люминофор – ячейка загорается. Таким образом, каждая триада отвечает за цвет одной точки на экране, а совокупность точек дает изображение. Развертка осуществляется построчно.

Первые плазменные панели работали исключительно на постоянном токе. Электроды располагались на противоположных сторонах ячейки. При подаче напряжения между ними возникал плазменный разряд, генерирующий ультрафиолетовое излучение, а нанесенный на боковые стенки люминофор начинал светиться одним из первичных цветов. Такая конструкция, невзирая на свою простоту, имела недостатки. Люминофор постоянно подвергался воздействию плазмы, и интенсивность его свечения снижалась довольно быстро, поэтому телевизоры были весьма недолговечны. Время отклика также было мало. К сожалению, мгновенно получить плазменный разряд сложно, но еще труднее его мгновенно погасить. Лишь создание ГИП переменного тока позволило решить эти две сложные проблемы. Кроме того, ГИП постоянного тока имеет существенный недостаток – нет возможности запоминать информацию, требуется применение запоминающих устройств. А с увеличением размеров, уменьшается яркость ГИП постоянного тока.

В ГИП переменного тока возможно запоминание информации. При специально подобранной форме и амплитуде напряжения на электродах индикаторной ячейки, она может находиться как в состоянии "включено" (в ячейке горит разряд), так и в состоянии "выключено" (в ячейке не горит разряд), т. е. обладает "памятью". Если зажечь каким-либо образом индикаторную ячейку в ГИП, то она будет продолжать гореть до тех пор, пока ее специально не погасят, ячейка как бы помнит, что ее "включили" или "выключили". Другим положительным отличием ГИП переменного тока от ГИП постоянного тока является повышенная в несколько раз долговечность и возможность работы при низких температурах.

Существует много конструкций ГИП переменного тока, одна из них приведена на рисунке (рис. 2.1).

В основу ГИП переменного тока положена трехэлектродная структура газоразрядной ячейки.

Рис. 2.1

Два так называемых дисплейных электрода (ионизирующий и развертки) - полупрозрачные, они нанесены на поверхность внешнего стекла, а от ячейки отделены тонким слоем диэлектрика. На них подается переменное напряжение, под воздействием которого возникает слабый тлеющий разряд без образования плазмы. Он-то и подготавливает ячейку для «поджига», чем позволяет существенно снизить время реакции. При подаче управляющего электрического сигнала на расположенный в глубине ячейки адресный электрод происходит инициация сильного разряда с образованием холодной плазмы между дисплейными электродами. Результат вышеописанной процедуры - долговечность и малое время отклика.

ГИП переменного тока состоит из лицевой и тыльной стеклопластины, на внутренних поверхностях которых расположены электродные системы индикации адресации. Пересечение электродов индикации и адресации образуют индикаторные элементы, аналогичные индикаторным элементам ГИП постоянного тока. Матричная диэлектрическая решетка задает одинаковый во всех индикаторных ячейках зазор между электродами и, помимо того предотвращает раздавливание индикатора под действием атмосферного давления. Стенки матричной решетки препятствуют проникновению излучения из одной ячейки в другую, что обеспечивает высокий детальный контраст газоразрядных индикаторов. На внутренней поверхности стеклопластины расположен тонкий слой люминофора, который преобразует ультрафиолетовое свечение газового разряда в видимое излучение. На слой диэлектрика наносятся эмитирующее и защитное покрытия, характеризуемые высоким значением коэффициента вторичной эмиссии под действием ударов положительных ионов. Зазор между пластинами заполняется газом под давлением, близким к атмосферному.

Принцип работы и диаграммы напряжений и токов подробнее исследованы в [5]. Между системами вертикальных и горизонтальных электродов приложено напряжение Еп, амплитуда которого недостаточна для возбуждения, но достаточна для поддержания разряда. Для возбуждения разряда в данной ячейке на соответствующую пару вертикальных и горизонтальных электродов подаются во временной интервал t1-t2 импульсы записи Езап, суммарная амплитуда которых достаточна для возникновения разряда. В результате прохождения разрядного тока Ip на конденсаторной структуре, состоящей из изолирующих слоев диэлектрика, покрывающего проводящие электроды, возникают электрические заряды, создающие напряжение Uc с полярностью, противоположенной напряжению Езап, возбудившему заряд. В результате возникновения напряжения Uc, напряжение на газовом промежутке уменьшается, что приводит к прекращению разряда, т.е. к импульсному характеру тока через промежуток.

Так как время стекания возникших на диэлектрике зарядов сравнительно велико, то в следующий временной интервал t2-t3 созданное ими напряжение Uс суммируется с изменившим знак поддерживающим напряжением, и напряжение, приложенное к ячейке, оказывается достаточным для возникновения разряда. Этот процесс повторяется в интервалах времени t3-t4, t5-t6, t6-t7. Таким образом, ячейка оказывается бистабильным элементом, так как при приложении одного и того же поддерживающего напряжения, она может быть как в проводящем, так и в непроводящем состоянии. Именно эта бистабильность, определяемая наличием или отсутствием заряда на диэлектрических слоях, позволяет получить запоминание информации на индикаторном поле. При этом одновременное прохождение тока через ячейки, соединенные с одной и той же шиной, оказывается возможным благодаря тому, что указанные диэлектрические слои игают роль токоограничивающего элемента. Для прекращения разряда во временном интервале t7-t8 на ячейку подают стирающий импульс Uст, который, вызывая частичный разряд емкости диэлектрических слоев, понижает напряжение на ней до величины Uc.ост, вследствие чего повторное возникновение разряда в ячейке становится невозможным.

Структурная схема дана на рисунке 2.2. Через блоки адресации 1 (по оси Y) и 4 (по оси Х) от блока 5 на все ячейки индикаторного поля 2 поступает поддерживающее напряжение, обеспечивающее работу ячеек панели в бистабильном режиме. Кроме того, блоки адресации обеспечивают формирование на выбранных электродах импульсов записи или стирания. Управление блоками адресации осуществляется информационной системой I, вырабатывающей коды координат, подаваемые на блоки 1 и 4., и код команды управления, подаваемый на синхронизатор 6. После прохождения команды, синхронизатор выдает на информационную систему сигнал, разрешающий смену информации. Кроме того, синхронизатор задает временную программу работы генератора поддерживающего напряжения 5 и генератора питания рамки 3. Блок адресации состоит из двух ступеней: дешифратора входного адреса и блока согласования цифровой части схемы с индикатором. В зависимости от способа сложения на электродах панели поддерживающего и управляющего напряжений различают блоки согласования последовательного и параллельного типа. А по типу связи – трансформаторные, резисторно-конденсаторные, диодно-резисторные, транзисторные (наиболее часто используемые блоки).

Рис.2.2

Управление яркостью PDP

Интересная технологическая особенность плазменной ячейки - принципиальная невозможность плавной регулировки яркости свечения пикселя. Все дело в том, что плазменный разряд либо есть, либо его нет, в то время как управлять интенсивностью потока нельзя. И здесь на помощь приходит методика импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Ее суть состоит в следующем.

Управление яркостью характеризуется числом градаций яркости (полутонов) на каждый из цветов. Для современных дисплеев стандартом de facto стало 256 градаций на цвет, что соответствует 16.777.216 цветовых оттенков.

Из нескольких возможных путей управления яркостью (по току, длительности, числу импульсов) в PDP получило распространение управление яркостью по числу импульсов. В простейшем случае такого управления кадр изображения с периодом Tk разбивается на N субкадров одинаковой длительности, число которых определяется выражением:

N = Tk/nTс

где n - число строк в панели, Tc - длительность строки. Для характерных значений Tk = 16 мс, n = 480, Tc = 3 мкс, получим N = 11. Так как этого количества явно недостаточно для получения качественного изображения, то во всех современных PDP для управления яркостью используется эффект памяти. В этом случае кадр изображения разбивается на 8 субкадров с различной длительностью поддержки, соответствующим 8 битовым плоскостям, как это показано на рис. 2.3

Рис. 2.3 Диаграмма управления яркостью PDP

Длительность периода записи равна 0,003х480 = 1,44 мс, а длительность поддержки меняется от 0,016 до 2,048 мс. Суммарная длительность кадра составляет около 16 мс.