Матричні індикаторні панелі.

Матричні індикаторні прилади (або газорозрядні індикаторні панелі - ГІП) – індикатори в яких інформація представляється у вигляді сукупності світлових точок на плоскому екрані, що може складатися з 10⁴ - 10⁷ газосвітних клітинок, що утворюють матрицю з рядів і стовбців.

За принципом дії та конструкцією їх можна рознести на:

-- тиратронні ГІП;

-- ГІП постійного струму із зовнішньою адресацією;

-- ГІП постійного струму із самоскануванням;

-- ГІП змінного струму.

Індикаторні тиратронні матриці є груповими приладами, що складаються з багатьох індикаторних комірок розглянутих в розділі тиратронів тліючого розряду. Наявність більше ніж двох сіток дозволяє організувати керування приладу по матричній системі.

Прилад має 16 індикаторних комірок з окремою електродною структурою та баластним тонкоплівковим опором підкатоду. Перші сітки об'єднані у стовбці, а другі – у строки (12 виводів = 8 сіток + 1 підкатод + 1 катод + 2 анода) . При реалізації схеми керування на окремих тиратронах їх кількість сягатиме 96.

Для включення будь-якої комірки панелі достатньо зменшити напругу на першій С₁ та другій С₂ сітках нижче за потенціал катоду. Сітки припинять перехват електронів розряду між підкатодом та катодом і вони з плазмового катоду перейдуть до анодів утворюючи розряд. В інших комірках розряду не буде, бо для його виникнення необхідна умова одночасного зниження потенціалу на двох сітках.

До переваг тиратронних матричних панелей відносять простоту керування по двом сіткам та низькими, біля 10 В, напругами керування. До недоліків – малу інформаційну ємність, велику кількість виводів відносно кількості елементів (12/16) та складність конструкції.

Конструкція ГИП постійного струму із зовнішньою адресацією наведена на рис. Перетини анодів і катодів світло випромінюючої комірки, що утворюються в місцях, електрично і оптично ізольованих одне від одного за допомогою діелектричної матриці, отвори в якій поєднані з місцями перетину електродів. Простір між підкладками заповнений газом. Формування зображення відбувається, коли співпадають в часі імпульси на строчці та стовбці.

Суттєвим недоліком матричних ГІП постійного струму із зовнішньою адресацією, що працюють в режимі регенерації зображення є падіння яскравості при збільшенні інформаційної ємності (кількості строк). При строковій розгортці усереднена в часі яскравість L _зд (що здається) визначається як:

L _зд = L _мит / N_стр,

де L _мит -- миттєва яскравість.

З причини насичення люмінофорів при збільшенні струмів неможливо підвищувати миттєву яскравість необмежено.

Саме тому данні ГІП знайшли використання в якості малих екранів, а збільшення розмірів екранів досягається шляхом модульної компоновки окремих ГІП.

Рис. Розташування електродів однієї строки.

Всередині приладу утворюється матричне поле з рядів строк (анодів сканування або індикації) і стовбців (катодів сканування). Катоди сканування об'єднані в три або більшу кількість груп і забезпечують спрямований перенос заряду.

Умовно структуру можна поділити на область сканування (анод сканування, катоди сканування КС, К1,К2,К3) та область індикації (аноди індикації та катоди сканування).

В області сканування відбувається перенесення розряду по катодам сканування К1,К2,К3 при перемиканні напруг Uкс, Uк1, Uк2, Uк3. Цикл роботи починається зі скидування на катод скидування КС імпульсу Uкс з чергового електрода D. Потім розряд переноситься по катодам сканування і після досягнення кінця строки генерується імпульс скидування Uкс, розряд повертається на КС і цикл сканування повторюється.

Малі розміри отворів в катодах (d=0,05мм) світло розряду сканування непомітне.

Для створення індикації комірки необхідно щоб синхронно з розгорткою по катодам розряду на анод індикації подавався позитивний імпульс напруги Uа,и. Пробій газу в індикаторній комірці відбувається лише тоді, коли одночасно з Uа,и під коміркою знаходиться розряд сканування. Після виникнення розряду в комірці напруга на аноді індикації падає до рівня потенціалу горіння, що перешкоджає виникненню розряду в інших комірках індикації. Завдяки цьому розряди в областях сканування та індикації можуть існувати незалежно.

Завдяки поєднанню строк тільки загальними катодними електродами, розряди в кожній строчці можуть існувати незалежно і можлива реалізація паралельного введення інформації.

Робота матричного індикатора із самоскануванням має багато спільного з роботою ЕПТ з растровою розгорткою. Відмінність полягає лише в тому, що в ЕПТ розгортка строчок послідовна, а в ГІП паралельна.

З причини малих діаметрів отворів в катодах, скрізь них в індикаторну область проходять нейтральні збуджені метастабільні атоми та фотони. Використання пеннінгових сумішей, при додавання неону до аргону, суттєво полегшити виникнення розряду. Дифузія збуджених метастабільних атомів повільна тому сигнал індикації на аноді повинен утримуватися на протязі 10 мкс.

Інформаційна ємність ГІП із самоскануванням обмежується такими самими факторами, що і ГІП із зовнішньою адресацією, але завдяки розряду сканування кількість стовбців може досягати 200 одиниць. Також досягнуте суттєве спрощення схем керування по кількості ключів приблизно на порядок.

З причини відсутності можливості реалізації функції пам'яті в ГІП постійного струму всі вони працюють виключно в режимах з регенерацією зображення.

На відміну від ГІП постійного струму, ГІП змінного струму мають здатність запам'ятовувати інформацію на індикаторному полі, що робить необов'язковим відновлювати всю інформацію з кадровою частотою. Нове зображення записують тільки при необхідності шляхом розгортки по строчкам та стовбцям, подібно розглянутим ГІП. При цьому кадрова частота може падати до одиниць – долів Гц. Інформаційна ємність обмежується тільки конструктивними факторами.

Рис. Конструкція матричного індикатора змінного струму схематичне (а) та поперечний перетин (б): 1 – скляні підкладки; 2 – електроди, що розташовуються на внутрішньому боці підкладок 1; 3 – тонке покриття з тонкого скла; 4 – зазор між пластинами наповнений газом при атмосферному тиску. Герметизація виконується використанням скляних прокладок та склоцементу.

Ізолююча плівка MgO виконує також функцію ефективного емітера вторинних електронів і має гарну стійкість до розпилення при іонному бомбардуванні. Завдяки великому тиску відбувається локалізація газового розряду в об'ємі перехрестя двох електродів не впливаючи на інші області. Це дозволяє відмовитися від використання діелектричних бар'єрів між комірками.

Поперечна структура представляє собою шарування металу – діелектрика – газу – діелектрика – металу (МДГДМ).

При достатньому потенціалі між електродами протилежних підкладок, первинні електрони в газовому проміжку прискорюючись утворюють електронні лавини. Іони та фотони в свою чергу вибивають з поверхні негативного електрода (шару MgO) вторинні та фотоелектрони, які підтримують самостійний розряд. В стаціонарному випадку напруг розряд припиниться при зарядці ємності МДГДМ структури і струм матиме вигляд одного імпульсу. При подачі змінної напруги на електроди розрядження та зарядження МДГДМ структури приведе до збереження розряду.

Включення комірки (записування) проводиться методом двокоординатної вибірки, при якій на вертикальний та горизонтальний електроди подається в моменти часу t₁-t₂ імпульси запису U_х та U_у, сумарна амплітуда яких |U_х|+|U_y|= U_заг>U_вин. Струм розряду і_р, що проходить скрізь комірку спочатку зростає, а потім спадає при заряджанні МДГДМ. Зміна полярності електродів приводить до зворотного процесу, перезаряджаючи МДГДМ.

Для стирання інформації на електроди комірки подається імпульс напруги сумарне значення якої менше за потенціал горіння.

Рис. Діаграми напруг та струмів що характеризують роботу ГІП змінного струму