Газоразрядные индикаторы

К сожалению малогабаритные лампочки накаливания не отличаются надёжностью, так как при включении питания через них протекает значительный ток, в результате воздействия которого на нить накаливания лампа может выйти из строя. Кроме того они боятся ударов. Все эти причины, а также большой потребляемый ток привели к тому, что в настоящее время индикаторы на малогабаритных лампочках накаливания практически не используются.

Большей надежностью и экономичностью обладают газоразрядные индикаторы. В этих индикаторах светится газ, расположенный между электродами, заключенными в стеклянный баллон. Цвет свечения зависит от конкретного газа, которым заполнен стеклянный баллон. Пример конструкции газоразрядного индикатора приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Конструкция газоразрядного индикатора

Наибольшее распространение получили газоразрядные индикаторы, наполненные неоном (неоновые лампы). Внешний вид неоновой лампы момент свечения показан на рисунке 2

Рисунок 2. Внешний вид газоразрядного индикатора в момент свечения

В настоящее время выпускаются достаточно малогабаритные варианты одиночных газоразрядных ламп. Их внешний вид приведен на рисунке 3

Рисунок 3. Внешний вид газоразрядного индикатора в момент свечения

Газоразрядные индикаторы обладают большей экономичностью и надежностью по сравнению с малогабаритными лампами накаливания. Они, в отличие от ламп накаливания, обладают низким внутренним сопротивлением. Поэтому в схему приходится вводить резистор, ограничивающий ток, протекающий через лампу. Одиночные газоразрядные индикаторы обычно применяются для подсвечивания надписей, нанесенных на стеклянную или пластмассовую пластинку или символических рисунков (пиктрограмм). Схема его подключения к цифровой микросхеме с ТТЛ или КМОП выходом приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема подключения одиночного газоразрядного индикатора к цифровой ТТЛ микросхеме

В схеме подключения газоразрядного индикатора к цифровой ТТЛ микросхеме транзистор требуется в основном для согласования по напряжению, так как этот тип индикаторов требует использовать высоковольтный источника напряжениея 180 ... 300 В. Это напряжение зажигания газоразрядной (обычно неоновой) лампы. Поэтому транзистор электронного ключа должен выдерживать напряжение 300 В. Что касается сопротивления резистора R3, то оно рассчитывается по закону Ома. Необходимо от напряжения питания отнять падение напряжения на зажженной лампе газоразрядного индикатора, которое можно взять из справочника (обычно 80 В) и поделить на его ток потребления. Падением напряжения на открытом транзисторе VT1 можно пренебречь, так как оно обычно составляет 0,2 ... 0,9 В. Например:

R3 = (U_п — U_HL1)/I_л = (200 В — 80 В)/1 мА = 120 кОм.

Газоразрядные индикаторы используются как для индикации битовой информации (пиктрограмм), так и для отображения десятичных цифр. При построении десятичных индикаторов катод внутри баллона выполняется в виде десятичных цифр, как это показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Внешний вид газоразрядного индикатора ИН-1

Пример индикаторной панели электронных часов, выполненной на индикаторах ИН-14, приведен на рисунке 6.

Рисунок 6. Внешний вид индикаторной панели на газоразрядных лампах

Для уменьшения габаритов цифрового устройства и упрощения его принципиальной схемы были разработаны специальные микросхемы дешифраторов, выдерживающие напряжение до нескольких сотен вольт, например отечественная микросхема К155ИД1. Принципиальная схема подключения десятичного газоразрядного индикатора к микросхеме К155ИД1 приведена на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема подключения газоразрядного индикатора к десятичному дешифратору К155ИД1

На вход этой схемы подается двоично-десятичный код. Он преобразуется микросхемой D1 в инверсный линейный десятичный код. Инверсия нужна для того, чтобы ток протекал только через тот вывод, двоично-десятичный код которого подан на вход схемы. В результате светится только тот катод газоразрядного индикатора, который подключен к этому выводу, а так как катод выполнен в форме десятичной цифры, то отображается именно эта цифра.

Резистор R1 требуется для ограничения тока до допустимой величины. Одним резистором в схеме можно обойтись потому, что ток может протекать только через один из десяти катодов. Расчет ограничивающего ток резистора не отличается от расчета резистора R3 в схеме подключения одиночного газоразрядного индикатора, приведенной на рисунке 1.

1. Микушин А.В., Сажнев А.М., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
2. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
3. Александр Ашихмин Цифровая схемотехника. Шаг за шагом. М, Диалог-МИФИ, 2008.
4. Дж. Ф. Уэкерли Проектирование цифровых устройств. М, Постмаркет, 2002.
5. Клайв Максфилд Проектирование на ПЛИС. Архитектура, средства и методы. Курс молодого бойца. М, Додэка XXI, 2015.
6. Шило В. Л. "Популярные микросхемы КМОП" — М.: "Горячая Линия - Телеком" 2002
7. "CMOS Power Consumption and Cpd Calculation" "Texas Instruments" 1997
8. "Input and Output Characteristic of Digital Integrated Circuits" "Texas Instruments" 1996
9. "LOGIC MIGRATION GUIDE" "Texas Instruments" 2004

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором 130 научных и научно-методических работ, в том числе 21 монография и 26 учебников и учебных пособий.