Розглянемо принцип роботи вакуумно-люмінесцентного індикатора за прикладом ИВЛ2-7/5.

Загальний вигляд індикатора ИВЛ2-7/5

Вакуумно-люмінесцентний індикатор є різновидом радіолампи, вакуумним електронним приладом. Об'єм індикатора заповнений вакуумом, або дуже розрідженим інертним газом, щоб зайві молекули не заважали вільному польоту електронів від катода до анодів. Для індикації цілісності балону, на його внутрішню поверхню наносять спеціальну речовину чорного кольору, яка білішає під впливом кисню. Тобто, якщо цілісність балону буде порушено, то правий нижній куток індикатора з чорного стане білим.

Структура індикатора

Структурні елементи індикатора

Індикатор складається з трьох основних частин:

катод розжарення
анодні сітки
анодні люмінесцентні сегменти

Катод розжарення - це тонкі дроти, через які проходить струм, що нагріває ці дроти, змушуючи їх випромінювати електрони в навколишнє середовище.

В нормальному режимі роботи, катод світиться слабким, майже непомітним червоним сяйвом.

Нормальний режим роботи катода

Якщо на катод подати надто велику напругу - світіння стає більш інтенсивним. Гарно виглядає, однак не варто експлуатувати катод в такому режимі, тому що його ресурс скорочується в рази.

Перевантаження катода

Струм живлення катода може бути як постійним так і змінним, оскільки він є незалежним. Однак, вважається за краще використовувати саме змінний струм для більш рівномірного зносу провідників.

Анодні сітки в різні моменти часу виконують функцію прискорювача, або навпаки - відштовхувача електронів катода.

Сегменти індикатора мають в своєму складі спеціальну речовину, яка випромінює світло, поглинаючи потік прискорених електронів під дією електромагнітного поля. Для того щоб поглинути електрони з виділенням світла, сегменти повинні бути частиною електричного кола та мати високий потенціал, тому відносно джерела електронів - катода, вони є анодами.

Незважаючи на те, що катод має своє відокремлене електричне коло, між ним та анодними сітками повинен бути електричний зв'язок через спільний провідник низького потенціалу, для того, щоб сітки могли виконувати свої функції.

Структурна схема ВЛІ

Принцип роботи індикатора

В цілому, робота з ВЛІ подібна до роботи з сучасними збірками семисегментних індикаторів:

в кожен момент часу працює лише один розряд
однакові сегменти різних розрядів з'єднані між собою
для того, щоб увімкнути розряд - потрібно на анодну сітку цього розряду подати високий потенціал
щоб увімкнути сегмент - на нього також потрібно подати високий потенціал
для погашення розрядів - на їх анодні сітки подається низький потенціал, наприклад притяжкою за допомогою високоомних резисторів
погашені сегменти також мають бути притягнуті до низького потенціалу

Робочі параметри струму для кожної складової частини індикатора залежать від конкретної моделі. Для ИВЛ2-7/5 вони наступні:

катод розжарення: 2,7 В, 58±6 мА
аноди: 24 В, 3 мА

Якщо на катод подається змінний струм - в такому випадку необхідно використовувати запірну напругу на анодних сітках, через те що коливання струму в катоді можуть викликати паразитне світіння на незадіяних сегментах. Запірна напруга - це від'ємний потенціал відносно загального нуля, для ИВЛ2-7/5 становить:

Напруга сітки запірна (Ugзап) не менше: 3 В (абсолютне значення)

Тобто, в даному випадку, на анодні сітки та сегменти потрібно подавати:

в активну фазу: +24 В
в неактивну: -3 В

Як працює запірна напруга

Ось так виглядає паразитне світіння сегментів при використанні змінного струму на катоді без запірної напруги на анодних сітках (задіяне притягнення до нуля):

Паразитне світіння сегментів без використання запірної напруги

Якщо поглянути на осцилограму потенціалу на одній із сіток, то побачимо, що з певною періодичністю він стає від'ємним. Ці провали показують як зайві електрони з катода, потрапляючи на сітку, наділяють її від'ємним потенціалом. Далі електрони проскочують до сегментів, підсвічуючи їх.

Потенціал на анодній сітці при змінному струмі на катоді

Чому анодним сіткам не вдається відштовхнути усі електрони? На сітці, в неактивні проміжки часу, присутній нульовий потенціал. При цьому струм на катоді коливається саме навколо цього нульового потенціалу, адже один із контактів катода приєднано безпосередньо до загального нуля. Незважаючи на те, що катод завжди випромінює електрони, як побічний продукт проходження ним струму, незалежно від його напряму, проте різниця потенціалів між катодом та анодами періодично змінюється:

в першому півперіоді - позитивна, на катоді потенціал вище нуля, а отже вище потенціалу анодів
в другому - негативна, потенціал на катоді нижче потенціалу анодів

Коливання напруги на катоді

Коливання потенціалів на катоді відносно загального нуля

В активній фазі анодів їх потенціал значно перевищує потенціал катоду: 24 В проти 2,4 В, тому ця різниця не вносить суттєвого впливу на яскравість.

З іншого боку, в неактивній фазі вона стає впливовою: 0 В проти 2,4 В.

Наведений катодом на анодній сітці паразитний від'ємний потенціал

Чому на осцилограмі ми не бачимо позитивної півхвилі наведеного потенціалу, спитаєте ви. Дуже просто: катод - спеціально створений для того, щоб випромінювати електрони, бо він розжарюється, а от аноди, зокрема сітки, не розраховані на власне випромінювання, тобто не віддаючи електрони - не підвищують власний потенціал.

В результаті маємо наступні процеси:

позитивний півперіод на катоді не має суттєвого впливу на роботу індикатора;
негативний півперіод на катоді призводить до від'ємного потенціалу по відношенню до загального нуля;
від'ємний потенціал означає надлишок електронів;
коли активна фаза анодної сітки збігається з негативним півперіодом на катоді - різниця потенціалів навіть збільшується: 24 - (-2,4) = 24 + 2,4;
коли з негативним півперіодом катода збігається неактивна фаза анодної сітки - потенціал на сітці виявляється більшим за потенціал катода: 0 В > -2.4 В, отже сітка з нульовим потенціалом перестає виконувати функцію відштовхувача електронів, радше навпаки - притягує їх;
таким чином, додаткові електрони на сітці зміщують її потенціал з нуля до від'ємних значень;
минаючи сітку, електрони потрапляють до анодів-сегментів, а оскільки однакові сегменти різних розрядів з'єднані між собою, то ті на яких буде позитивна напруга (від засвічення в активному розряді) отримають помітне свічення в неактивному розряді, що ближче правого контакту, то більший вплив паразитних електронів.

Отже, засобом боротьби з паразитною засвіткою неактивних сегментів є подання на анодні сітки, в неактивній фазі, від'ємного потенціалу відносно загального нуля, більшого (за абсолютним значенням) за паразитний потенціал. Тобто, якщо паразитні електрони формують певний від'ємний потенціал, тоді достатньо буде подати на сітки від'ємний потенціал більшого значення, щоб він відштовхнув зайві електрони катода.

Подача запірної напруги

Напруга на анодній сітці з використанням запірної напруги

Позитивне зміщення потенціалів катода

Альтернативним способом боротьби з паразитною засвіткою є електричне з'єднання катода з анодними сітками провідником постійного потенціалу, таким, щоб потенціал катода завжди був більшим за потенціал загального нуля: