9zip.ru Ламповый звук hi-end и ретро электроника Управление вакуумно-люминесцентными индикаторами серии ИВ

Вакуумные люминесцентные индикаторы можно сравнить с семисегментными индикаторами с общим катодом. Здесь точно так же возникает свечение при протекании тока анод-катод, но имеется и дополнительный электрод - сетка, при нулевом потенциале на которой лампа запирается, и свечения не происходит. Если же на сетку подать высокое напряжение, лампа открывается, и ток начинает течь.

Рассмотрим самый сложный способ управления такими индикаторами - статическую индикацию. Он требует наибольшего количества деталей, но обеспечивает определённую труъ-идеологию: индикаторы светятся постоянно, а не мерцают с какой-то частотой.

Для упрощения программирования применим знаменитую микросхему 74HC595, которые, будучи соединёнными последовательно, позволяют управлять произвольным количеством индикаторов всего по трём проводам.

Так как у вакуумных люминесцентных индикаторов мы управляем анодным напряжением, то самое простое, что можно придумать, - это просто подавать его через токоограничительный резистор, просаживая когда нужно ключом. Применить саму микросхему 74HC595 для этой цели мы не можем, т.к. анодное напряжение у индикаторов велико. Придётся использовать внешние транзисторы. Для этой цели прекрасно подойдут BC547 с Aliexpress.

Схема получается простой, единственное неудобство - большое количество деталей, но если в них нет недостатка, то это неудобство с лихвой компенсируется простотой программирования статической индикации.


Управлять яркостью свечения индикаторов можно при помощи величины напряжения, подаваемого на аноды или сетки (как лучше - мы пока не проверяли, но обязательно проверим и напишем).

Такое, казалось бы, странное сочетание выходов микросхемы и входов индикатора, выбрано с единственной целью - упростить разводку печатной платы. По этой причине 15 вывод микросхемы не используется.

Вместо 74HC595 можно применить её высоковольтный аналог - TPIC6B595, при этом количество деталей существенно сокращается - не нужны транзисторы с базовыми резисторами. TPIC6B595 не совместима по выводам с 74HC595, но по функционированию является полным аналогом, их точно так же можно соединять последовательно.

Понятно, что при таком управлении, когда анодное напряжение просаживается ключами, энергия будет тратиться впустую, рассеиваясь в виде тепла. Существует и более "продвинутая" схема, состоящая из двух транзисторов разной структуры. Здесь энергия уже не тратится впустую, но плата за это - большее количество деталей.

Вместо ключей можно использовать микросхемы высоковольтных ключей:

ULN2003 или К1109КТ22 - на 7 сегментов
ULN2803 или К1109КТ63 - на 8 сегментов

Катодом у данного типа индикаторов является накал, поэтому либо один из его выводов необходимо заземлить, либо создать среднюю точку из двух резисторов. Однако, питание накала постоянным током - не труъ, т.к. из-за распределения потенциала по длине нитей накала, яркость свечения сегментов будет неравномерной. Для устранения этого недостатка следует питать накал переменным током. Тут-то и начинаются сложности.

При питании устройства от сети через трансформатор с отдельной накальной обмоткой сложностей нет вообще, особенно - если это обмотка со средней точкой, которую необходимо соединить с массой. При питании же устройства от блока питания приходится что-то изобретать.

Первое, что приходит на ум - питать накал полумостовой схемой. При этом, управляя скважностью управляющих сигналов, можно управлять самим накалом, что даст большую универсальность в применяемых индикаторах и схемах соединения их накалов. Вариантов - два.

Первый - применить IR2153, практически готовый полумост. К сожалению, в даташите не удалось обнаружить, какой ток выдерживает её выходной каскад, поэтому, вероятно, без внешних транзисторов всё же не обойтись. Второй нюанс - возможна ли у IR2153 полноценная регулировка скважности? Говорят, что возможна, и даже существуют схемы, но точно это так и не известно. Проверим. Третий нюанс - напряжение питания IR2153: от 5 вольт она не заведётся, а это предъявляет свои требования к питанию.

Второй вариант - использовать в качестве генератора управляющих сигналов моста непосредственно микроконтроллер. Из недостатков данного метода можно выделить, разве что, необходимость как-то управлять транзисторами полумоста, например - через специальный драйвер верхнего и нижнего плеча, т.е. - требуются внешние детали. Насколько это оправдано - проверим.

При использовании динамической индикации количество радиодеталей сокращается, а сложность программы слегка увеличивается. Индикаторы при этом включаются последовательно, один за другим, но с высокой частотой переключения, которая незаметна для глаз. Регулируя временные параметры, можно управлять яркостью свечения. Здесь уже не требуется ставить по 74HC595 или TPIC6B595 на каждую лампу, достаточно запараллелить аноды всех индикаторов и управлять ими либо напрямую через транзисторы, либо через одну из этих микросхем. Переключение активной лампы осуществляется при помощи сеток. Таким образом от МК требуется 7(8 в случае использования точки) + количество разрядов выводов при управлении при помощи транзисторов, либо 3 + количество разрядов выводов при управлении через регистр 595.



К вакуумным флуоресцентным индикаторам японского изготовления, сине-зеленое свечение которых можно увидеть на многих электронных калькуляторах, с недавнего времени добавились флуоресцентные индикаторы, изготавливаемые двумя крупными американскими фирмами NEC America Inc. (Санта-Клара, шт. Калифорния) и Futaba Industries of America (Комптон, шт. Калифорния). Высота символов в этих индикаторах увеличена, что делает их более удобными для использования в автомобильных, измерительных и торговых приборах.

Флуоресцентный (люминесцентный) индикатор в основном представляет собой вакуумный триод, содержащий, как обычно, катод, сетку и анод и смонтированный в стеклянной колбе.

Анод разделен на сегменты, покрытые флуоресцентным материалом (окись цинка), так что образуется индикатор. При разогреве нити накала электроны, бомбардирующие находящийся под положительным напряжением анод, заставляют его сегменты светиться.

Положительное напряжение необходимо также подать на сетку, соответствующую требуемой цифре (это и позволяет выбирать нужную цифру, поскольку отрицательное управляющее напряжение «гасит» цифру, даже если все анодные сегменты находятся под положительным потенциалом). Таким образом, на флуоресцентный индикатор, как и на газоразрядный, необходимо подавать несколько напряжений. Однако у вакуумных индикаторов напряжения и токи много меньше. В среднем для высвечивания символов высотой 15 мм на катод надо подавать 3 В, 75 мА; на сетку 18 В, 8,5 мА и на анод 18 В, 15 мА. Существуют микросхемы с диэлектрической изоляцией для управления вакуумными флуоресцентными индикаторами.

Изготовители стремятся сделать флуоресцентные индикаторы, как и индикаторы других типов, более эффективными (применяя улучшенные люминофоры), с тем чтобы уменьшить потребляемую мощность и увеличить долговечность индикаторов.

Непрерывно улучшается также конструкция индикаторов с нитями накаливания, таких, как индикатор «Нумитрон» фирмы RCA. Поскольку эти индикаторы изготавливаются в стеклянных колбах, внутри которых монтируются нити, образующие сегменты цифр, они не предназначаются для эксплуатации в экстремальных внешних условиях. Однако фирма RCA сообщила, что ею разработаны индикаторы закругленной формы, имеющие повышенную прочность, а также введены усовершенствования в конструкцию держателя сегментов.

Индикаторы с нитями накаливания потребляют обычно около 24 мА на сегмент при напряжении порядка 4,5 В. Но в номенклатуре фирмы RCA имелись индикаторы серии DR 2200, рассчитанные на меньшее напряжение (их выпуск прекращен). Сейчас индикаторы этой серии переработаны и проходят испытания на долговечность. Они потребляют около 14 мА на сегмент при напряжении 2,5 В.

Главными преимуществами индикаторов с нитями накаливания являются высокая яркость (которую к тому же легко регулировать) и практически неограниченный выбор цветных светофильтров. Конструкция плоская, обеспечивающая большой угол зрения. Благодаря тому что эти индикаторы имеют собственный источник нагрева, они работают в широком диапазоне окружающих температур от —50 до +125°С.

Понравилась статья? Екатерина говорит: поделись с друзьями!