ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 150
Скачиваний: 2
минесценции импульсным напряжением, поскольку рно позволило бы выяснить, необходимо ли учитывать влия ние на срок службы только частоты повторения импуль сов или же всего спектра участвующих частот.
Эффективность ЭЛ К при синусоидальном и импульсном возбуждениях
Одним из важнейших параметров электролюминесцентных приборов является величина мощности, затрачи ваемой на создание требуемого светового потока. Кажу щаяся мощность, потребляемая конденсатором, опреде ляется формулой
WK= u V f + J l ■ |
(3.28) |
Здесь / а — активный ток; 1 с — емкостный ток и U — при
ложенное напряжение (в данном случае для простоты рассматривается синусоидальное напряжение). Так как, активные потери в ЭЛК сравнительно малы и емкостной ток значительно больше активного, то формулу (3.28) можно записать следующим образом:
|
|
W K= W v & U J c = (oCU* . |
(3.29) |
|||
Для большинства |
электролюминесцентных |
приборов |
||||
затрачиваемая |
мощность |
равна кажущейся |
мощности |
|||
или с учетом (3.29) реак |
|
|
||||
тивной |
мощности |
Wv. |
|
|
||
Только для приборов типа |
|
|
||||
светильников, у |
которых |
|
|
|||
величина излучающей |
по |
|
|
|||
верхности |
не |
меняется |
|
|
||
в процессе работы и не |
|
|
||||
требуется |
быстрого изме |
|
|
|||
нения рабочего |
напряже |
|
|
|||
ния, можно свести полные |
Рис. 3.21. Принципиальная (а) и |
|||||
' потери к активным поте |
||||||
эквивалентная (б) схемы выход |
||||||
рям в ЭЛК. Для них |
воз |
ного каскада коммутатора. |
||||
можно подключение ЭЛК
к резонансному LC-контуру с высокой добротностью, так чтобы через контур проходил только активный ток по терь. Если же в электролюминесцентном приборе коли чество подключаемых к питающему генератору элемен тарных емкостей будет изменяться в процессе работы
И 9
или необходима быстрая коммутация этих емкостей, то применение настроенного в резонанс контура с высокой добротностью исключается. В общем случае схемы вы ходного каскада коммутатора показаны на рис. 3.21.
Полная затрачиваемая мощность при условии, что внутренним сопротивлением источника напряжения мож но пренебречь, вычисляется по формуле
W = U2R2!(R22+ шД 2). |
(3.30) |
Здесь Rz — дополнительное сопротивление, необходимое для получения оптимальной добротности контура. Вели чина W обычно значительно больше мощности, погло щаемой в самом ЭЛКПоэтому именно W и определяет эффективность устройства в целом. Будем называть эф фективностью ЭЛК величину отношения F/W, где F — испускаемый ЭЛК световой поток. Для ее вычисления необходимо знать W. Если ввести обозначения
Х = 1/Сэл^ и Л = в/?,СЭЛ, |
(3.31) |
то после громоздких, но достаточно простых преобразо ваний получим
W = U J ЭЛ/[А (1 + Х2 А2)]. |
(3.32) |
При постоянной емкости величину А.можно выбирать сколь угодно большой (это равносильно большим значе ниям £д0 п), и тогда затрачиваемая мощность будет зна
чительно меньше реактивной мощности UJgjl. Совершен но другой результат получается, если Сэл меняется в про цессе работы. В этом случае, используя результаты ана лиза широкополосных усилителей |36], можно сказать, что А не должно превышать 0,6, если Х ^0,5. Подстав ляя значенияА и X в (3.32), приходим к выражению
Г ляС /эл==соСэл£/2. |
(3.33) |
Если А или X превышает указанные значения, то на пряжения на Сэл будет недопустимо меняться. Физиче ски это связано с тем, что при высокой добротности из менение емкости контура приведет к сильному уменьше нию напряжения на емкости по сравнению с резонанс ным значением. Уменьшение величины А равносильно ухудшению добротности контура (его резонансныхсвойетв) и меньшим изменениям напряжения на Сэл.
Интересно отметить, что при переходе от LCR-конту ра к обычной /?С-цепочке на выходе источника напряже
но
нйя затрачиваемая мощность возрастает, так как в этом случае максимальное значение Л при Х = 0 не превыша ет 0,2. Соответственно потери равны
W&5UJBa. |
(3.34) |
Таким образом, при расчете электролюминесцентных устройств необходимо учитывать потери мощности, неиз бежно возникающие в аппаратуре, формирующей воз буждающее напряжение.
Вторым важным обстоятельством, встречающимся в 'электролюминесцентных устройствах, является требо вание быстрой коммутации постоянных по величине ЭЛК, т. е. проблема создания кратковременных импульсов на пряжения на ЭЛК, для этого обычно используются П-образные импульсы двух типов: с синусоидальным за полнением и без него. Число периодов синусоиды в од ном импульсе обычно невелико и не превышает 3— 10. Поэотому целесообразно, чтобы длительность фронтов импульса не превышала одного — двух периодов сину соиды.
Начнем рассмотрение с первого случая. Затухание в контуре происходит тем быстрее, чем ниже доброт ность контура. При быстром затухании колебаний доб ротность будет порядка единицы. Учитывая, что доброт ность Q = (£>L/2= l/(i)C3a R tt l, получим
1 Г « ^ 2/Д « С /2(йСэл. |
(3.35) |
Отсюда следует, что и в этом случае потери определяют ся величиной реактивной мощности.
Рассмотрим случай прямоугольных импульсов. Для формирования импульсного напряжения выходное сопро тивление, как и в предыдущих случаях, должно содер жать активную составляющую, иначе возникает длитель ный колебательный процесс.
Полная энергия, затрачиваемая генератором на им пульсное возбуждение ЭЛК, складывается из потерь энергии при зарядке конденсатора и рассеивания энер гии, запасенной в конденсаторе в процессе его разряда. Простейший расчет показывает, что потери за период импульсного напряжения Т равны друг другу и в сумме составляют СЭЛД2. Соответственно полная мощность, за трачиваемая на возбуждение, равна
W=:CBXU*/T. (3.36)
151
Эта формула эквивалентна формулам (3.29), (3.33) й (3.35), поэтому следует сделать существенный для даль нейшего вывод: эффективность является важнейшим па раметров электролюминесцентных приборов, и именно из величины эффективности необходимо исходить при оцен ке параметров таких устройств. -
Этот вывод является общим, так как самые различ ные формы напряжения могут быть сведены к формам напряжений, рассмотренным выше.
Зависимость эффективности от условий возбуждения
Итак, в большинстве случаев эффективность ЭЛК опре деляется уравнением
G=F/(coCanf72) [лм/ВА]. |
(3.37) |
На рис. 3.22 и 3.23 приведены кривые, характеризующие зависимость эффективности от частоты и напряжения. Из рис. 3.22 следует, что функция G(f) для большинства
Рис. 3.22. Зависимость эффективно |
Рис. 3.23. Зависимость эф |
сти ЭЛК от частоты при различных |
фективности ЭЛК от напря |
уровнях возбуждающего напряжения. |
жения при различных ча |
(6 = 70 мкм; концентрация люминофо |
стотах. |
ра 1,5 : 1 в ЭП-096). |
|
ЭЛК имеет максимум, положение которого сдвигается в область больших частот при увеличении напряжения. Функция G(U) имеет также максимум, положение кото рого зависит от частоты и с ее ростом сдвигается в сто рону больших напряжений (рис. 3.23).
152
Указанные зависимости эффективности подобны ана логичным зависимостям для светоотдачи, так как и та и другая величины в конечном счете определяются ана логичными величинами, и поэтому можно ожидать при мерно такой же ее зависимости от условий возбуждения. Единственным отличием этих величин является то, что светоотдача на несколько порядков выше эффективности.
Оценим величину эффективности для серийных наиболее рас пространенных ЭЛК. На частоте 400 Гц, при напряжении 200—220 В яркость свечения достигает 20—30 кд/м2 (нт). Если принять, что удельная емкость таких конденсаторов порядка 200 пФ/см2, то по
формуле |
(3.37) |
получаем |
G = 0,3 лм/ВА. Здесь принято, |
что све |
||
товой поток с |
площади 1 |
см2 |
при яркости, равной 20 |
нт, равен |
||
около |
6-10~3 лм. При частотах |
около 40 кГц эффективность будет |
||||
равна |
примерно 0,03 лм/ВА. Таким образом, для повышения эффек |
|||||
тивности |
необходимо снижать |
рабочую частоту до 400—1 000 Гц. |
||||
Ктакому же. выводу мы придем при анализе оптимальных режимов
сточки зрения срока службы ЭЛК. К сожалению, по многим причи нам частоты возбуждения в электролюминесцентных устройствах необходимо выбирать более высокие. Значительная доля трудностей, возникающих перед конструктором таких устройств, вызвана необ ходимостью преодоления этого противоречия.
Г л а в а 4
ТЕХНОЛОГИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ПРИБОРОВ
Факторы, определяющие яркость свечения ЭЛК, мож но резделить на следующие группы:
—условия возбуждения;
—свойства люминофора;
—свойства связующего;
—конструкция ЭЛК (соотношение люминофора и диэлектрика, толщина слоя).
Влияние условий возбуждения на яркость свечения
изложено в § 3.2 и 3.3. Ниже приведены сведения, каса ющиеся роли свойств люминофора и связующего в ЭЛК и их соотношения в слое.
4.1. РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ СВОЙСТВ И КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО СЛОЯ
Формула, описывающая вольт-яркостную характери стику ЭЛК, может быть приближенно применена и к от дельной частице электролюминофора:
B = r B 0exp( — b4/ / U 4), |
(4.1) |
где U4 — напряжение на частице, а Ьч— коэффициент, характеризующий электролюминофор.
В работе ( 1 ] показано, что напряженность поля на ча
стице в ЭЛК приближенно равна
£/ч = |
(с?ср/8)ЗгЦэл/[2г -j- еэл — V (еэл — в)]. |
(4.2) |
|||
Здесь е — диэлектрическая постоянная |
связующего; |
||||
еЭл — диэлектрическая |
постоянная |
электролюминофора; |
|||
dcp — средний |
диаметр |
частиц; |
U an — напряжение |
на |
|
ЭЛК; б — толщина ЭЛК; V — объемная |
концентрация |
||||
электролюминофора в диэлектрике. |
|
|
|||
154