Файл: Прикладная электролюминесценция..pdf

Г л а в а 7

СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМИ ИНДИКАТОРАМИ

Непосредственное возбуждение ЭЛК как ячейки многоэлементного устройства связано с двумя неприят­ ностями: необходимостью иметь большие амплитуды сигнала и невозможностью получить регулируемую дли­ тельность свечения на заданном уровне при кратковре­ менном возбуждении ЭЛК. Поэтому возникла необходи­ мость создания элементов, управляющих величиной и длительностью свечения ЭЛК по командам—сигналам

малой (обычно микросекундной) длительности. Эта за­ дача частично была решена созданием внешних по отно­ шению к экрану управляющих элементов—накопителей (гл. 6). Можно рассмотреть возможность введения управляющих элементов непосредственно в каждый ЭЛК индикаторных ^устройств с малым числом ячеек.

. 284

Количество необходимых для воспроизведения информа­ ции светящихся элементов, а также требования к самим элементам можно снизить, если подавать на индикатор предварительно обработанную и закодированную инфор­ мацию. Например, в знаковом индикаторе может быть 1 000—2 000 элементов, что на 2—3 порядка меньше, чем в телевизионном экране, способном передать то же коли­ чество знаков. Кроме того, достаточно, чтобы каждый элемент имел только два состояния.

Ниже оцениваются возможности использования уп­ равляющих элементов разного типа и рассмотрены неко­ торые наиболее интересные материалы и устройства, пригодные для управления яркостью ЭЛК.

7.1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И ФЕРРИТОВЫЕ УПРАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Динисторы

Динистор [1] представляет собой двухэлектродный по­ лупроводниковый прибор, состоящий из четырех обла­ стей с чередующимся типом проводимости (р—и—р—п) (рис. 7.1,а). Типичная вольт-амперная характеристика динистора приведена на рис. 7.1,6, где за положительное направление тока взят ток, втекающий в слой р~типа. На характеристике имеются три участка: 3 — участок с большим сопротивлением, 2 — участок с отрицательным сопротивлением и 1 — участок с малым сопротивлением. Появление участка с отрицательным сопротивлением можно объяснить следующим образом. Внешнее напря­ жение приложено в основном к переходу II, который бу­ дет работать как коллектор. Переходы I и III окажутся открытыми и переход I будет являться эмиттером, ин­ жектируя дырки в область ti\, которая выполняет роль базы. Инжектированные дырки, пройдя коллектор II, появятся во второй базе pz. Их нескомпенсированный объемный заряд будет понижать высоту потенциального барьера III и вызывать встречную инжекцию электро­ нов. Аналогично электроны, инжектируемые из области Иг, вызывают встречную инжекцию дырок из области pi. Таким образом, обе крайние области выполняют роль эмиттеров, взаимно стремящихся повысить инжекцию. Этим создаются все необходимые предпосылки для ла­

285

винного процесса, который начинается при определен­ ном напряжении (участок 2). Участок 1 характеризуется отпиранием всех трех переходов и малым сопротивлени­ ем, определяемым суммарным сопротивлением открытых переходов.

При наличии участка отрицательного сопротивления можно получать на динисторах простейшие схемы устройств с двумя устойчивыми состояниями, например, подключив к источнику питания последовательно динистор и омическое сопротивление. Точки пересечения на­ грузочной прямой а—в—с с вольт-амперной характери­ стикой динистора характеризуют возможные режимы работы (рис. 7.1,6). Точки а я с соответствуют устойчи­ вым состояниям, точка b — неустойчивому. Поэтому снйжение рабочего напряжения ниже Ut переводит систему в устойчивое состояние с малой проводимостью (закры­ тый динистор). Закрытое состояние будет существовать до тех пор, пока напряжение питания не превысит U& при котором система скачком перейдет в состояние с вы­ сокой проводимостью (открытый динистор).

Существенным недостатком двухполюсной р—п—р—-п структуры является невозможность управлять величиной напряжения переключения. Эту задачу решает тринистор, который отличается от динистора наличием третье­ го вывода от одного из внутренних слоев (базы) р—п—р—п структуры. Полярность управляющего на­ пряжения должна обеспечивать отпирание эмиттерного перехода и смещать характеристику в область малых напряжений (рис. 7.2). При достаточно больших токах в управляющем электроде вольт-амперная характеристи­ ка вырождается в кривую, характеризующую прямую ветвь диода. В тринисторе переход в открытое состояние достигается кратковременным увеличением тока управ­ ляющего электрода и не связан с обязательным повыше­ нием рабочего напряжения. Возвращение к закрытому состоянию требует снижения тока через структуру до величины, меньшей тока выключения. Это можно до­ стигнуть либо, как указано на рис. 7.1, снижением рабо­ чего напряжения, либо изменением величины нагрузоч­ ного сопротивления.

Основные параметры разработанных динисторов и тринисторов: рабочее напряжение до 300—400 В, паде­ ние напряжения на включенном приборе 1—4 В, ток вы­ ключения до 3 мА, величина управляющего тока выше

286.

10 мА, амплитуда управляющего напряжения менее

5 В. Кроме описанных общеизвестных свойств некото­ рые типы тринисторов {2] имеют характеристику двусто­ роннего ключа. В таких тринисторах при подаче управ­ ляющего импульса значительно меняется также отрица­ тельная ветвь вольт-амперной характеристики (рис. 7.2). Это может использоваться для управления величиной проходящего через тринистор переменного тока. К сожа­ лению, обратная ветвь характеристики не имеет состоя­ ния с отрицательным сопротивлением. Поэтому, работая в режиме двустороннего ключа, тринисторы не могут «помнить».

Трансфлюксоры

Трансфлюксорный элемент (3] длительное время счи­ тался наиболее перспективным в качестве управляющего элемента ЭЛК. В отличие от многих управляющих яче­ ек он может помнить многоградационный сигнал и до­ статочно просто может быть включен в матричную схе-

Рис. 7.3. Трансфлюксор в закрытом (а) и открытом (б) состояниях.

му. Наиболее прост и доступен для массового изготовле­ ния трансфлюксор с двумя отверстиями (рис. 7.3), кото­ рые делят магнитопровод ферритового кольца на три <участка. Сечение магнитопровода 1 больше суммы сече­ ний магнитопроводов 2 и 3. На ферритовое кольцо с пря­ моугольной петлей гистерезиса намотаны обмотка управ­ ления w1, обмотка возбуждения w2 и выходнаяобмот­

ка w3. Рассмотрим два предельных случая работы трансфлюксора: закрытое и открытое состояния.

Первое состояние возникнет после подачи в обмотку W\ запирающего импульса, который создает намагни-

2Ц7

ценность материала кольца в направлении, показанном стрелками на рис. 7.3,а. В этом случае синусоидальный ток, проходящий по обмотке ш2, стремится перемагни-

рис. 7.3,а видно, что при любом направлении тока всег­ да окажется необходимым дополнительно намагничивать один из участков ( 2 или 3 в зависимости от направления

тока). Магнитное сопротивление участков дополнитель­ ного намагничивания очень велико и вся магнитодвижу­ щая сила будет приложена к этому участку. В результа­ те второй участок не будет перемагничиваться и намаг­ ниченность в районе малого кольца не изменится. Со­ ответственно не будет индуцироваться э. д с. в об­ мотке Ш3.

Второе состояние создается при подаче в обмотку а>2

открывающего импульса противоположной полярности. Этот импульс будет стремиться перемагнитить ферри­ товое кольцо в противоположном направлении. Перемагничивающий ток убывает в радиальном направлении, и поэтому можно так выбрать амплитуду импульса, что будут перемагничены только ближайшие к большому отверстию участки магнитопровода (рис. 7.3,6). Теперь переменный ток обмотки возбуждения будет периодиче­ ски перемагничивать материал сердечника на участках 2 и 3 в зоне малого отверстия и в выходной цепи будет

индуктироваться переменное напряжение.

Уменьшение управляющего импульса сузит область перемагничивания на участке 2 и уменьшит амплитуду

напряжения в выходной цепи. Обычно трансфлюксор ра­ ботает при подаче несимметричного напряжения, в кото­ ром импульсы положительной полярности по амплитуде отличаются от отрицательных импульсов. В этом случае удается повысить величину тока в цепи обмотки возбуж­ дения, не опасаясь самопроизвольного открывания трансфлюксора. Выбор амплитуды тока в цепи возбуж­ дения и величины управляющего импульса зависит от параметров ферритового кольца и температуры окру­ жающей среды. Это затрудняет применение трансфлюксоров. Кроме того,- неидеальная форма гистерезисной петли ухудшает отношение напряжений в выходной об­ мотке при открытом и закрытом состояниях трайсфлюксора.'Отношение напряжений фактически не пре­ вышает в малогабаритных трансфлюксорах 2—5, что

288

очень мало для большого числа применений *. Более перспективны разработанные в последнее время трехотверстные симметричные трансфлюксоры, в которых пре­ дусмотрено смещающее поле. М. М. Бодулин показал, что они по всем параметрам значительно превосходят двухотверстные трансфлюксоры.

Параметроны

В качестве устройства, запоминающего сигнал (ио не его вели­ чину), можно также применять параметроны [4—5]. Параметроны представляют собой резонансный контур, в котором специальный

параметрические колебания и на­ пряжение накачки в два раза отличаются по частоте и сфазиро-

ваны так, как показано на рис. 7.5, то возможна периодическая по дача энергии в контур, поддерживающая колебания в нем. Из

* Увеличение габаритов улучшает отношение напряжений, но это нежелательно как с точки зрения размеров устройства, так и даль­ нейшего возрастания мощности.