Вакуумні газонаповнені трубки

Роботу виконує Бородій Сергій 32гр.

Загальний опис (принцип дії)

Газорозрядний індикатор - іонний прилад для відображення інформації, що використовує тліючий розряд. У порівнянні з одиничним індикатором - неоновою лампою - володіє більш широкими можливостями. Для виготовлення відображає пристрої заданої складності газорозрядних індикаторів потрібно менше, ніж треба було б для порівнянного за складністю пристрою одиничних неонових ламп.

Газорозря́дна ла́мпа — розрядна лампа, електричний розряд якої відбувається в газі. Газорозрядні лампи працюють за допомогою баластів. Газорозрядна лампа належить до електронних пристроїв, джерел світла, що випромінюють світлову енергію у видимому діапазоні. Фізична основа — електричний розряд у парах металів. Останнім часом прийнято називати газорозрядні лампи розрядними лампами. Газорозрядні лампи являють собою сімейство штучних джерел світла, які створюють його шляхом пропускання електричного розряду крізь іонізований газ у плазмі. Як правило, у таких лампах використовується інертний газ: аргон, неон, криптон і ксенон або суміш цих газів. Деякі включають у себе додаткові речовини, такі як ртуть, натрій, і нітрати металів, які випаровуються під час запуску, щоби стати частиною газової суміші. У процесі роботи газ іонізується, і вільні електрони, які прискорено електричним полем у трубці, стикаються з атомами газу. Коли збуджений електрон повертається до більш низького енергетичного стану, він випускає фотон світла з характерною частотою. Колір отриманого світла, залежить від спектра випромінювання атомів, що складають газ, а також тиску газу. Газорозрядні лампи можуть випромінювати широкий діапазон кольорів. Деякі лампи виробляють ультрафіолетове випромінювання, яке перетворюється у видиме світло, за допомогою флуоресцентного покриття на внутрішньому боці скла поверхні лампи.

Історична довідка

Спочатку джерела випромінювання застосовувались виключно для освітлення, тому розвиток джерел світла був тісно пов’язаний із потребами людини в штучному освітлені. На протязі багатьох віків джерела світла (а точніше вогню) залишались практично без змін. Це можна пояснити тим, що довгий час людина не мала потреби у вдосконаленні джерел світла. Цей «застій» у розвитку джерел випромінювання був порушений бурхливим розвитком промисловості в кінці XVIII – на початку XIX віків. В XIX ст. техніка штучного освітлення, активним елементом котрого є джерело випромінювання, зробила великий стрибок. На початку XIX ст. був винайдений парафін та стеарин, що дозволило відмовитись від свічок із сала. Раніше, в кінці XVIIIст. були застосовані лампові скла і пустотілі гніти. В середині XIX ст. в лампах було використано нове пальне – гас. Вдосконалення конструкцій гасових ламп дозволило суттєво покращити штучне освітлення, й найбільш раціональні конструкції цих ламп застосовуються досі. Судячи по описах того періоду, найбільше враження на початку XIX ст. викликала поява газового освітлення. В другій половині XIX ст. широке розповсюдження стало отримувати електричне освітлення, що активно витісняло всі інші види освітлення. Боротьба з лампами розжарювання супроводжувалась вдосконаленням установок газового освітлення, що призвело до створення ефективних газорозжарювальних сіток. Після відкриття в 1800р. теплової дії електричного струму почались досліди по отриманню світла шляхом розжарювання дротини струмом. В 1801р. Тенард і Готро (Франція) – показали принципову можливість нагріву тонкої дротини до температури видимого свічення. В 1802р. Деві струмом від гальванічної батареї доводив до яскравого свічення тонку платинову дротину, температура плавлення якої близько 1750°С. Було встановлено, що збільшення температури тонкої дротини можна в значній мірі змінювати випромінювання, а тому почались пошуки матеріалів, котрі могли б працювати при підвищеній температурі. Так як платина не окислювалась на повітрі, то перші пошуки були пов’язані з матеріалом. В 1840р. Граве створив лампу із платиновим спіральним тілом розжарювання, але конструкція була не досконалою і дальше лабораторії зразок не пішов. В 1865 – 1869рр. Адамс вирішив проблему щільного впаю електродів у скло, вказана робота спільно з винаходом Шпренгеля в 1865р. ртутного насосу дозволила суттєво просунутись у розробці ефективних ламп розжарювання. Чисельні роботи в цій області довгі роки не давали задовільних результатів. Лише 1872р. успіх супроводжував російського винахідника і конструктора А.Н.Ладиніна, котрий запропонував джерело світла, в принципі схожий з сучасною лампою розжарювання (рис1.1.а). Він помістив у скляний балон вугільний стрижень, випиляний із реторного вугілля (отриманого при сухій перегонці деревини), і пропустив через нього струм. Стрижень розігрівався й яскраво світився. Кисень всередині балону поглинався за рахунок згоряння частини вугілля (вакуумної техніки на той час не було). Частина вугілля, що залишилась відносно довго працювала, випромінюючи світло. Пізніше лампа була вдосконалена В.Ф.Дідріхсоном (рис1.1.б), котрий розмістив в балоні декілька вугільних стрижнів, що автоматично перемикались по мірі перегоряння.

Файл:Image00ІВАІВА.jpg

В 1802р. Російський фізик В. В. Петров відкрив явище електричної дуги між вугільними електродами і відзначив її світлові якості, підказав тим самим можливість використання цього явища з метою освітлення. В 1876р. російський винахідник П. Н. Яблочков використав для отримання світла електричну дугу. В лампі Яблочкова, котра ввійшла в історію під назвою «свічка Яблочкова» являла собою відкриту вугільну дугу, в якості електродів були застосовані два вугільних стрижня, розміщені паралельно й розділені проміжком із суміші каоліну з магнезією. Лампа П. Н. Яблочкова демонструвалась на виставці в Петербурзі у 1881р. У 1879р. американський вчений Т. А. Едісон вдосконалив лампу Ладиніна, застосувавши для тіла розжарювання вугільний волосок, отриманий шляхом обвуглювання довгих і тонких бамбукових волокон, і відкачав із балону повітря (рис.1.2.а). Конструкція лампи була достатньо технологічною, що дозволило організувати промислове виробництво ламп з вугільною ниткою (рис.1.2.б). Лампи розжарювання починають широко впроваджуватись в практику електричного освітлення в багатьох країнах, в тому числі в Росії.

В 1890р. А.Н.Ладинін демонстрував лампу з тілом розжарювання у вигляді нитки із тугоплавкого металу – молібдену. Ця ідея виявилась дуже плідною. Для виготовлення тіла розжарювання намагались використовувати платину, осмій, цирконій, тантал і нарешті вольфрам, котрий витіснив усі інші метали. Перші зразки ламп із застосуванням вольфраму з`явились в 1903р., в 1906р. почався промисловий випуск вакуумних ламп з прямою вольфрамовою тягнутою ниткою (рис.1.3). В 1897р. Нернст, використовуючи властивості окислів деяких металів, передусім торію, церію, цирконію, ітрію, та ербію ставати при високих температурах провідниками, створив лампу, в котрій застосував стрижні із магнезії, в подальшому замінивши її оксидами перерахованих матеріалів. В 1913р. американський вчений І.Ленгмюр запропонував наповнювати лампу розжарювання нейтральним газом і використовувати спіралізоване тіло розжарювання замість ниткоподібного. Ці заходи дозволили зменшити температурне розпилення вольфрової дротини і за рахунок цього збільшити тривалість горіння (термін служби) лампи. І.Ленгмюру належить теоретична і практична розробка спіральних вакуумних і газонаповнених ламп (рис.1.4. а, б).

Рис.1.4. Вакуумні та газонаповнені лампи розжарювання: а) – спіральна вакуумна лампа; б) – спіральна газонаповнена лампа; в) – біспіральна криптонова лампа. В 1914р. були винайдені газонаповнені лампи розжарювання з біспіральним (двічі спіралізованим) тілом розжарювання. Але вони довго не отримували практичного застосування із-за сильного провисання тіла розжарювання. Тільки в 1935р., після розробки технології виготовлення формостійкого вольфраму, почалось їх масове виробництво. З 1936р. в якості газів – наповнювачів лампи стали використовувати криптон (рис.1.4. в) і ксенон. Практичне використання свічення електричного розряду в газі з метою освітлення почалось у 1893р., коли американський інженер Ф.Мур запропонував конструкцію трубок, що світяться, наповнених розрідженими газами (азот та вуглекислота). Цій події передували дослідження багатьох вчених в галузі створення джерел струму, отримання вакууму, вивчення властивостей і різноманітності газового розряду. У 1910р. для трубок, що світяться, почали застосовувати неон, аргон та інші гази, що дозволило спростити їх конструкцію. Паралельно створювались й трубки, що світяться, наповнені парами металів. Першою такою лампою, що використовувала свічення парів ртуті, була ртутна лампа І.Репьєва, запропонована в 1879р. В 1900 – 1901рр. в ці лампи були введені конструктивні вдосконалення, котрі зробили їх зручними для практичного застосування. В результаті розпочатих у 1904р. робіт, пов`язаних з використанням для ртутних ламп кварцових колб, була створена надійна конструкція ламп з металевими виводами (1912–1913рр.) та твердими оксидними катодами (1930 – 1932рр.).

Рис.1.5. Люмінесцентні лампи: а) – низького тиску; б) – високого тиску (ДРЛ). Ці лампи були інтенсивними джерелами випромінювання в ультрафіолетовій області спектру. На рис.1.5 зображені два типи ламп високого і надвисокого тиску. Перша (типу ДРТ), в циліндричній колбі, являє собою ефективне джерело ультрафіолетового випромінювання, а друга (типу ДРШ), з короткою дугою в кульовій кварцовій колбі, наповнена ртутними парами, володіє високою яскравістю, в десятки й сотні раз перевершуючи яскравість ламп розжарювання. У 1919р. з`явились і почали розповсюджуватись лампи з парами натрію низького тиску. В кінці 30–х років почались дослідження по створенню інтенсивних джерел світла з малою тривалістю свічення (імпульсні лампи). Однак, незважаючи на значно вищий, ніж у ламп розжарювання, ККД, вказані вище газорозрядні лампи не знайшли широкого застосування для загального освітлення, так як вони мають лінійчатий спектр випромінювання та сильно спотворюють колір освітлюваних предметів. В 1931р. академік С.І.Вавілов запропонував можливість застосування в газорозрядних лампах люмінофорів для перетворення ультрафіолетового випромінювання ртутного розряду у видиме випромінювання з неперервним спектром. Ця ідея була реалізована в люмінесцентних лампах низького тиску (рис.1.6.а), масовий випуск яких розпочався в СРСР у 1938р. Вони стали першими газорозрядними джерелами світла, котрі поряд з лампами розжарювання знайшли масове застосування для освітлення. Цьому сприяла висока ефективність люмінесцентних ламп (світлова віддача яких в 2 – 5 і термін служби в 5 – 15 разів вище, ніж у ламп розжарювання), а також технологічність конструкції, що дозволила організувати високомеханізоване виробництво. На рис. 1.6 зображені деякі типи люмінесцентних ламп [а) – пряма; б) - жолобкова; в) – кільцева; г) - U–подібна; д) – W–подібна]. Починаючи з 1951р. починають швидко розповсюджуватись ртутно – кварцові лампи високого тиску з нанесеним на внутрішню стінку зовнішньої колби люмінофором – лампи ДРЛ (рис.1.5.б). Їх світлова віддача сягає зараз 60лм/Вт, а термін служби 12 – 15тис.год. Виробництво таких ламп добре механізовано.

Рис.1.6. Деякі типи люмінесцентних ламп низького тиску: а) – пряма; б) - жолобкова; в) – кільцева; г) - U–подібна; д) – W–подібна У 1959р. були створені галогенні лампи розжарювання в кварцовій колбі, що відкрили нову сторінку в розвитку теплових джерел світла. Введення галогенів (наприклад, йоду) в лампу забезпечувало при певних умовах зворотній перенос частинок вольфраму, що випарувався, зі стінок колби на тіло розжарювання.

Рис.1.7. Галогенна лампа розжарювання Рис.1.8. Натрієва лампа високого тиску. При цьому колба в процесі роботи залишається прозорою, світловий потік – більш стабільний, що дозволило суттєво зменшити розміри лампи в порівнянні із звичайними лампами такої ж потужності. Відносно малі розміри цих ламп й висока міцність кварцових оболонок дозволила підвищити тиск наповнюючого лампу середовища до 4 – 5*105Па ( 3000 – 4000мм.рт.ст.) і тим самим суттєво збільшити термін служби галогенних ламп (приблизно в 2 рази) в порівнянні з лампами розжарювання. Галогенні лампи різних типорозмірів використовуються для інфрачервоного нагріву, прожекторного освітлення, автотранспорту, оптичних пристроїв, кіно-, теле- , й фотознімальної апаратури (рис.1.7). Винайдення галогенних ламп розжарювання наштовхнуло на думку використовувати цикли в парах найпростіших хімічних з`єднань в газорозрядних лампах. Це дозволяє створювати лампи, які поєднують високу світлову віддачу та хорошу кольоропередачу, притаманну люмінесцентним лампам, з високою потужністю випромінювання, котрою вирізняються ртутні лампи високого тиску. Так з`явились металогалогенні (типу ДРИ), тобто ртутні лампи високого тиску з введеними йодидами натрію, талію, індію та ін. Світлова віддача цих ламп сягає 80 – 90лм/Вт, що в 1,5 – 2 рази більше, ніж у аналогічних ламп типу ДРЛ. Важливим досягненням є впровадження у виробництво натрієвих ламп високого тиску (рис.1.8), що мають світлову віддачу до 110 – 120лм/Вт, термін служби близько 20тис.год. та задовільну кольоропередачу, що стало можливим завдяки створенню прозорих трубок-колб із полікристалічного окису алюмінію. Такі колби можуть працювати при більш високій температурі, ніж кварцові, й протидіяти впливу розряду в парах лужних і лужноземельних металів.

Технічні характеристики

Безперервні лінійні газорозрядні індикатори представлені моделями ІН-9 і ІН-13. Їх історія дуже цікава. На початку XX століття у Великобританії існувала націнка на радіоприймачі, розмір якої визначався кількістю ламп в них. Це стримувало застосування в масових апаратах індикаторів настройки типу «магічний очей», оскільки вони також вважалися радиолампами. Для вирішення цієї проблеми був розроблений газорозрядне прилад під назвою «тюнеон» (моделі 3184), який, на відміну від «магічного ока», лампою не зважав і націнкою не встановлювався. Пізніше були випущені і інші прилади з аналогічним принципом дії.

Коли націнку скасували, «тюнеон» був майже забутий навіть в Великобританії, проте, потім пережив друге народження. Після початку масового поширення в СРСР наприкінці 1960-х років повністю напівпровідникової звукової апаратури виникла задача випуску економічного по споживанню струму немеханічного безперервного аналогового індикатора для неї. «Магічний очей», що має непрямий напруження, мало підійшов для використання в такій апаратурі, оскільки часто його споживана потужність виявлялася більше, ніж у всіх інших вузлів апарату разом узятих. Також обсяг випуску надмініатюрний «магічного ока» прямого напруження типу 1Е4А був недостатній. І ось тоді радянські інженери згадали про «тюнеоне». Так з'явилися прилади ІН-9 і ІН-13, розроблені спеціально для застосування в якості індикаторів виключно в повністю напівпровідникової апаратури, що відповідають вимогам технічної естетики і добре узгоджуються з її дизайном. Вони виявилися настільки вдалими, що випускалися до середини 1990-х років, і в цьому використання в самій різній техніці, від вольтметрів Латров до шкал стереофонических УКХ-ФМ тюнерів «Ласпі», індикаторів рівня в мікшерних пультах і терменвокс та ін. До наших днів дожила значна кількість індикаторів ІН-9 і ІН-13 і апаратури з їх застосуванням.

Існує і ще одне, нестандартне, застосування індикаторів цих типів: з приладів, включених «на повну потужність» (щоб світиться стовп займав всю довжину балона), складається саморобний семисегментний індикатор. Табло для спортзалів, що працює на цьому принципі, описано в одному з номерів журналу «Радіо».

Дискретні рядні індикатори представлені моделями ІН-20 і ІН-26 (з переміщається точкою), ІН-31, ІН-33, ІН-34-1, ІН-34-2, ІН-36, ІГТ1-256, ІГТ1-103Р , ІГТ2-103Р (зі стовпом змінюється довжини, складеним з точок). Багато дискретні лінійні індикатори, з метою скорочення кількості висновків по відношенню до кількості поділів, забезпечені функцією підрахунку імпульсів за принципом, мало відрізняється від принципу дії декатрона.

В наші дні радіоаматори використовують індикатори даного типу, зокрема, ІН-33 і ІН-34-1, в саморобних конструкціях Знакові індикатори

Індикатор ІН-19В показує різні знаки Цей тип газорозрядних індикаторів є, мабуть, найвідомішим і впізнаваним. У більшості випадків, словосполучення «газорозрядне індикатор» застосовується саме в їх відношенні. Також відомо, що до початку 1970-х років у радянській технічній літературі стосовно такими індикаторами застосовувався нині майже забутий термін «цифрова лампа» (по всій видимості, калька з німецького «Ziffernröhre»).

Знакові індикатори представлені моделями зі знаками у вигляді цифр: ІН-1, ІН-2, ІН-4, ІН-8, ІН-8-2, ІН-12А, ІН-12Б, ІН-14, ІН-16, ін- 17, ІН-18, зі знаками у вигляді букв, позначень фізичних величин та інших спеціальних символів: ІН-5А, ІН-5Б, ІН-7, ІН7А, ІН-7Б, ІН-15А, ІН-15Б, ІН-19А, ІН-19Б, ІН-19В.

Індикатори ІН-12 знамениті тим, що встановлювалися в електронні ваги 1261ВН-3ЦТ «Діна». Застосовуються вони і в інших, що збереглися до наших днів пристроях, зокрема, в ігровому автоматі «Кегельбан», пульті управління рентгенівського апарату РУМ-20М. Самі індикатори цього типу дефіциту не уявляють. Індикаторами ІН-14 пощастило більше: збереглася значна кількість мікрокалькуляторів «Електроніка-155», «Іскра» різних моделей, всякого роду лабораторної вимірювальної апаратури, де застосовані ці індикатори. Індикатори схожі на ІН-1 або ІН-4, застосовані в автоматах для розміну монет, малогабаритні ІН-2 - в автоматах з продажу квитків на приміські поїзди, відомості про збережених примірниках яких також відсутні.

Багаторозрядні знакові газорозрядні індикатори типу «пандікон» у вітчизняній практиці поширення не отримали.

 == газорозрядні лампи == Поділяються на розрядні лампи високого та низького тиску. Переважна більшість розрядних ламп працюють у парах ртуті. Мають високу ефективність перетворення електричної енергії на світлову. Ефективність (світлова віддача) вимірюється у люменах на ват (Лм/Вт). Найбільшу ефективність, на сьогоднішній день, мають лампи розрядні у парах натрію (ДНаТ) — 150—200 Лм / Вт. Крім цього виду розрядних ламп дуже поширено люмінесцентні лампи (ЛЛ, розрядні лампи низького тиску), металогалогенні лампи (МГЛ або ДРИ), дугові ртутні люмінесцентні лампи (ДРЛ). Менш поширеними є лампи з розрядом у парах ксенона (ДКсТ).

Розрядні джерела світла (газорозрядні лампи) поступово та впевнено витісняють звичні раніше лампи розжарювання, однак недоліками залишаються лінійчатий спектр випромінювання, стомлюваність від мерехтіння світла, шум пускорегулювальної апаратури (ПРА), шкідливість парів ртуті в разі потрапляння у приміщення у разі руйнування колби, неможливість миттєвого перезапуску для більшості ламп високого тиску.

В умовах тривалого зростання цін на енергоносії та подорожчання освітлювальної арматури, ламп та складників ПРА найбільш нагальною стає потреба у впровадженні технологій, що дозволяють скоротити невиробничі витрати. В умовах подорожчання робочої сили виникає потреба у зниженні витрат на заміну ламп, що вийшли з ладу, особливо якщо їх встановлено у важкодоступних місцях.

Термін служби від 3 000 до 20 000 годин. Ефективність від 40 до 150 лм/Вт. Колір випромінювання: тепло-білий (3000 K) або нейтрально-білий (4200 K) Передача кольору: гарна (3000 K: Ra> 80), відмінна (4200 K: Ra> 90) Компактні розміри дуги випромінювання, дозволяють створювати світлові пучки високої інтенсивності

Сфера застосування

Магазини та вітрини, офіси та громадські місця

Декоративне зовнішнє освітлення: освітлення будинків та пішохідних зон

Художнє освітлення театрів, кіно та естради [професійне світлове обладнання]

В медицині

Фото, відео-матеріали

Список використаних джерел

Микушин А.В., Сажнев А.М., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. СПб, БХВ-Петербург, 2010.

Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. СПб, БХВ-Петербург, 2010.

Александр Ашихмин Цифровая схемотехника. Шаг за шагом. М, Диалог-МИФИ, 2008.

Дж. Ф. Уэкерли Проектирование цифровых устройств. М, Постмаркет, 2002.

Шило В. Л. "Популярные микросхемы КМОП" — М.: "Горячая Линия - Телеком" 2002

"CMOS Power Consumption and Cpd Calculation" "Texas Instruments" 1997

"Input and Output Characteristic of Digital Integrated Circuits" "Texas Instruments" 1996

"LOGIC MIGRATION GUIDE" "Texas Instruments" 2004