РАЗРЯДНОЕ ЛАМПОВОЕ УСТРОЙСТВО С ПЕРЕМЕННОЙ ЯРКОСТЬЮ Российский патент 1997 года по МПК H05B41/38 G09F9/313 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к разрядным лампам с переменной яркостью, используемым в основном для панелей отображения.

Разрядные ламповые устройства с переменной яркостью в основном применяют для крупных панелей отображения, в которых основной элемент изображения панели выполнен из газового разрядного элемента специальной конструкции, где различные аноды размещены в корпусе напротив обычного нагреваемого катодного электрода, а внутри корпуса флюоресцирующие слои, излучающие свет различного цвета, взаимодействуют с соответствующими анодными зонами [1]
Управление и работа таких панелей связаны с рядом проблем, некоторые из которых будут рассмотрены. Для получения хорошей разрешающей способности изображения необходимо, чтобы размер газовых разрядных ламп, предназначенных для этих целей, был небольшим. Обычно применяют довольно высокие напряжения в 50 60 В для обеспечения надежного зажигания и непрерывного разряда. Применение напряжения, величина которого больше величины, требуемой для поддержания разряжающего процесса, уменьшает производительность и вызывает нежелательную потерю тепла.

Другим недостатком является ограниченная долговечность нити разрядных ламп, работающей в пульсирующем режиме. Излучение, неровное вдоль поверхности катода, и сила излучения начинает уменьшаться в зонах нити даже после короткого рабочего периода. Это снижение постепенно распространяется на центральную часть нити. Со временем уровень излучения уменьшается, достигая центральной части нити, катод теряет свою излучающую способность, и лампа выходит из строя.

Специальные разрядные лампы, применяемые в панелях отображения данных, изготавливают ограниченно, поэтому они сравнительно дорогие.

Наиболее близким к изобретению является разрядное устройство с переменной яркостью, содержащее разрядную лампу с анодом и нагреваемым катодом, подключенным выводами ко вторичной обмотке накального трансформатора, соединенной к отрицательным выводам источника постоянного тока, положительный вывод которого связан с анодом лампы через цепь регулировки яркости [2]
Недостатками этого устройства являются значительные массогабаритные показатели из-за использования линейной газоразрядной лампы, низкая надежность функционирования, обусловленная отсутствием средств, автоматически поджигающих лампу в случае ее погасания, низкий КПД из-за необходимости использования напряжения, величина которого больше требуемой для поддержания разряда, в результате чего имеют место значительные потери энергии, низкая долговечность из-за усиленного износа нити катода.

Задачей изобретения является создание разрядного лампового устройства, обеспечивающего повышение срока службы, КПД, надежности функционирования и улучшение массогабаритных показателей.

Эта задача решается благодаря тому, что в разрядное ламповое устройство с переменной яркостью, содержащее разрядную лампу с анодом и натриевым катодом, подключенным выводами ко вторичной обмотке накального трансформатора, соединенной с отрицательным выводом источника постоянного тока, положительный вывод которого связан с анодом через цепь регулирования яркости, согласно изобретению введены генератор импульсов, формирующих импульсы через интервалы 1 2 с, и импульсный преобразователь, а лампа выполнена в виде комнатной лампы с емкостным электродом, перекрывающим часть ее корпуса, напряжение, необходимое для поддержания процесса разряда которой, составляет 33 35 В, при этом упомянутый генератор импульсов соединен через импульсный преобразователь с емкостным электродом лампы, а вторичная обмотка накального трансформатора соединена с отрицательным выводом источника постоянного тока своим средним выводом, причем упомянутый отрицательный вывод заземлен.

На фиг.1 показана схема цепи светового разрядного устройства; на фиг.2 - схема устройства панели отображения; на фиг.3 характеристика выбранных напряжений, измеряемых в световой разрядной лампе.

На фиг. 1 показана цепь управления компактной разрядной лампы 1. Нить 2 компактной разрядной лампы 1 соединена с накальным трансформатором 3, который обеспечивает постоянное напряжение нити, в то же время лампа имеет вторую нить, которая во время работы выполняет роль анода, иона не нагревается. Трансформатор 3 имеет вторичную обмотку, образующую напряжение нагрева в 7 в для лампы 1, а средний отвод 9 от вторичной обмотки соединен с отрицательным выводом источника силового постоянного тока, этот вывод заземлен.

Положительный вывод V + источника постоянного тока соединен с сопротивлением R1 и с последовательно соединенными управляемым переключателем 5 и вторым сопротивлением R2. Другие концы сопротивлений R1 и R2 соединены между собой и проводом 10 соединены с обеими выводами нити 4, расположенной в концевой части компактной разрядной лампы 1. Этот концевой участок расположен напротив участка, где расположена нить 2, образующая катод.

Управляемый переключатель 5 управляется прямоугольными импульсами регулируемой ширины. Во время действия этих импульсов управляемый переключатель 5 проводит при этом сопротивления R1 и R2 соединены параллельно. Во время периодов "выключено" импульсов управляемый переключатель 5 размыкается таким образом, между положительным выводом V+ и нитью 4 ток может протекать только через сопротивление R1.

Что касается варианта, показанного на фиг.1, зажигание компактной разрядной лампы 1 можно выполнить посредством емкостного электровода зажигания 6, занимающего часть корпуса лампы 1. Электрод зажигания 6 через импульсный преобразователь 7 соединен с генератором импульсов 8, формирующим импульсы зажигания интервалами в 1 2 с.

Если некоторые из компактных разрядных ламп 1 вместе с взаимодействующими цепями, как это показано на фиг.1, расположены рядами и колонками, то получается панель отображения данных в виде матрицы 2, показанная на фиг.2, с элементами изображения, образованными соответствующими компактными разрядными лампами. Панель цветного отображения получают, если каждый элемент изображения состоит из трех компактных разрядных ламп 1a, 1b и 1c, дающих красный, синий и зеленый свет. V-образная конструкция обычных компактных ламп и их стандартная ширина в 25 мм позволяет изготовление панели отображения 2, на которой размер изображения равен около 60 70 мм. На фиг.2 компактные лампы показаны только на первом элементе изображения, так как все другие элементы изображения имеют аналогичную конструкцию.

Прежде чем перейти к описанию работы схемы согласно изобретению обратимся к фиг.3, где рабочее напряжение между нитями 2 и 4 показано в виде функции времени.

Если номинальное напряжение нагрева, например переменный ток с частотой 50 Гц и напряжением 7 В, непрерывно поступает в нить 2 компактной разрядной лампы 1, тогда для схемы на фиг.1 нулевая линия питающего напряжения постоянного тока будут изменяться, как это показано на фиг.3. Напряжением нагрева в 7 В симметрично нулевой линии напряжения постоянного тока только потому, что трансформатор 3 подает напряжение, симметричное потенциалу заземления. Напряжение переменного тока в 7 В, приложенное к двум концам нити 2 распределяется равномерно по нити. Что касается нити 4, она служит в качестве анода, на фиг.3 кривая 2a показывает потенциал первого конца нити 2, кривая 2b показывает потенциал второго конца нити 2, в то время как нулевая ось, отмеченная позицией 2c, отражает потенциал средней части нити 2. Потенциалы двух концов нити 2 относительно анода соответствуют форме волн, где соответствующие напряжения переменного тока в ±3,5В налагаются на анодное напряжение постоянного тока. В компактной разрядной лампе 1 напряжение, необходимое для поддержания газового разряда, находится между 33 35 В. Если потенциал заземления предусмотрен в средней части нити 2, как это предложено изобретением, то нить 2 будет всегда иметь по крайней мере 50% вдоль участка, имеющего потенциал относительно противоположной нити 4, например, относительно анода, который по крайней мере такой же высокий, как напряжение вывода V + или выше, и этого участка достаточно для поддержания разряда. Таким образом, напряжение постоянного тока V+ можно регулировать на 33 35 В. Если точка нити 2 рассматривается как мгновенный максимум излучения тока, который довольно отрицательный в сравнении с анодом, то, что касается кривых на фиг. 3, станет ясно, что во время каждого периода напряжения нагрева эта точка перемещается непрерывно и постепенно вдоль нити 2, например максимальное излучение не может взаимодействовать с какой-либо дискретной частью нити. Из этого свойства следует, что во время работы истирание активного катодного материала будет протекать равномерно по длине нити, что увеличивает долговечность катода.

Если бы отрицательный вывод питающего напряжения постоянного тока приложили к концевой точке нити 2, то потенциал этой концевой точки образовал бы нулевую линию 2C (см. фиг.3), а напряжение другой концевой точки стало бы соответствовать кривой 2A, но в этом случае эффективная величина напряжения стала бы 7 вместо 3.5 B, как в предыдущем случае. Если потенциал этой другой концевой точки расположен в положительном полупериоде относительно нулевой линии, то мгновенная величина анодно-катодного напряжения меньше напряжения постоянного тока по всей нити и состояние разряда в лампе можно поддерживать только, если напряжение постоянного тока приложено к нити 4, которое на 7 В выше, чем в предшествующем случае. А это означает, что напряжение постоянного тока приблизительно 40 B необходимо применить вместо минимально допустимой величины в 33 B, при этом средний уровень яркости света выше не станет. Такое устройство схемы привело бы к значительному снижению эффективности.

Также необходимо иметь в виду, что в случаях, когда отрицательный вывод питающего напряжения постоянного тока приложен непосредственно к концевой точке нити 2, во время первого полупериода напряжения нити первый конец нити окажется наиболее отрицательным местом в сравнении с анодом, в то время как во время другого полупериода эта точка будет другим концом нити. Таким образом, максимальное излучение попеременно будет приходится на две концевые точки нити. Это обстоятельство означает, что максимальная нагрузка будет приходиться на две концевые точки нити, а ток разряда будет неравномерно распределяться вдоль нити, причем износ нити также будет неравномерным. Если нулевой потенциал напряжения постоянного тока сместится в среднюю часть нити, как предлагается изобретением, то получат ожидаемую увеличенную долговечность и можно применить пониженное напряжение постоянного тока. Если две концевые точки нити 4, которая образует анод, соединить, то можно получить более равномерное распределение потенциала вдоль этой нити 4. Преимущества, получаемые при этом, не являются очень значительными, но от них отказаться нельзя.

После короткого анализа свойств излучения будет описан предпочтительный способ импульсного управления компактной разрядной лампой 1.

Генератор импульсов 8 соединен с электродом зажигания 6 через импульсный преобразователь 7. Хотя разряд можно начать посредством одного импульса зажигания, эти импульсы повторяют через интервалы в 1 2 с для обеспечения зажигания компактной разрядной лампы 1 в тех случаях, если по какой-либо случайной причине прерван анодный ток.

Величину тока разряда определяют положением управляемого переключателя 5. В положении "включено" переключателя 5 сопротивления R1 и R2 включены параллельно, и их величины подобраны так, чтобы обеспечить ток лампы около 150 микроампер. В этом случае лампа горит с максимальной яркостью. В положении "выключено" управляемого переключателя 5 минимальный ток в 1 1,5 мкА через сопротивление R1 может протекать через лампу, что совершенно достаточно для поддержания процесса разряда, причем не образуется заметного света. Сохраняемый процесс разряда представляет возможность для мгновенного увеличения тока в лампе, то есть без какой-либо задержки. Яркость света определяется отношением времени импульсов включения и выключения, подаваемых на вход управления переключателя 5, и это отношение можно легко изменять.

В каждом месте панели отображения 11 любой требуемый цвет и яркость можно отрегулировать путем соответствующего управления лампами. Скорость этого управления может быть выше, чем время реакции человеческого глаза, причем могут быть отображены движущиеся надписи и рисунки.

Преимущества изобретения, во-первых, состоят в увеличенной долговечности компактной разрядной лампы 1 благодаря предложенному нагреванию, во-вторых, в замене нитей 2 и 4, так как, если нагретая нить выйдет из строя или перестанет излучать, лампу можно поместить в гнездо в обратном положении, и положение нитей 2 и 4 изменится, а нить 4, которую вначале применяли в качестве анода, можно применить в качестве катода, а нить 2 можно использовать в качестве анода даже в неисправном виде, или если она вообще не изучает. Благодаря этому долговечность можно увеличить вдвое. Уменьшение рабочего напряжения постоянного тока экономит энергию. Другое существенное преимущество представляет возможность массового производства недорогих компактных разрядных ламп, являющихся деталями панели отображения 11, так как это в значительной степени уменьшает производственные расходы.

Использование: для световых панелей отображения. Сущность изобретения: устройство содержит разрядную лампу с нагреваемым катодом, цепь зажигания, соединенную с лампой, источник постоянного тока, соединенный с анодным и катодным электродами лампы, и цепь регулировки яркости света, соединенную с анодом лампы. Разрядная лампа выполнена в виде компактной разрядной трубки с двумя нитями, два конца первой нити соединены с выводом источника нагрева, отрицательный вывод источника постоянного тока соединен с источником нагрева, а цепь регулировки яркости света включает управляемый переключатель. В варианте изобретения с увеличенной долговечностью источник нагрева включает трансформатор, выводы первой нити соединены со вторичной обмоткой трансформатора, а отрицательный вывод источника постоянного тока соединен со средним отводом вторичной обмотки трансформатора. 3 ил.

Разрядное ламповое устройство с переменной яркостью, содержащее разрядную лампу с анодом и нагреваемым катодом, подключенным выводами к вторичной обмотке накального трансформатора, соединенной с отрицательным выводом источника постоянного тока, положительный вывод которого связан с анодом лампы через цепь регулировки яркости, отличающееся тем, что введены генератор импульсов, формирующий импульсы через интервалы 1 2 с, и импульсный преобразователь, а лампа выполнена в виде компактной лампы с емкостным электродом, перекрывающим часть ее корпуса, напряжение, необходимое для поддержания процесса разряда которой, составляет 33 35 В, при этом упомянутый генератор импульсов соединен через импульсный преобразователь с емкостным электродом лампы, а вторичная обмотка накального трансформатора соединена с отрицательным выводом источника постоянного тока своим средним выводом, причем упомянутый отрицательный вывод заземлен.