Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Полный вид типичного вакуумно-флуоресцентного дисплея, используемого в видеомагнитофоне
Крупный план ЧРП, выделяющий несколько нитей , натянутых пружинами из листового металла в правой части изображения.
Вакуумный люминесцентный дисплей с компакт-диска и двойной кассеты Hi-Fi. Все сегменты видны за счет внешнего ультрафиолетового освещения.
разные трубки ЧРП
7 сегментов8 сегментов (Sharp EL-8)14 сегментов
7 сегментов
0		8 сегментов
( Sharp EL-8 )		14 сегментов
0

Вакуумный флуоресцентный дисплей ( VFD ) представляет собой устройство дисплея , как только часто используется в бытовой электронике оборудовании , такие как кассетные видеомагнитофоны , автомобильные радиоприемники , и микроволновые печи . ЖК-дисплеи , OLED- дисплеи и светодиодные сегментные дисплеи в настоящее время в значительной степени вытеснили VFD.

ЧРП работает по принципу катодолюминесценции , примерно так же, как электронно-лучевая трубка , но работает при гораздо более низких напряжениях. Каждая трубка частотно-регулируемого привода имеет углеродный анод с люминофорным покрытием, который бомбардируется электронами, испускаемыми катодной нитью . [1] [2] Фактически, каждая лампа в VFD представляет собой триодную вакуумную лампу, потому что она также имеет сетку управления сеткой. [3]

В отличие от жидкокристаллических дисплеев , VFD излучает очень яркий свет с высокой контрастностью и может поддерживать элементы отображения различных цветов. Стандартные показатели освещенности для VFD составляют около 640 кд / м 2 с VFD высокой яркости, работающими на уровне 4000 кд / м 2 , а экспериментальные единицы - до 35 000 кд / м 2, в зависимости от напряжения привода и его времени. [3] Выбор цвета (который определяет характер люминофора) и яркости дисплея существенно влияют на срок службы ламп, который может варьироваться от 1500 часов для ярко-красного VFD до 30 000 часов для более распространенных зеленых. . [3] Кадмийв прошлом обычно использовался в люминофорах частотно-регулируемых приводов , но в современных частотно-регулируемых приводах, соответствующих требованиям RoHS , этот металл исключен из конструкции, вместо этого используются люминофоры, состоящие из матрицы щелочноземельных металлов и очень небольшого количества металлов группы III, легированных очень небольшими добавками. количества редкоземельных металлов. [4]

VFD могут отображать семисегментные цифры, многосегментные буквенно-цифровые символы или могут быть выполнены в виде точечной матрицы для отображения различных буквенно-цифровых символов и символов. На практике форма отображаемого изображения практически не ограничена: она зависит исключительно от формы люминофора на аноде (ах).

Первым частотно-регулируемым приводом был DM160 с одной индикацией, выпущенный Philips в 1959 году. [5] Первый многосегментный частотно-регулируемый привод был японским одноразрядным семисегментным устройством 1967 года. Дисплеи стали обычным явлением на калькуляторах и других устройствах бытовой электроники. [6] В конце 1980-х годов ежегодно производились сотни миллионов единиц. [7]

Дизайн [ править ]

Макро изображение цифры VFD с 3 горизонтальными вольфрамовыми проволоками и управляющей сеткой.

Устройство состоит из горячего катода ( нити ), сеток и анодов ( люминофор ), заключенных в стеклянную оболочку в условиях высокого вакуума . Катод состоит из тонких вольфрамовых проволок , покрытых оксидами щелочноземельных металлов ( оксиды бария, [2] стронция и кальция [8] [9] ), которые испускают электроны при нагревании до 650 ° C [2] электрическим током. . Эти электроны контролируются и рассеиваются сетками (сделанными с помощью фотохимической обработки).), изготовленные из тонкой (толщиной 50 микрон) нержавеющей стали. [2] Если электроны падают на покрытые люминофором анодные пластины, они флуоресцируют , испуская свет. В отличие от катодов традиционных электронных ламп, светящихся оранжевым светом, катоды частотно-регулируемого привода являются эффективными излучателями при гораздо более низких температурах и поэтому практически невидимы. [10] Анод состоит из стеклянной пластины с электропроводящими дорожками (каждая дорожка соединена с одним сегментом индикатора), покрытой изолятором, который затем частично протравливается для создания отверстий, которые затем заполняются проводником, например графитом., который, в свою очередь, покрыт люминофором. Это передает энергию от дорожки к сегменту. Форма люминофора будет определять форму сегментов VFD. Наиболее широко используется люминофор цинка , легированного медью активированный оксид цинка , [2] , который генерирует свет на длине волны пика 505 нм.

Катодная проволока, на которую нанесены оксиды, изготовлена ​​из вольфрама или сплава рутений-вольфрам. Оксиды в катодах нестабильны на воздухе, поэтому они наносятся на катод в виде карбонатов, катоды собираются в ЧРП, и катоды нагреваются, пропуская через них ток, находясь в вакууме ЧРП, чтобы преобразовать карбонаты в оксиды. [2] [9]

Принцип работы идентичен принципу работы лампового триода . Электроны могут достигать (и «освещать») данный элемент пластины, только если и сетка, и пластина имеют положительный потенциал по отношению к катоду. [11] Это позволяет организовывать дисплеи в виде мультиплексированных дисплеев, в которых несколько сеток и пластин образуют матрицу, сводя к минимуму количество требуемых сигнальных контактов. В примере дисплея видеомагнитофона, показанном справа, сетки расположены так, что одновременно высвечивается только одна цифра. Все похожие пластины на всех цифрах (например, все нижние левые пластины на всех цифрах) соединены параллельно. Один за другим микропроцессоруправление дисплеем включает цифру, помещая положительное напряжение на сетку этой цифры, а затем помещая положительное напряжение на соответствующие пластины. Электроны протекают через сетку цифр и ударяются о пластины с положительным потенциалом. Микропроцессор циклически подсвечивает цифры таким образом с достаточно высокой скоростью, чтобы создать иллюзию одновременного свечения всех цифр благодаря постоянному зрению .

Дополнительные индикаторы (в нашем примере «VCR», «Hi-Fi», «STEREO», «SAP» и т. Д.) Расположены так, как если бы они были сегментами дополнительной цифры или двух или дополнительных сегментов существующих цифр, и сканированные с использованием той же стратегии мультиплексирования, что и реальные цифры. Некоторые из этих дополнительных индикаторов могут использовать люминофор, излучающий свет другого цвета, например оранжевый.

Свет, излучаемый большинством VFD, содержит много цветов и часто может быть отфильтрован для повышения насыщенности цвета, обеспечивая темно-зеленый или темно-синий, в зависимости от прихоти дизайнеров продукта. Люминофоры, используемые в VFD, отличаются от люминофоров в электронно-лучевых дисплеях, поскольку они должны излучать приемлемую яркость при энергии электронов всего около 50 вольт по сравнению с несколькими тысячами вольт в ЭЛТ. [12]Изолирующий слой в ЧРП обычно черный, однако его можно удалить, чтобы дисплей оставался прозрачным. Дисплеи AMVFD со встроенной микросхемой драйвера доступны для приложений, требующих высокой яркости изображения и увеличенного количества пикселей. Люминофоры разных цветов можно накладывать друг на друга для получения градаций и различных цветовых сочетаний. Гибридные VFD включают как сегменты фиксированного дисплея, так и графический VFD в одном устройстве. ЧРП могут иметь сегменты дисплея, сетки и соответствующие схемы на их передней и задней пластиковых панелях с использованием центрального катода для обеих панелей, что позволяет увеличить плотность сегментов. Сегменты также можно разместить исключительно спереди, а не сзади, что улучшает углы обзора и яркость. [13] [14] [15] [16][17] [18] [19] [20] [21]

Используйте [ редактировать ]

Помимо яркости, у VFD есть преимущества, заключающиеся в том, что они прочны, недороги и легко конфигурируются для отображения широкого спектра настраиваемых сообщений, и, в отличие от ЖК-дисплеев, VFD не ограничены временем отклика перегруппировки жидких кристаллов и, таким образом, могут нормально работать в холодную погоду даже при минусовых температурах, что делает их идеальными для уличных устройств в холодном климате. На начальном этапе основным недостатком таких дисплеев было использование значительно большей мощности (0,2 Вт ), чем у простого ЖК-дисплея. Это считалось существенным недостатком оборудования с батарейным питанием, такого как калькуляторы, поэтому частотно-регулируемые приводы в конечном итоге стали использоваться в основном в оборудовании с питанием от источника переменного тока или мощных аккумуляторных батарей.

Цифровая панель кластера в 1990 - е годы Mercury Grand Marquis , в американский автомобиль .

В 1980-х годах этот дисплей начал использоваться в автомобилях, особенно там, где автопроизводители экспериментировали с цифровыми дисплеями для транспортных средств, таких как спидометры и одометры. Хорошим примером этого были автомобили Subaru высокого класса, выпущенные в начале 1980-х годов (называемые энтузиастами Subaru как digi-dash , или цифровая приборная панель ). Яркость VFD делает их подходящими для использования в автомобилях. Renault Espace и более старые модели Scenic использовали панели VFD для отображения всех функций на приборной панели, включая радио и панель с несколькими сообщениями. Они достаточно яркие, чтобы читать при ярком солнечном свете, а также имеют возможность регулировки яркости для использования ночью. Эта панель использует четыре цвета; обычный синий / зеленый, а также темно-синий, красный и желтый / оранжевый.

Эта технология также использовалась с 1979 до середины 1980-х годов в портативных электронных игровых приставках. В этих играх использовались яркие и четкие дисплеи, но размер самых больших электронных ламп, которые можно было изготовить недорого, сохранял размер дисплеев довольно маленьким, что часто требовало использования увеличительных линз Френеля . [ необходима цитата ] В то время как в более поздних играх использовались сложные многоцветные дисплеи, в ранних играх использовались цветовые эффекты с использованием прозрачных фильтров для изменения цвета (обычно светло-голубого) света, излучаемого люминофором. Высокое энергопотребление и высокая стоимость производства способствовали тому, что ЧРП перестали использоваться в качестве дисплея для видеоигр. LCD игрымогли быть произведены за небольшую часть цены, не требовали частой замены батарей (или адаптеров переменного тока) и были намного более портативными. С конца 1990-х годов цветные ЖК-дисплеи с активной матрицей с задней подсветкой могут дешево воспроизводить произвольные изображения любого цвета, что является заметным преимуществом по сравнению с VFD с фиксированным цветом и фиксированным символом. Это одна из основных причин снижения популярности частотно-регулируемых приводов, хотя они продолжают производиться. Многие недорогие DVD-плееры по-прежнему оснащены VFD.

С середины 1980-х годов VFD использовались для приложений, требующих меньших дисплеев с высокими характеристиками яркости, хотя теперь внедрение органических светодиодов (OLED) с высокой яркостью вытесняет VFD с этих рынков.

В Соединенных Штатах вакуумные флуоресцентные дисплеи когда-то широко использовались в качестве напольных индикаторов для лифтов компаниями Otis Elevator Company и Montgomery Elevator Company (первые с начала 1980-х до середины 2000-х, а вторые с середины 1980-х до середины 1990-х) .

В дополнение к широко используемому VFD с фиксированным символом также доступен графический тип, состоящий из массива индивидуально адресуемых пикселей. Эти более сложные дисплеи обеспечивают гибкость отображения произвольных изображений и могут по-прежнему быть полезным выбором для некоторых типов потребительского оборудования.

В VFD можно использовать мультиплексирование для уменьшения количества соединений, необходимых для управления дисплеем. [2]

Использовать как усилитель [ править ]

Некоторые радиолюбители экспериментировали с возможностями использования частотно-регулируемых приводов в качестве триодных усилителей . [22] [23] [24] В 2015 году Korg выпустила Nutube , аналоговый компонент звукового усилителя, основанный на технологии VFD. Nutube используется в таких приложениях, как гитарные усилители Vox [25] и усилитель для наушников Apex Sangaku. [26] Nutube продается компанией Korg, но производится компанией Noritake Itron. [27]

Fade [ править ]

Замирание иногда является проблемой VFD. Светоотдача со временем падает из-за падения излучения и снижения эффективности люминофора. Насколько быстро и насколько это упадет, зависит от конструкции и работы частотно-регулируемого привода. В некотором оборудовании потеря выходного сигнала VFD может вывести оборудование из строя. Затухание можно замедлить, используя микросхему драйвера дисплея для снижения напряжения, необходимого для управления частотно-регулируемым приводом. Замирание также может происходить из-за испарения и загрязнения катода. Люминофор, содержащий серу, более подвержен выцветанию. [2]

Эмиссию обычно можно восстановить, увеличив напряжение накала. Повышение напряжения на 33% может исправить умеренное замирание, а на 66% - сильное замирание. [ необходима цитата ] Это может сделать нити видимыми при использовании, хотя обычный зелено-синий фильтр VFD помогает уменьшить любой такой красный или оранжевый свет от нити.

История [ править ]

Из трех распространенных технологий отображения - VFD, LCD и LED - VFD был разработан первым. Он использовался в ранних портативных калькуляторах. Светодиодные дисплеи вытеснили VFD в этом случае, поскольку использованные очень маленькие светодиоды требовали меньше энергии, тем самым увеличивая срок службы батареи, хотя ранние светодиодные дисплеи имели проблемы с достижением однородных уровней яркости во всех сегментах дисплея. Позже ЖК-дисплеи вытеснили светодиоды, предложив еще более низкие требования к мощности.

Первым частотно-регулируемым приводом был DM160 с одной индикацией, выпущенный Philips в 1959 году. Он мог легко управляться транзисторами, поэтому был предназначен для компьютерных приложений, поскольку им было легче управлять, чем неоновым светом, и он имел более длительный срок службы, чем лампочка. Это было устаревшим из-за светодиодов. Японский одноразрядный семисегментный дисплей 1967 года с точки зрения анода был больше похож на Philips DM70 / DM71 Magic Eye, поскольку DM160 имеет анод со спиральной проволокой. Японский семисегментный ЧРП означает, что не нужно платить лицензионные отчисления за дисплеи настольных калькуляторов, как это было бы в случае использования неоновых цифр Nixies или Panaplex. В Великобритании изделия Philips производились и продавались компанией Mullard (почти полностью принадлежавшей Philips еще до Второй мировой войны).

Российская трубка ПЧ ИВ-15 очень похожа на DM160. DM160, DM70 / DM71 и российский IV-15 могут (как и панель VFD) использоваться как триоды . Таким образом, DM160 является самым маленьким частотно-регулируемым приводом и самым маленьким триодным клапаном. IV-15 немного другая форма (см фото DM160 и IV-15 для сравнения).

См. Также [ править ]

  • Трубка Nixie
  • Шестнадцатисегментный дисплей

Ссылки [ править ]

  1. ^ Сигео Шионоя; Уильям М. Йен (1998). Справочник по люминофору . CRC Press. п. 561. ISBN. 978-0-8493-7560-6.
  2. ^ a b c d e f g h Чен, Дж., Крэнтон, В., и Фин, М. (ред.). (2016). Справочник по технологии визуального отображения. DOI: 10.1007 / 978-3-319-14346-0 стр. 1610 и далее
  3. ^ a b c Джанглин Чен; Уэйн Крэнтон; Марк Фин (2011). Справочник по технологии визуального отображения . Springer. С. 1056, 1067–1068. ISBN 978-3-540-79566-7.
  4. ^ https://patents.google.com/patent/DE19534075A1/en
  5. ^ (HB9RXQ), Эрнст Эрб. «DM 160, пробирка DM160; Röhre DM 160 ID19445, ИНДИКАТОР, в гене» . www.radiomuseum.org .
  6. ^ Джозеф А. Кастеллано (редактор), Справочник по дисплейной технологии Gulf Professional Publishing, 1992 ISBN 0-12-163420-5, стр. 9 
  7. ^ Джозеф А. Кастеллано (ред) Справочник по технологии отображения Gulf Professional Publishing, 1992 ISBN 0-12-163420-5 страница 176 
  8. ^ "VFD ｜ Futaba Corporation" . www.futaba.co.jp .
  9. ^ a b https://patents.google.com/patent/GB2416073A/en?q=cathode&assignee=Futaba+Corp&oq=Futaba+Corp+cathode
  10. ↑ Джозеф А. Кастеллано (редактор), Справочник по технологии дисплеев , Gulf Professional Publishing, 1992 ISBN 0-12-163420-5 Глава 7 Вакуумные флуоресцентные дисплеи, стр. 163 и далее 
  11. ^ Elektrotechnik Tabellen Kommunikationselektronik (3-е изд.). Брауншвейг, Германия: Вестерманн. 1999. с. 110. ISBN 3142250379.
  12. ^ Уильям М. Йен, Шигео Шионоя, Хадзиме Ямамото (редакторы), Phosphor Handbook , CRC Press, 2007 ISBN 0-8493-3564-7 Глава 8 
  13. ^ "Front Luminous VFD ｜ Futaba Corporation" . www.futaba.co.jp .
  14. ^ "Bi-Planar VFD ｜ Futaba Corporation" . www.futaba.co.jp .
  15. ^ "Градация VFD ｜ Futaba Corporation" . www.futaba.co.jp .
  16. ^ "Гибридный VFD ｜ Futaba Corporation" . www.futaba.co.jp .
  17. ^ "VFD (вакуумный флуоресцентный дисплей) | Продукты | NORITAKE ITRON CORPORATION" . www.noritake-itron.jp .
  18. ^ "Чип в стекле VFD (CIG VFD) ｜ Futaba Corporation" . www.futaba.co.jp .
  19. ^ "Двухслойная фосфорная печать VFD Futaba Corporation" . www.futaba.co.jp .
  20. ^ «Полно точечный матричный дисплей сверхвысокой яркости ｜ Futaba Corporation» . www.futaba.co.jp .
  21. ^ "Чистый фон VFD ｜ Futaba Corporation" . www.futaba.co.jp .
  22. ^ N9WOS (29 июля 2005). "VFD как аудио / РЧ усилитель?" . Форумы Electronics Point . Архивировано из оригинального 11 -го марта 2018 года . Проверено 11 марта 2018 .
  23. ^ "HP Friedrichs, 'Vacuum Fluorescent Display Amplifiers For Primitive Radio' ',' 'eHam.net' 'декабрь 2008 г., извлечено 8 февраля 2010 г." . Eham.net . Проверено 11 декабря 2012 .
  24. ^ "Des. Kostryca, '' A VFD Receiver (Triodes in Disguise) '', '' eHam.net '' январь 2009 г., извлечено 8 февраля 2010 г." . Eham.net . Проверено 11 декабря 2012 .
  25. ^ "Гитарный усилитель Vox MV50 AC" . Проверено 11 марта 2018 .
  26. ^ "Усилитель для наушников Sangaku" . Проверено 11 марта 2018 .
  27. ^ https://www.korg.com/us/news/2015/012212/

Внешние ссылки [ править ]

  • Руководство Noritake по эксплуатации частотно-регулируемого привода
  • Вакуумный флуоресцентный дисплей (VFD) (включая управление нитью накала )
  • Фотографии и характеристики старинных русских ламп ПЧ
  • Простая испытательная схема ЧРП
  • Волшебный глаз, связанный с DM70 VFD
  • Самый маленький триод и самый ранний VFD, DM160, со сравнением размеров
  • Российский индикатор VFD как у DM160