Plazmapanel megjelenítők - Önletapogató plazmapanelek.
Bozó Balázs

Bizonyára még sokan emlékeznek az első laptop-ok kijelzőire, illetve kép megjelenítőire, még az LCD korszak előtt. Ezen kijelzők narancssárga fényű, egyébb iránt igen jól leolvasható plazma kijelzők voltak. Sajnos viszonylag magas feszültség igényük és az LCD-khez képesti magas fogyasztásuk gyorsan kiszorította őket, legalább is a laptop-ok megjelenítői köréből. Így ebben a monokrómatikus (tipikusan narancssárga) színvisszaadásra képes formában ma már csak speciális a hétköznapi embertől távol eső helyeken találkozni velük. Kicsi internet turkálás után találtam még most is készítő gyárat (BABCOCK), leginkább ipari és katonai felhasználást célozva.

Kivezérlésmérő PBG12201 önletapogató plazmapanellel
A plazma kijelzők tulajdonképpen a már a nixie csőnél is, megismert módon működnek, azaz gázkisülés elvét felhasználva. A nixie csövek fejlődése a Burroughs cég által kifejlesztett 16 szegmenses (Alfanumerikus) kijelzést megvalósító B7971, vagy az ennek hatására megjelenő Telefunken ZM1350 varisimbol kijelzőivel befejezhető. A fejlődés innentől kezdve a lapos megjelenítés irányába és a pontmátrix elrendezés felé tartott. A plazmapanel a pontmátrixos, gáztöltésű kijelzők továbbfejlesztett változatának tekinthetők. A mai grafikus LCD vagy VFD-k mintájára. A pontmátrix rendszerű kijelzőknél szokásos sor-oszlop vezérléssel szemben a plazmapaneleknél - a leolvashatóság érdekében - nem pontonkénti, hanem soronkénti (vagy oszloponkénti) időosztásos vezérlést alkalmaznak. A plazmapanelek mind egyenáramú, mind váltakozó áramú vezérlésre alkalmas formában készülhetnek. A DC plazmapanelek általános megoldásaként a képpontokat alkotó katódlemezek a hátlapba, az anódlemezek az üveg előlapba beültetettek. A két felület közé vákuumzáró kötéssel rendelkező diafragmalemezt illesztenek. A kisülő teret képező diafragma-lyukakban található a kisülést biztosító gáz (neon). Az egyenáramú plazmapanelek egyik jellemző tulajdonsága, hogy mindkét elektróda közvetlenül érintkezik a gázzal. A difragma azon kívűl, hogy a katódok és az anódok közötti megfelelő távolságot biztosítja, egyidejűleg meggátolja a zavaró kisüléseket is. A diafragmán kiképzett árnyékoló váll következtében a töltött gázrészecskék az anód felé eső tartományban szabadon közlekedhetnek, és érzékenyítő hatást fejthetnek ki. Az érzékenyítés a gyújtási feszültség jelentős csökkenését eredményezi. Az anódcsík átlátszó, általában SnO2 vagy In2O3 réteg, így nem okoz számottevő fényveszteséget.

Az önletapogató plazmapanel működéseközbenAmikor belebotlottam René (Kahlo) cikkébe ([7]) és miután sikerült hozzájutnom, használt katonai bontásból származó PBG 12201 kijelzőhőz, kaptam kedvet egy ilyen plazmapaneles kivezérlésmérő építéséhez. Az említett cikk komplett megoldást kínál csak meg kell építeni. Ilyen kijelzőket a professzionális hangstudiókban alkalmaztak. (A Magyar Hanglemezgyártó Vállalat MCI JH528-as keverője ilyen lehetett, legalábbis a HFM-ben megjelent cikk szerint) Manapság persze a nem túl szép de olcsó LCD-k vagy LED-ek elterjedtek. (Sajnos eddig nem sikerült eredeti ilyen kivezérlés mérőhoz hozzáférnem egy-két fénykép erejéig, hogy bemutassam azt.) Az említett plazmapanel egyébként az egyenáramú plazmapanelek csoportjába tartozik és annak is egy úgynevezett önletapogató vagy angol nevén self-scan részbe. Maga a kijelző - mint a képen is látható - igen szép narancssárga fényével és a 200 vonalkás felbontásával igen szemet gyönyörködtető látvány és jó műszer készíthető belőle, hiszen felbontása ezt is lehetővé teszi. Valószínűleg ez indokolta a professzionális kivezérlés mérőkénti felhasználását is.

A PBG12201 típusú bárgraph működése az önletapogató plazmapaneleknek megfelelően történik. A két fénycsíknak megfelelően két különálló anóddal rendelkezik, amelyek a nekik megfelelő fénycsíkért felelősek. A kijelzőpanel, mint már említettük 200 illetve 201 vonalkából áll, ami ½%-os kijelzési pontosságot ad. Ez a panel három fázisú katód meghajtással készül, ami azt jelenti, hogy a katódók csoportosítva összekötésre kerülnek jelen esetben a 1,4,7... és a 2,5,8... valamint a 3,6,9... . A műkődésének megértését remélem a kép segítségével érthetően le tudom írni.
Az önletapogató plazmapanelek működéseTehát, amint a katódcsoportok megkapják a folyamatos vezérlést és az anód gyújtófeszültség hatására az indító katód begyújtása után a fény végig fut a csíkon. Elegendően gyors letapogatás esetén a fénycsík folyamatosnak látszik. A letapogatás frekvenciája tipikusan 70Hz. A fénycsík futás bármikor leállítható az anód, vagy a katód vezérlésének megszüntével, ezzel beállítva a fénycsík hosszát. Lényegében az anódot vezérlő impulzus hosszát kell modulálni a mérendő analóg jellel. Ezzel a megoldással jelentősen lecsökkent a meghajtáshoz használt áramköri elemek száma. A 200 meghajtó helyett összesen 6db-ra. Összehasonlítva a hasonló funkciót ellátó VFD-k esetében (pl. a Futaba gyártmányú Bargraph-ok 100 kivezetése szegmensenként plussz a két csíkhoz tartozó 2 rácskivezetés.)

Az önletapogató plazmapanelek felépítéseA képen jól látható a kijelzőpanel felépítése. Az átlátszó előlapi üveglemezen (front glass) találhatóak a két különálló anód és az egyedülálló anód. Az előlapi üveglemezt és a hátoldali porcelán lemezt egy távtartó tartja megfelelő távolságban egymástól. A hátsó lapra felgőzőléses technológiával felvitt katód szigetek kerültek, valamint a reset katód szegmens és az egyedülálló katód. A katód csoportok kialakításáról is a hátsólapi vezetősinek gondoskodnak.

Én a már említett René cikkében szereplő meghajtót építettem meg. Ő a kijelző működéséhez szükséges 245V-ot egy MC34063A segítségével állítja elő, én maradtam a már jól bevált NE555-ös megoldásnál. (lásd. Nixie óra) Ebben a felhasználásban az IRF840-et - mégha csak kis méretűre is, de hűtőbordára kell szerelni. A zener-diódás feszültség előállítás sok áramot eszik ez indokolja a hűtést. (Sajnos az eredeti rajzon szereplő 2SK1808 nálunk nem túl beszerezhető típus.) A kijelző nem érzékeny típus a tápfeszültségre, nekem 175V-al is ment, igaz jó fényereje 200V felett volt. A bemeneti jelet, ami kb 0,5V-nak van méretezve egy egy FET-es erősítő illeszti a vezérlő feladatokat ellátó PIC mikrokontroller analóg/digitál átalakítójának bemenetéhez, ami 5V-os maximum feszültséget érdemel. Az eredeti cikkben 18, illetve 16 V-os tápfeszültségről tervezte üzemeltetni, ami azt jelenti, hogy az R1 és R9 ellenállás értéke 510K helyett 270K, míg az általam használt 12V-os tápfeszültség mellett elhagyható, illetve az R2,R10 1,8M-ra való csökkentése eredményezett kielégítő megoldást. Ebben az esetben is másik FET-et kellett felhasználni, mert nem lehetett beszerezni egyszerű utánna járással a megjelölt típust, így az IRF7403 helyett a szintén smd kivitelű IRF7413-at használtam, ami mindenben megfelelő az eredetinek, még lábkiosztásban is.

Maga a meghajtó áramkör a fentebbi blokkvázlatnak megfelelő funkciót valósítja meg. Az eredeti ajánlásban ([3],[5],[6]) ezeket a funkciókat például LM339 és 7474, valamint 74174 és 74174 áramkörökkel, és persze több diszkrét alkatrésszel valósították meg. A megépített változatban ezen feladatok java részét egy PIC16F819-es mikrokontollerre bizta. Ez a kontroller 18 lábú PDIP tokozása miatt nevezhető lenne a PIC16F84 utódjának is, de én inkább a 16F-es család legnagyobb 877-esének lebutított változatának tartom. A választás azért esett rá, mert A/D csatornával is rendelkezik, és a 18 kivezetéses tok lábszáma elegendő ezen feladat megvalósításához. Az órajelet a PIC saját RC oszcilátorával kelti, ezért még két lábat és egy külső oszcillátort megspórólt. A programot nem is részletezem az ábra jól szemlélteti a feladatot és egy karaktert sem kellett hozzá írnom a cikkben [7] közölt forráshoz, elég volt lefordítani beégetni és már ment is. Akit a forrás érdekel az eredeti cikkben megtalálja, én ide már csak a lefordított változatát teszem, hogy még a fordítással se keljen bajlódnia az utánépítőnek. Mivel egy darabot készítettem, nem csináltam neki panelt, így áramkör tervet nem tudok adni, az eredeti cikkben pedig a kapcsoló üzemű táp más mint nekem. Az anódok és a katódok meghajtását a nagyfeszültséget jól türő MPS-A 42 tranzisztorok végzik. Ezek a tranzisztorok a nixie kapcsolásokból ismerősek lehetnek.

A működéséről animációs felvételt is készítettem. Annak aki kedvet kapott hozzá, hogy megépítse, sok sikert kívánok.

 

Felhasznált irodalom:
[1] Dr Szentiday Klára - Mészáros Sándor:Információ és Képmegjelenítő eszközök. ISBN 9632145674
[2] Kis-Halas Endre - Mészáros Sándor - Dr Szentiday Klára:Optoelektronikai Kijelzők és Megjelenítők, Műszaki könyvkiadó 1984, ISBN 9631055140
[3] Vishay Dale A PBG 12201, PBG 12203, PBG 12205 adatlap No-37027
[4] BABCOCK Bargraph SP-410-XXX adatlap
[5] United States Patent4,078,252 számú 1978. márc. 7.-én beadott szabadalmi leírás
[6] Dale Ele.A PBG 12201, PBG 12203, PBG 12205 adatlap
[7] René (Kahlo)Stereo-Balkenanzeige mit der Anzeigeröhre PBG12201