真空荧光显示器灯丝发射电流计算方法的确定

摘要

本发明公开了一种真空荧光显示器灯丝发射电流计算方法，其特点是：以8种常见颜色荧光粉制作的6种型号VFD作为实验样品，实测每个步长电压下的灯丝发射电流和阳极电流数据，利用最小二乘法得到了各型号的灯丝发射电流系数及其修正系数，然后对各型号灯丝发射电流系数和VFD相关参数进行最小二乘拟合，最终得到了灯丝发射电流随阳极电压变化的计算表达式。基于以上方法，便可确定相应阳极电压下VFD的灯丝发射电流，解决不需通过实验测量便可获得VFD灯丝发射电流的问题，节省实验测试时间和成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空荧光显示器灯丝发射电流计算方法，属于真空荧光显示器技术领域。

背景技术

真空荧光显示器(Vacuum Fluorescent Display，简称VFD)是一种从真空电子管发展而来的自身主动发光显示器件，具有高亮度、多色彩显示、体积小和长寿命等特点；可以广泛应用于录像机、高档音响、电子衡器、商用收款机、微波炉、汽车及各类仪器仪表等。典型的VFD是三极结构，由直热式阴极、网状栅极和表面涂覆有荧光粉的阳极构成，所有的零件置于密封的真空玻璃容器内。VFD阴极发射电子的能力是影响器件性能和发展应用的一个重要因素，为了开发低功耗高亮度的VFD产品，除了对其工作机理、结构、工艺制造、荧光粉研究之外，主要对其灯丝发射电流进行正确测量和计算。但是由于VFD灯丝发射电流的测试过程比较复杂，尚没有统一的计算公式。因此，到目前为止还未曾见到有关VFD灯丝发射电流测量和计算的研究报道。因此，迫切需要确定真空荧光显示器(VFD)灯丝发射电流与阳极电压的关系，解决不需通过实验测量便可获得VFD灯丝发射电流的问题，节省实验测试时间和成本。本领域中所述的VFD灯丝发射电流I_k分为阳极电流I_b和栅极电流I_c两部分，令I_c/I_b＝d，则阳极电流、栅极电流可表示为

$I_b=\frac{1}{1+d}{I}_k,$$I_c=\frac{d}{1+d}{I}_k$

式中：d称为电流分配系数，是由电极结构和尺寸、以及栅极(栅网)的开口率决定的常数。

发明内容

本发明的目的是为了正确测量和计算真空荧光显示器灯丝发射电流，解决不需通过实验测量便可获得VFD灯丝发射电流的技术问题，提供一种真空荧光显示器灯丝发射电流计算方法。

本发明的技术方案是：一种真空荧光显示器灯丝发射电流计算方法，其步骤为：

1.实验测量：

对VFD20-0704N(8种颜色粉)、25-1217FN(B)(绿粉)、40-1506(蓝粉)在其阳极电压E_b的使用范围内(14V～46V)进行了栅极电流I_c以及阳极电流I_b的测量，在此基础上，为了保证灯丝发射电流系数C_k的计算精度，还对型号20-0906F(A)(白粉)、25-0638(蓝粉)和33-1211FN(B)(白粉)进行了同样的实验数据测量。

2.灯丝发射电流系数的确定

通过对每种VFD型号的实验数据(其中对20-0704N(8种颜色粉)的数据取平均值)进行观察后可知，I_k与基本呈线性关系，这说明了灯丝发射电流系数C_k对于每种型号是一个常数，因此，设I_k与满足以下公式

$I_k=C_k\times \frac{E_b^n}{d_{\mathrm{cg}}^2}+C_b---\left(1\right)$

式中：C_k是与阴极的表面积及质量有关的决定于电极结构的常数；C_b为灯丝发射电流I_k的修正系数；d_cg表示灯丝阴极到栅极间的距离，是影响电气特性的最大因素，一般d_cg设计得小时必须增加灯丝的根数，这将导致消耗功率的增加；n＝1.5～2.0，其理论值为n＝1.5，实验值为n＝1.7。

令

$I_k=y,E_b^{1.7}/d_{\mathrm{cg}}^2=x,C_k=A,C_b=B---\left(2\right)$

则由式(2)和(3)可得到以下线性关系式

y＝A·x+B                                  (3)

因此，结合式(3)可以得到以下线性数据

$(E_{\mathrm{bt}}^{1.7}/d_{\mathrm{cg}}^2,I_{\mathrm{ki}})=(x_i,y_i)---\left(4\right)$

式中：i＝1，…，N(N为实验中所测阳极电压的个数)。

然后，对式(5)采用最小二乘法进行拟合，便可确定参数A、B的值为

$A=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_i{y}_i-(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_i·\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{y}_i)/N}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_i\right)}^2/N},$$B=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{y}_i/N-A·\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_i/N---\left(5\right)$

由式(3)和(6)，可以得到每种型号下VFD的灯丝发射电流系数C_k和修正系数C_b的估计值，如表2所示。

表2 各型号的灯丝发射电流系数C_k和修正系数C_b

3.灯丝发射电流计算公式的确定

为了探究灯丝发射电流系数C_k与VFD相关参数的关系，对实验数据分析后不难发现，灯丝发射电流系数C_k确实与和有关系，

具体如下

$C_k=\bar{A}\times (S_g·d_{\mathrm{cg}}^{0.25})+\bar{B}\times (S_a·d_{\mathrm{cg}}^{0.25})---\left(6\right)$

式中：S_g为VFD的栅极面积，S_a为VFD的阳极面积。

将式(7)变换为

$\frac{C_k}{S_a·{d_{\mathrm{cg}}}^{0.25}}=\bar{A}·\frac{S_g}{S_a}+\bar{B}---\left(7\right)$

同样利用最小二乘法对式(8)进行拟合，求得式(7)中的参数A和B的估计值。再将式(7)代入式(2)，就可以得到灯丝发射电流I_k随阳极电压E_b变化的公式

$I_k=[\bar{A}\times (S_g·d_{\mathrm{cg}}^{0.25})+\bar{B}\times (S_a·d_{\mathrm{cg}}^{0.25})]\times \frac{E_b^{1.7}}{d_{\mathrm{cg}}^2}+{\bar{C}}_b---\left(8\right)$

$=(\bar{A}\times S_g+\bar{B}\times S_a)\times E_b^{1.7}\times d_{\mathrm{cg}}^{-1.75}+{\bar{C}}_b$

式中：C_b为各型号灯丝发射电流修正系数C_b的平均值。

根据上述方法并结合表1中的数据，可以求出式(7)中的参数A＝2.5495×10^-4、B＝3.9470×10^-4，和S_g/S_a的拟合效果如图1所示，拟合曲线的决定系数为R²＝0.9998，很接近于1，说明其拟合结果很好。

将参数A＝2.5495×10^-4、B＝3.9470×10^-4代入式(9)，可以得到灯丝发射电流I_k随阳极电压E_b变化的公式

$I_k=2.5495\times {10}^{-4}\times d_{\mathrm{cg}}^{-1.75}\times (S_g+1.5480S_a)\times E_b^{1.7}-1.1117---\left(9\right)$

本发明的有益效果是：基于以上方法，便可确定相应阳极电压下VFD的灯丝发射电流。因此，今后在生产实际中，不需通过实验测量，便可结合相应的阳极电压和本发明的方法计算出VFD的灯丝发射电流，为VFD生产厂商和技术人员提供了一种使用简便、计算结果精确的灯丝发射电流确定方法。

附图说明

图1为随S_g/S_a变化的拟合图。

具体实施方式

实施例：

1.VFD25-0638(蓝粉)灯丝发射电流I_k的实验值

实验测得不同阳极电压E_b下的灯丝发射电流I_k，如表2所示。

表2 VFD25-0638(蓝粉)灯丝发射电流I_k的实验值与计算值的比较

2.VFD25-0638(蓝粉)灯丝发射电流I_k的计算值

通过式(9)得到每步阳极电压下的灯丝发射电流I_k计算值，如表2所示。以其实验值为标准，将计算值与实验值相比，误差见表2，可知：VFD25-0638(蓝粉)灯丝发射电流I_k的最小相对误差为0.03％，最大相对误差为4.75％，平均相对误差为1.98％，精度很高。