Полупроводниковые индикаторы

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 20:17, 7 января 2015.

__NUMBEREDHEADINGS__

Работа полупроводниковых индикаторов основана на свойствах p-n-перехода (см. лекции по электронике). На рисунке 1а изображен p-n-переход в корпусе.

Полупроводниковые индикаторы излучат фотоны в результате рекомбинации "электрон-дырка". При изменении тока через полупроводник меняется длинна волны, следовательно меняется цвет свечения. Это требует точного удержания тока, поэтому технология не получила широкого распространения.

Так же нет возможности получить синий цвет, только голубой, следовательно полноценный диапазон цветов не доступен, так же как и получение высоких яркостей.

Рисунок 1

Светодиоды (LED)

Светодиод изображен на рисунке 1б, сверху расположена линза для рассеивания света.

Многоцветные светодиоды

В рамках одного корпуса размещают несколько полупроводников (рис. 1в).

Несколько светодиодов в одном корпусе - светодиод (2 светодиода с общим катодом, каждый из кристаллов излучает фотоны в разном диапазоне).

Органические светодиоды(OLED)

Органический светодиод (Organic Light Emitting Diode) - светодиод, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток. Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров.

Недостатки: необходимо чистое вещество, под действием кислорода или воды изменяются свойства, следовательно, вещество должно быть герметизировано. Низкий срок службы.

Преимущества: очень яркое свечение (при 10В - больше 1000 кд/м2).

В настоящее время активно развиваются (время наработки на отказ ~ 20000 часов).

AMOLED

Active Matrix Organic Light-Emitting Diode (AMOLED) - активная матрица на органических светодиодах. AMOLED-дисплей состоит из нескольких слоев: катодной, органической и анодной пленок – все они разместились на подложке, содержащей микросхему. Пиксели представляют собой органические точки, каждая из которых подсвечивается отдельно. Микросхема обеспечивает электричеством катодную и анодную пленки, которые стимулируют работу среднего, органического слоя. AMOLED-пиксели идеально подходят для показа фильмов, так как гарантируют плавную смену кадров даже в динамичных сценах.

Эта технология несет в себе большой потенциал. Перспектива технологии кроется в том, что по сравнению с обычным LCD яркость AMOLED-дисплея в 1,5 раза выше, то же можно сказать и контрастности. К тому же этот дисплей не заваливает цвета. Под каким бы углом вы на него не смотрели.

Цифровые индикаторы

Выделяют 2 типа: с общим катодом и с общим анодом. Сокращается количество выводов для управления сигнала.

Для сегментов индикатора используются два типа обозначений(Рис.2):

Рисунок 2.

Схемы управления

В зависимости от того, как должен работать в схеме индикатор(непрерывно или периодически), различают соответственно статические и динамические схемы управления.

Статическая индикация

Статическая индикация обеспечивается схемой, приведенной на Рис.3.

Рисунок 3.

На вход схемы поступает 4-разрядный двоичный код с некоторого счетчика. Дешифратор имеет 7 выходов, соответствующих определенным сегментам индикатора. Дешифраторы могут различаться тем, какое состояние выхода отвечает за состояние активности индикатора, а также тем, какие ключевые каскады используются в дешифраторе. В паспорте на индикатор указывается, какая именно схема используется.

Динамическая индикация

Динамическая индикация состоит в том, что индикаторы работают не одновременно, а по очереди, периодически. Это позволяет иметь в схеме только один семисегментный дешифратор, а каждый его выход соединить с входами одноименных сегментов всех индикаторов. На время работы каждого индикатора к семисегментному дешифратору должен подключаться тот счетчик, число в котором высвечивает данный индикатор.

Схема на Рис.4 реализует описанный принцип. Мультиплексор в схеме позволяет выбрать данные А или B, которые будут выводиться на индикатор, в зависимости от состояния первого разряда счетчика. Дешифратор на 4 состояния в свою очередь, в зависимости от состояния счетчика, управляет открытием или закрытием ключевого транзистора, соответствующего определенному индикатору.

Рисунок 4.

Буквенно-цифровые индикаторы

Выделяют 2 типа: с общим катодом и с общим анодом.

Наличие дополнительных сегментов у этих индикаторов, позволяет строить в дополнение к цифрам буквы. Пример буквенно-цифрового индикатора приведен на Рис.5.

Рисунок 5.

Матричные индикаторы

Стандарт: 3х7, корпус с 36 светодиодами.

Одноразрядный матричный индикатор (Рис.6):

Рисунок 6.

Электрическая схема матричного индикатора приведена на следующем рисунке:

Рисунок 7.

Любой - светодиод. Все элементы объединены в матрицу 5х7, внутри которой располагаются светодиоды. В зависимости от подаваемого сигнала - зажигается цифра (буква) ("0" - не получится при статическом способе).

Существуют 2 метода формирования изображения:

  • статический (постоянное напряжение - на соответствующие сегменты).
  • динамический (подача напряжения с частотой больше 20 Гц, следовательно, человеческий глаз воспринимает экран как непрерывно светящийся объект, т.е. с повышением частоты вследствии возбуждения увеличивается утомление(фотон через рецептор глаза), релаксация до 100 Гц - нормально, дальнейший рост частоты приводит к тому, что рецептор не успевает восстановиться за заданное время. Примеры: кино - 24 к\с, ТВ-выход - 25 к\с, мониторы - 160 Гц, ВЧ экраны - человек чувствует дискомфорт.

50 Гц - стандартные осветительные сети.

Для формирования изображения необходимо реализовать развертку вертикально или горизонтально (главное - частота мерцания пикселя не ниже 20 Гц).

Из таких элементов составляются многоразрядные индикаторы (Рис.8):

Рисунок 8.

Недостаток: при соединении многоразрядных индикаторов расстояние между элементами на швах отличаются от расстояния между элементами в пределах одного индикатора.

Графические индикаторы

Рисунок 9.

Используется матрица 8х8, основное отличие от матричных индикаторов - одинаковое расстояние между элементами как в пределах одной матрицы, так и на стыках матриц. Максимально расстояние между точками - 0,125 мм.

Светодиодный индикатор используется в светофорах (из них можно набрать большой массив) + долговечные (неорганические). Работоспособность графических индикаторов определяется наличием появления дефекта.

Графичиские индикаторы бывают желтого и янтарного цветов. Потребляют мало энергии.