ОПТОЕЛЕКТРОННІ ІНДИКАТОРИ

Система відображення зорової інформації є одним з основних засобів забезпечення зв'язку між людьми та машинами і широко використовуються в пристроях промислово. електроніки для відтворення цифрових, буквених та знакових сигналів. Найбільш перспективні в основному три напрями розвитку оптоелектронних індикаторних приладів: напівпровідникові, рідиннокристалічні та газорозрядні, які мають досить розвинуту науково-технічну та матеріальну базу і взаємно доповнюють один одного.

Напівпровідникові індикатори (НПІ). Основою для виготовлення НПІ служать електролюмінісцентні конденсатори та інжекційні світлодіоди. Такі індикатори використовуються для відображення інформації на пультах і табло, передачі числової та буквеної інформації в системах контролю та керування, для відображення вихідних даних електронних обчислювальних машин та показів цифрових вимірювальних приладів.

Конфігурація висвічуваних елементів в НПІ здійснюється з використанням семисегментної (рис. 3.18, а)або матричної (рис. 3.18, б) системи. Семисегментна система, що є цифровим індикатором, дозволяє відображувати всі десять цифр, а також декілька літер. Матрична система, в якій 36 (7 х 5 + 1) точок, є універсальним цифролітерним індикатором, оскільки відображує всі цифри, літери та знаки стандартного коду. В індикаторах на основі електролюмінісцентних конденсаторів число сегментів може перевищувати сім.

Для НПІ характерні яскраве та чисте світіння, висока економічність та простота керування, використання прийомів стандартної планарної технології при виготовленні. Такі індикатори можуть перекрити практично весь видимий діапазон спектра.

В електролюмінісцентних індикаторах (ЕЛІ) використовується явище електролюмінісценції в плоскому конденсаторі (див. рис. 3.1, а). Прозора плівка 2 першої обкладки конденсатора може мати форму будь-якого символу або складатися з кількох сегментів, які дозволяють висвічувати умовні цифри. Виводи від загальної обкладки 5 та окремих частин обкладки 2 виходять назовні, а весь індикатор герметизується (рис. 3.19). Для збудження світіння індикатора до обкладок конденсатора прикладають змінну напругу 220 В з частотою 400 або 1200 Гц (в залежності від кольору світіння).

Промисловість випускає різні типи ЕЛІ з габаритними розмірами області скляної пластинки, що світиться, від 11 15 мм до 116 176 мм. Найбільш поширені літерно-цифрові ЕЛІ, в яких знаки та цифри складаються з різних комбінацій сегментів, звичайно, їх 7, 8 та 9. Індикатор з 19 сегментами дає можливість висвічувати всі цифри та букви українського і латинського алфавітів. Знаходять застосування електролюмінісцентні екрани з великою робочою площею та високою чіткістю. Одною з різновидностей ЕЛІ є мнемонічні індикатори, які мають суцільне поле, що висвічується, або мнемонічний знак (круг, сектор, стрілку), або слово («Стоп», «Мережа» та ін.), в залежності від закладеного в ньому трафарету.

Мнемонічні індикатори з видимим зображенням мають внутрішній трафарет, який видно і при вимкнутому індикаторі. Після подачі напруги висвічується або знак трафарету, або поленавколо нього. Мнемонічні індикатори випускають однокольоровими або багатокольоровими (червоний, зелений, блакитний, жовтий). Деякі а них дозволяють змінювати на одному полі два або три кольори. Для цього прозорий електропровідний шар конденсатора роблять у вигляді гребінки (растра) з почерговим нанесенням смуг електролюмінофорів, які висвічують два кольори (жовтий та блакитний). Це дозволяє за відповідної комутації виводів змінювати колір знака трафарету або поля, що світиться навколо нього. Одночасне висвічування двох растрів дає третій колір. Такі індикатори розширюють можливості відображення інформації.

У світлодіодах, що працюють як цифрові індикатори, число окремих кристалів з p-n-переходами дорівнює числу сегментних полів, що світяться. Кожний кристал розташований в основі конічного псевдосвітловоду, який являє собою розширений проріз у пластмасовій пластині. Вихід такого прорізу з лінзи створює світле поле, розміри якого на порядок перевищують розміри кристала. На рис. 3.20, а, б показані відповідно нумерація цоколя та лінза корпусу 1 з окремими полями 2, що світяться. Висота знаків (літер) 3 ... 7,5 мм.

Промисловість випускає також багаторозрядні індикатори на три-чотири, шість, дев'ять і т. д. знаків в одному корпусі. Вони мають вигляд стандартних модулів, де об’єднані в одному блоці пристрої відображення інформації, та схема керування (дешифратор). Освоєно випуск багатоелементних матриць, які містять від 30 до 300 знаків на одному кристалі площею 1,5 ... 15 см². Такі матриці виконують функції елементів набірного напівпровідникового екрана.

Рідиннокристалічні індикатори. Речовини, які називають рідинними кристалами, мають текучість, як у води, і оптичну анізотропію кристала. Рідиннокристалічний стан цих речовин виявляється в деякому інтервалі температур між точкою перетворення тіла в однорідну прозору рідину Т_р та точкою кристалізації Т_к. Рідинні кристали. як і тверді, мають фотопружність, П'єзоелектричні властивості, орієнтуються в електричному та магнітному полях, відбивають та заломлюють світло. Структура рідинного кристала легко змінюється під дією електричного і магнітного полів, ультразвуку, проміння, температури.

Для рідиннокристалічних індикаторів використовують хімічні сполуки з дуже витягнутими молекулами. Такі молекули можуть орієнтуватись в одному напрямі, який легко змінюється під зовнішньою дією. Класичним прикладом рідиннокристалічної речовини е органічна сполука з довгою назвою – метоксибензилдебуталанімін (скорочено МББА). Рідиннокристалічний стан МББА виявляється в області кімнатних температур (ΔТ_рк = Т_р – Т_к= 15... 70 °С), що дозволяє широко використовувати його в техніці. Для зменшення питомого опору рідиннокристалічних тіл (≈ 10¹⁷ Ом·см), вводять домішки, при дисоціації яких з являються вільні іони.

В рідиннокристалічних індикаторах використовується електрооптичний ефект, який називають ефектом динамічного розсіяння. Такий ефект спостерігається в тонких шарах рідинних кристалів, коли до прозорого шару рідинних кристалів, який має невелику електропровідність, прикласти електричне поле. Молекули при цьому орієнтуються впоперек поля, а потік іонів, який з’являється при дисоціації, руйнує цю орієнтацію. Коли струм досягає деякого значення, виникає турбулентність у шарі, що руйнує впорядковану структуру рідинного кристала. При цьому безперервно і хаотично змінюється показник заломлення ділянок рідини, тобто відбувається розсіювання світла зовнішнього джерела. Шар рідинного кристала втрачає прозорість і стає молочно-білим.

Турбулентний рух спостерігається при напрузі, яка відповідає круто зростаючій ділянці ІІ вольт-контрастної характеристики рідиннокристалічного індикатора, зображеної на рис. 3.21, а. Нижчій напрузі відповідає ділянка ламінарного руху І. На ділянці ІІІ настає стан насичення.

На рис. 3.21, б зображена конструкція рідиннокристалічного індикатора, що працює в прохідному світлі. Між двома скляними пластинами 1 знаходиться тонкий (10 - 20 мкм) шар рідинного кристала 4. Під індикатором розташоване джерело світла 6та матово-чорний екран 5. На внутрішню поверхню однієї з пластин нанесений суцільний прозорий електрод 3, а на другу пластину - фігурні електроди (сегменти) 2. Для одержання зображення між суцільним електродом і потрібними сегментами прикладається напруга (одиниці - десятки вольт). При цьому прозорість рідини між ними зменшується і в прохідному світлі формується певний знак. Струми фігурних електродів настільки малі (5 - 100 нА), що потужність споживання на індикацію знака не перевищує 50 мкВт. В індикаторах, що працюють у відбитому світлі, нижній електрод роблять дзеркальним, щоб добре відбивав світло. Як джерело падаючого світла можна використати навіть природне освітлення.

Рідиннокристалічні індикатори, що виготовляються промисловістю, використовують у вимірювальних цифрових пристроях, ЕОМ, електронних. годинниках та ін. Їх перевага - висока контрастність, низька напруга живлення, технологічність, мала потужність. Ведуться розробки для одержання кольорових зображень.

Газорозрядні індикатори. Такі індикатори є іонними приладами самостійного тліючого розряду з холодним катодом. Вони належать до газорозрядних приладів, в яких струм проходить через газорозрядний проміжок. Носіями заряду в цих приладах разом з електронами є іони інертного газу, що заповнює бал он при великому розрідженні (10 ... 100 Па). В приладах з холодним катодом електрони вибиваються з катода позитивними іонами газорозрядного проміжку.

В іонних приладах спостерігається взаємодія заряджених частинок, фотонів та атомів газу, але основним процесом є взаємодія електронів з нейтральними атомами газу, яка викликає збудження або іонізацію частинок газу в балоні. Для збудження атомів газу вільні електрони повинні мати деякий мінімум енергії, яку називають енергією збудження. Енергії збудження електрон набуває, проходячи в електричному полі деяку різницю потенціалів - потенціал збудження. Для іонізації атома електрон повинен мати більшу енергію - енергію іонізації, яка характеризується потенціалом іонізації. Для газів, що використовуються в іонних приладах, потенціали збудження та іонізації становлять 5 ... 25 В.

У просторі, заповненому вільними електронами та іонами, відбуваються зіткнення між ними, що призводить до утворення нейтральних атомів (рекомбінація). Рекомбінація супроводжується випромінюванням енергії, як правило, у видимій частині спектра; при цьому спостерігається світіння газу.

Вольт-амперна характеристика іонного приладу з самостійним тліючим розрядом зображена на рис. 3.22, а, а його схема вмикання на рис. 3.22, б. Поява та підтримка процесу іонізації в іонних приладах можливі лише у випадку прикладання до електродів певної напруги виникнення (запалювання) розряду U_з, значення якої залежить від роду та тиску газу, а також од відстані між електродами. Для підтримування розряду в іонному приладі достатньо напруги горіння U_г – меншої за напругу появи розряду. Для нормальної роботи в режимі тліючого розряду послідовно з лампою вмикають баластний резистор (рис. 3.22, 6), опір якого розраховують за формулою

R_б = (U – U_з)/І,

де І - робочий струм.

Вітчизняні газорозрядні індикатори серії ІН, які працюють в режимі нормального тліючого розряду , наповнені розрідженим неоном. у балоні розміщені холодні катоди а хромового проводу у вигляді цифр, літер або знаків і один або два аноди з тонкої сітки. На рис. 3.23 подано схему розташування електродів в одноанодному цифровому індикаторі. Такий індикатор має 10 катодів у формі арабських цифр від 0 до 9 і один анод. Під напругою між анодом та одним з катодів навколо катода з’являється жовтогаряче світіння, яке дозволяє, виразно прочитати відповідну цифру. Напруга виникнення розряду U_з≈ 170...200 В, напруга горіння U_г = 105...150 В. Окремі типи цифрових газорозрядних індикаторів мають корпус прямокутної форми, що дозволяє створювати компактні багаторозрядні індикатори.

Конструкція знакобуквених газорозрядних індикаторів аналогічна цифровим, але катоди їх мають форму букв латинського та грецького алфавітів або математичних символів (наприклад, W, F, Нz, V, S, Q , А, Н або +, -, П, К, М, т, μ, %).

На рис. 3.24 зображена схема вмикання одноанодного цифрового індикатора. Транзистори V₀-V_дв колах катодів індикатора відіграють роль керуючих ключів. Для відтворення потрібної цифри один з, транзисторів, що ввімкнутий в коло відповідного катода, відкритий .керуючим імпульсом з дешифратора. Інші транзистори закриті. Відкритий транзистор живить напругою +Е_А анод і відповідний катод індикаторної лампи. При цьому виникає самостійний тліючий розряд і поверхня під'єднаного катода покривається світінням. Резистор R_А забезпечує потрібний струм І_А для яскравого світіння цифри. Світіння інших цифр неможливе, оскільки напруга між анодом і рештою катодів мала. Напруга Е_с< Е_А, а різниця цих напруг, тобто Е_А - Е_с , недостатня для виникнення тліючого розряду.

Тепер здебільшого застосовуються цифрові багаторозрядні індикатори пакетного типу, конструкції яких схожі на конструкції мікросхем. Їх основа - дві плоскі електродні гратки зковару, закріплені на скляних пластинах і вміщені в заповнений газовою сумішшю плоский герметичний корпус із зовнішніми електродами. Таким чином, багаторозрядні дисплеї мають плоску конструкцію малої товщини (кілька міліметрів), що дозволяє використовувати їх в інтегральній схемотехніці .

Газорозрядні індикатори широко використовуються в цифрових вимірювальних приладах, обчислювальній техніці та ін. Вони характеризуються яскравим та контрастним зображенням, споживають малу енергію та мають високу надійність.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ОПТИЧНІ ЛІНІЇ ЗВ'ЯЗКУ	\|	ОПТРОНИ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.012 сек.