1.3. Дисплеи.
Дисплеи это оконечные устройства, служащие для визуального отображения информации и связи человека с компьютером. Различные типы дисплеев основаны на использовании различных физических явлений. Все дисплеи можно поделить на две большие группы: излучающие свет и моделирующие свет.
Светоизлучающий дисплей должен давать свечение достаточной яркости. Особенно большая яркость нужна, если дисплей применяется при солнечном освещении. Важен цвет свечения: глаз человека более чувствителен к желтому и желто-зеленому свету. Изображение должно быть контрастным. Чем больше отношение максимальной яркости к минимальной, тем выше контрастность. Желательна широкая диаграмма направленности дисплея: возможность видеть изображение под разными углами зрения.
Для управления работой дисплея применяются токи и напряжения различной амплитуды и вида. Всегда желательна меньшая потребляемая мощность. Дисплеи, работающие с интегральными микросхемами должны питаться напряжением не более 30 В. У дисплеев большого размера, потребляющих значительную мощность, важен высокий КПД. Для дисплеев не нужно высокое быстродействие, так как глаз человека не может различать изменения, происходящие менее, чем за 0.1 секунды. Разрешающая способность дисплеев оценивается минимальным размером наблюдаемого элемента. Это может быть квадрат со стороной не менее 50 мкМ. У многих дисплеев этот элемент больше, причем он зависит от яркости и расстояния наблюдателя от дисплея.
Некоторые типы дисплеев обладают памятью. Они могут сохранять изображение без потребления энергии или при минимальном ее потреблении.
Рассмотрим основные типы светоизлучающих дисплеев.
Дисплеи на электронно-лучевых трубках.
В электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) создается тонкий пучок электронов (луч), который управляется электрическим или магнитным полем, либо обоими полями вместе. ЭЛТ применяются в дисплеях компьютеров, в телевизорах, осциллографах, электронных микроскопах и т.д. Большинство ЭЛТ служит для получения видимых изображений на люминесцентном экране. Их называют электронно-графическими. Трубки могут быть с фокусировкой электронного луча электрическим или магнитным полем и с электрическим или магнитным отклонением луча.
Дисплеи на электростатических элт.
ЭЛТ с электростатическим управлением (с электростатической фокусировкой и отклонением луча) особенно широко применяют в осциллографах. Устройство и принцип действия электростатической ЭЛТ показаны на рис. 4.
Баллон трубки имеет цилиндрическую форму с расширением в виде конуса или цилиндра большего диаметра. На внутреннюю поверхность основания расширенной части трубки нанесен люминесцентный экран (ЛЭ) – слой вещества способного излучать свет под ударами электронов. Внутри трубки расположены электроды, имеющие выводы, как правило, на штырьки цоколя трубки.
Катод К обычно бывает оксидный косвенного накала в виде цилиндра с подогревателем. Вывод катода иногда совмещен с одним из выводов подогревателя. Оксидный слой нанесен на донышке катода. Вокруг катода располагаются управляющий электрод, называемый модулятором (М), цилиндрической формы с отверстием в донышке. Этот электрод служит для управления плотностью электронного потока и для его предварительной фокусировки. На модулятор подается отрицательное напряжение (обычно десятки вольт). С увеличением этого напряжения все больше электронов возвращается на катод. При некотором отрицательном напряжении модулятора трубка запирается.
Следующие электроды также цилиндрической формы являются анодами. Их всего два. На втором аноде (А2) напряжение бывает от 500 В до нескольких кВ, иногда до 10 – 20 кВ относительно катода. Второй анод обычно соединен с корпусом. На первом аноде (А1) напряжение в несколько раз меньше. Внутри анодов перегородки с отверстиями – диафрагмы. Под действием ускоряющего поля анодов электроны приобретают значительную скорость. Окончательная фокусировка электронного потока осуществляется с помощью неоднородного электрического поля в пространстве между анодами, а также благодаря диафрагмам. Более сложные фокусирующие системы содержат большее число цилиндров.
Система, состоящая из катода, модулятора и анодов, называется электронной пушкой (электронным прожектором) и служит для создания электронного луча – тонкого потока электронов, летящих с большой скоростью от второго анода к люминесцентному экрану. На пути электронного луча поставлены под прямым углом друг к другу две пары отклоняющих пластин Пy и Пх. Одна из пластин каждой пары обычно соединена с корпусом аппарата. Напряжение, подведенное к пластинам, создает электрическое поле, отклоняющее электронный луч в сторону положительно заряженной пластины. Поле пластин является для электронов поперечным. В таком поле электроны движутся по параболическим траекториям, а выйдя из него, продолжают прямолинейное движение под заданным этим полем углом. Чем больше напряжение на пластинах, тем сильнее отклоняется луч, тем больше смещается на люминесцентном экране светящееся, так называемое электронное пятно, возникающее от ударов электронов.
Свечение атомов люминофора объясняется возбуждением его атомов при попадании на экран электронного луча. При возбуждении атома один из его электронов на некоторое время переходит на более высокую энергетическую орбиту. При возвращении на свою орбиту этот электрон выделяет квант лучистой энергии (фотон), в результате чего наблюдается свечение экрана.
Электроны, попадающие на экран, могут зарядить его отрицательно и создать тормозящее поле, уменьшающее их скорость. От этого уменьшается интенсивность свечения экрана. Поэтому отрицательный заряд с экрана необходимо снимать. Для этих целей на внутреннюю поверхность баллона наносится проводящий слой, называемый аквадагом. Аквадаг соединен со вторым анодом. Вторичные электроны, выбиваемые из экрана ударами первичных электронов, летят к проводящему слою. После ухода вторичных электронов потенциал экрана оказывается близким к потенциалу проводящего слоя. В некоторых трубках имеется вывод от проводящего слоя (ПС на рис.), который можно использовать в качестве дополнительного анода с более высоким напряжением.