9.3 Светодиодные индикаторы

Газоразрядные  индикаторы – это более экономичные индикаторы по сравнению с лампами накаливания, но требование высокого напряжения питания для них привело к тому, что они в настоящее время практически не используются.

В настоящее время практически в любых схемах для отображения двоичной информации используются светодиоды. Это обусловлено тем, что надёжность светодиодов значительно превосходит надежность, как индикаторных ламп накаливания, так и газоразрядных (неоновых) индикаторных ламп. Светодиоды труднее разбить, так как их корпус обычно выполнен из прозрачной пластмассы, а их вес значительно меньше веса индикаторных ламп. Кроме того, при включении светодиодов не возникает импульсного тока значительной величины, который разрывает холодную нить накаливания ламп своим магнитным полем. К.п.д. светодиодов, особенно современных, значительно превосходит к.п.д. индикаторных ламп. Основная причина повышенного к.п.д. светодиодов – это принципиальное отсутствие теплового излучения. Электрический ток непосредственно преобразуется в световое излучение.

Схемы подключения светодиодных индикаторов.

Так как светодиод, так же как и газоразрядная лампа, управляется током, то схема его подключения практически совпадает со схемой подключения газоразрядной лампы. Она приведена на рисунке 9.15.

Рисунок 9.15 – Схема подключения светодиодного индикатора к цифровой ТТЛ микросхеме

Расчет токоограничивающего резистора в этой схеме аналогичен расчету подобного резистора газоразрядного индикатора. Отличие только в том, что падение напряжения на светодиодах лежит в пределах от 1,5 до 3 Вольт. Расчет резисторов R1 и R2 точно такой же, как и в остальных транзисторных ключах.

Теперь вспомним, что выходной ток современных цифровых микросхем превосходит минимальный ток зажигания светодиода. Это означает, что в большинстве случаев можно обойтись без дополнительного транзисторного ключа для подключения светодиода. В результате принципиальная схема значительно упрощается. Теперь достаточно просто ограничить ток через светодиод до допустимой величины. Такая схема приведена на рисунке 9.16.

Рисунок 9.16 – Схема непосредственного подключения светодиодного индикатора к цифровой микросхеме

В схеме, приведенной на рисунке 9.16, используется ток нуля цифровой микросхемы. Этот ток в большинстве цифровых схем больше тока единицы. В этой схеме мы не накладывали никаких ограничений на используемую цифровую микросхему, кроме того, что она должна обеспечивать необходимый выходной ток. Однако при использовании обычного выходного каскада необходимо, чтобы напряжение питания микросхемы было равно напряжению, подаваемому на светодиод.

Обратите внимание, что на цепь светодиода и резистора нужно подавать напряжение больше пяти вольт. Только в этом случае светодиод надёжно откроется. То есть приведённая на рисунке 9.16 схема подходит только для микросхем с пяти- вольтовым (или более) питанием.

В большинстве современных микросхем ток единицы превышает минимальный ток зажигания светодиода. В ряде случаев это может упростить принципиальную схему устройства. Схема с использованием единичного тока цифровой микросхемы приведена на рисунке 9.17. Однако следует отметить, что если в схеме, приведенной на рисунке 9.16, светодиод зажигается нулевым потенциалом, то в схеме, приведенной на рисунке 9.17, для зажигания светодиода на выходе микросхемы следует сформировать единичный потенциал. В этой схеме напряжение питания цифровой микросхемы тоже должно превышать пять вольт.

Рисунок 9.17 – Использование тока единицы для зажигания светодиодного индикатора

Как уже говорилось ранее, в современных цифровых микросхемах часто используется напряжение питания 3.3 В, 2.5 В или даже 0.7 В. Как же быть в таком случае? Неужели использовать схему с дополнительным транзисторным ключом? Во всех цифровых схемах присутствуют микросхемы с открытым коллектором. Выходной транзистор этих микросхем способен выдерживать напряжение, превышающее напряжение питания самой микросхемы, поэтому такие микросхемы можно использовать для подключения светодиодных индикаторов. Такая схема приведена на рисунке 9.18.

Рисунок 9.18 – Схема подключения светодиодного индикатора к цифровой микросхеме с открытым коллектором

Виды светодиодных индикаторов.

Светодиодные индикаторы могут светиться различным цветом. Обычно используются светодиоды с зелёным, красным, синим или жёлтым цветом. Форма светодиодов тоже может различаться. Это могут быть круглые, прямоугольные или квадратные светодиоды. Есть светодиоды, предназначенные для поверхностного монтажа. Их габариты настолько малы, что можно считать их точечными источниками света.

Если в одном корпусе расположены несколько светодиодов с разным цветом свечения, то можно переключать цвет свечения светодиода, подавая ток на разные выводы этого светодиода. Благодаря конструкции светопровода таких индикаторов будет казаться, что изменяется цвет свечения одного и того же индикатора.

Подобным образом устроены семисегментные светодиоды. Однако цвет свечения светодиодов в них одинаковый. В этих индикаторах форма светодиодов подобрана таким образом, чтобы можно было с помощью них рисовать различные цифры. В подобных индикаторах светодиоды называются сегментами. Внешний вид семисегментного индикатора рассматривался нами ранее и приведен на рисунке 9.3.

В семисегментных светодиодных индикаторах для экономии количества выводов объединяются аноды или катоды светодиодов. В зависимости от этого будет использоваться схема включения, приведённая на рисунке 9.17 или 9.18. В качестве примера схемы включения диодов в семисегментном светодиодном индикаторе, на рисунке 9.19 приведена схема индикатора BS‑C506RII.

Рисунок 9.19 – Схема семисегментного светодиодного индикатора BS‑C506RII

В матричных индикаторах светодиоды подключаются в точках пересечения колонок и строк. При использовании матричных индикаторов обычно применяется динамическая индикация, которая будет рассмотрена немного позже. В качестве примера на рисунке 9.20 приведена схема матричного светодиодного индикатора BM‑20657MD.

Рисунок 9.20 – Схема матричного светодиодного индикатора BM-20657MD

Матричные индикаторы позволяют отображать любые символы. Для этого достаточно просто нарисовать требуемый символ, как это, например, показано на рисунке 9.21.

Рисунок 9.21. Отображение символов на матричных индикаторах.

На рисунке 9.21 черным цветом показаны горящие светодиоды, а белым цветом — погашенные. Я думаю, что из этого рисунка совершенно ясно как получить изображение любого требующегося символа, поэтому давайте перейдем к следующему разделу, и рассмотрим подробнее, как осуществляется динамическая индикация.