3.3. Регулирование яркости свечения индикаторов при управлении в статическом режиме

Особенностью использования ПНИ, как и любого активного (светоизлучающего) индикатора, является зависимость качества восприятия информации от уровня яркости внешней освещен-ности. В частности, в помещениях с рассеянным спокойным освещением индикатор в номинальных режимах работы даст дискомфорт считывания информации из-за чрезвычайно высо­кого яркостного контраста; в помещениях же с высокими уров­нями внешней освещенности (от 10000 до 100000 лк) яркост­ного контраста для уверенного считывания информации даже при максимуме светоотдачи без применения специальных мер будет недостаточно. Для устройств, работающих в широком диапазоне внешней освещенности, необходимо решать обе эти задачи.

Снижение яркостного контраста при работе индикатора в по­мещениях с низким уровнем внешней освещенности достига­ется путем регулирования (уменьшения) яркости свечения инди­каторов.

Это регулирование может быть осуществлено различными способами. В частности, в условиях ровного яркого освещения, например в вычислительных центрах, допустим вариант регули­рования яркости за счет изменения напряжения питания ППИ, а следовательно, и амплитуды проходящего через светодиоды тока. Регулирующим элементом может служить переменный ре­зистор, вынесенный на лицевую панель прибора. Этот резистор является элементом делителя напряжения в блоке питания, осу­ществляющего регулировку выходного напряжения блока, ис­пользуемого для питания ППИ. Вариант прост в исполнении, однако может быть использован только в помещениях с до­статочно ровным ярким освещением, не требующим регулирова­ния яркости ППИ до минимума.

Это объясняется тем, что при малых значениях протекаю­щего через светящийся элемент тока I_пр наблюдается значи­тельный разброс яркости их свечения L_v (рис. 3.22). При сниже­нии до определенного минимума протекающего через светодиоды тока разброс яркости свечения ППИ значительно увеличива­ется (ДL_v2>ДL_v1 при I₁<I₂).

При невысоких уровнях яркостей, т. е. при работе в ночное время, зрительное восприятие неравномерности свечения будет усугубляться тем, что в этих условиях чувствительность глаза выше, поэтому и различная яркость проявляется сильнее. Следо­вательно, регулирование яркости свечения индикаторов методом изменения напряжения на нижних пределах регулирования соз­даст дискомфорт при считывании информации из-за разноярко-сти свечения светодиодов.

Необходимо учесть, что конструкция ППИ не позволяет их использовать без светофильтров, так как светлая пластмасса рассеивателя светопроводов точек и сегментов ППИ на черном фоне его корпуса даже в выключенном состоянии выделяется достаточно контрастно. Высокий контраст элементов индикатора при определенных условиях освещенности или дефицита времени могут вызвать пропуски и ошибки при считывании информации. Светофильтры же, обеспечивающие цветовой и яркостный конт­расты индицируемой информации, снижают яркость свечения на 15 — 20% и более в зависимости от типа светофильтра. Таким образом, с одной стороны, для обеспечения комфортности счи­тывания информации в затемненном помещении необходимо снижение тока через светодиоды цифрового индикатора до зна­чения, снимающего слепящее действие наиболее ярких элемен­тов, а с другой — явление разброса яркости свечения с одновре­менным использованием светофильтров приводит к полной потере светимости части светодиодов, имеющих более низкие светоизлучающие характеристики.

Рис. 3.22. Зависимость яркости свече­ния светодиодов от прямого тока

Рис. 3.23. Структурная схема ШИМ ре­гулирования яркости свечения цифро­вых индикаторов:

1 - генератор широтно-модулированны.х импульсов, у которого т_и =f(R_я): 2 де­шифратор ДДК r семиразрядный пози­ционный код ППИ; 3 информационные входы дешифратора; 4 семисегментный индикатор; R₁-R₇ токоограничивающие резисторы

Поэтому способ регулирования яркости свечения индикаторов снижением напряжения питания, приемлемый для приборов, размещаемых в помещениях с постоянным средним и ярким уровнем внешней освещенности, неприемлем для устройств отображения информации, размещаемых в помещениях и на объектах с широким диапазоном яркостей внешних освещений.

Рис. 3.24. Принципиальная схема генера­тора ши ротно-модулированных импульсов .чля регулирования яркости свечения ППИ

Другим вариантом регулирования яркости свечения индика­торов, устраняющим указанный недостаток, является широтно-импульсная регулировка.

Широтно-импульсный метод регулирования яркости свечения цифровых ПП индикаторов. Широтно-импульсный метод (ШИМ) основан на сокращении времени протекания тока через светоди­оды индикаторов. При этом снижается значение среднего пря­мого тока через светодиоды и, естественно, снижается яркость их свечения.

Рис. 3.25. Эпюры напряжений и то­ков ШИЛА регулирования яркости свечения ППИ

На рис. 3.23 представлена структурная схема широтно-им-пульсного метода регулирования яркости свечения цифровых индикаторов.

Функционирование элементов 2 и 4 приведенной схемы в за­висимости от состояния информационных входов 3 дешифрато­ра было пояснено выше. Необходимо, однако, отметить, что дешифраторы типа 514ИД1, 514ИД2, 514ПР1 и др. имеют вход гашения (в указанных дешифраторах это вход 4), при подаче сигнала на который на выходах АС дешифраторов появляется логический уровень, обеспечивающий гашение светодиодов.

На рис. 3.24 представлена одна из возможных схем генера­тора широтыо-модулированных импульсов. Регулирующий эле­мент Ra, размещенный обычно на лицевой панели прибора, определяет длительность выходного импульса генератора, ко­торая пропорциональна величине R».

Указанный метод заключается в регулировании светоотдачи полупроводникового материала индикатора изменением сред­него прямого тока через сегмент. Поскольку наиболее распро­страненным формирователем тока бывает Пассивный элемент (резистор), то во избежание значительного изменения яркости необходима высокая степень стабилизации напряжения питания источника тока. Необходимо отметить, что при индикации различных значений цифровых параметров суммарный ток потреб­ления всего индикатора будет изменяться в широких пределах, а поэтому напряжение питания при изменениях тока нагрузки во время работы индикаторов должно быть стабилизировано во всем диапазоне токов потребления от 0 до I_макс.

На рис. 3.25 представлены поясняющие работу этой цепи эпю­ры напряжений и токов, где U_BX — напряжение на выводе 6 де­шифратора (наличие U_вх на выходе 6 обеспечивает свечение всех сегментов ППЦИ); R» — сопротивление регулирующего потенциометра; I_имп — импульсный ток, протекающий через све-тодиоды индикатора; I_ср — средний прямой ток через свето-диоды.

Снижение среднего прямого тока через сегменты вызывает снижение светоотдачи полупроводникового материала индика­тора, т. е. регулирование яркости индикатора.

Приведем значения параметров и типы электрорадиоэле­ментов для реализации одного из вариантов генератора широт-но-модулированных импульсов, представленного на рис. 3.24: R, и R5=1,1 кОм; R₂ и R₄=1,0 кОм; R₃ = 91 Ом; R₆ = 2,0 кОм; R7=12 кОм; R_я=15 кОм; KD,, VD₂ — 2Д104А; VT,, VT₂ — 2Т312Б; VT₃ — 2Т603Г; С, и С₂ = 0,047 мкФ. Эти значения обеспечат в схеме рис. 3.24 регулирование яркости 15 — 20 ин­дикаторов типа АЛС324Б1 (ЗЛС324Б1) от 20 до 100% их ярко­сти. Частота выходного сигнала такого генератора составит 2 кГц.

Рис. 3.26. Принципиальная схема ана­логового регулятора яркости ППИ

Схемы регулирования яркости индикаторов с использова­нием генераторов широтно-модулированных импульсов могут быть различными. Однако любые варианты такой схемы регу­лирования яркости могут использоваться только при ограничен­ном числе индикаторов, так как одновременное включение-вы­ключение большого числа индикаторов вызывает значительные изменения тока источника питания. Борьба с такими помехами в микросхемной части прибора, в том числе и дешифраторе, часто вызывает значительные трудности. Действительно, наи­больший ток индикатора, например, ЗЛС324Б1 составляет 140 мА и при одновременной регулировке яркости 15 индика­торов изменение тока составит более 2 А. Это необходимо учитывать при проектировании источника питания и разводке про­водного или печатного монтажа.

Для уменьшения влияния помех можно сдвинуть во времени запрещающие сигналы, подаваемые на гасящие входы групп дешифраторов.

Регулировка яркости свечения индикаторов аналоговым мето­дом снимает указанные сложности. Схема аналогового регуля­тора приведена на рис. 3.26. Ее целесообразно применять в устройствах, в которых другие методы борьбы с помехами в ШИМ регулирования по тем или иным причинам не принесли желаемого результата. Следует помнить, что аналоговый метод регулировки яркости менее экономичен, чем ШИМ, так как даже при полностью погашенных индикаторах значительная мощность рассеивается на регулирующем транзисторе стабили­затора и на резистивном делителе напряжения. Ниже приведены значения параметра электрорадиоэлементов для реализации одного из вариантов аналогового регулятора яркости ППИ.

Значения R, =300 Ом; R₂ и R₃ = 50 Ом; R₄ и R₅ = 220 Ом; R_я=1,0 кОм; VT_lt VT₂ — 2T603A; VT₃ — 2Т908А обеспечивают в схеме рис. 3.26 I_нагр = 2,8 А, достаточный для регулирования яркости 15 — 20 индикаторов типа ЗЛС324Б1 (прямой ток 20 мА).