42. Полупроводниковый регулятор напряжения. Назначение. Способы регулирования выходного напряжения. Преимущества, недостатки. Пример схемного решения регулятора для шим-напряжения.
Особенностью использования полупроводникового индикатора, как и любого активного (светоизлучающего) индикатора, является зависимость качества воспроизведения информации от уровня яркости внешней освещенности. 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 полупроводниковых индикаторов, 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 полупроводникового индикатора. Вариант прост в исполнении, и используется в помещениях с достаточно ровным ярким освещением, не требующим регулирования яркости полупроводникового индикатора до минимума. Это объясняется тем, что при малых значениях протекающего через светящийся элемент тока Iпр наблюдается незначительный разброс яркости его свечения Lν (рис. 1). При снижении до определенного минимума протекающего через светодиоды тока разброс яркости свечения полупроводникового индикатора значительно увеличивается.
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 создаёт дискомфорт при считывании информации из-за разнояркости свечения светодиодов.
Необходимо учесть, что конструкция полупроводникового индикатора не позволяет их использовать без светофильтров, так как светлая пластмасса рассеивателя светопроводов точек и сегментов полупроводникового индикатора на чёрном фоне его корпуса даже в выключенном состоянии выделяется достаточно контрастно. Высокий контраст элементов индикатора при определённых условиях освещённости 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 затемнённом 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.
Поэтому способ регулирования яркости свечения индикаторов снижением напряжения питания, приемлемый для приборов, размещаемых в помещениях с постоянным средним и ярким уровнем внешней освещённости, неприемлем для устройств отображения информации, размещаемых в помещениях и на объектах с широким диапазоном яркостей внешнего освещения.
Другим вариантом регулирования яркости свечения индикаторов, устраняющий указанный недостаток, является метод широтно-импульсного регулирования яркости свечения цифровых полупроводниковых 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. На рис. представлена структурная схема широтно-импульсного метода регулирования яркости свечения цифровых индикаторов. Функциональный элемент 1 представляет собой генератор широтно-модулированных импульсов. Функциональный элемент 2 представляет собой дешифратор, преобразующий двоично–десятичный код на его информационных входах (1-2-4-8) в семиразрядный позиционный код на его выходах (A–B–C–D–E–F–G). Функциональный элемент 3 представляет собой семисегментный индикатор. Кроме информационных входов дешифратор имеет вход, наличие напряжения, на котором обеспечивает свечение сразу всех сегментов индикатора и на который подается ШИМ-напряжение для управления свечением индикатора. Дешифраторы имеют и вход гашения, при подаче сигнала, на который на выходах A–G дешифраторов появляется логический уровень, обеспечивающий гашение светодиодов.
Рис. 2. Структурная схема ШИМ регулирования