37. Устройства на основе светодиодов

Сигнализация – это сообщение о факте перехода контролируемой величины из одной области значений в другую. При визуальной сигнализации основным техническим средством является светоизлучающий или светоотражающий элемент. Индикация – это представление результатов контроля или измерения. Устройства индикации дают возможность визуально определить состояние объектов, схем логического управления этими объектами, трактов прохождения сигналов, состояния полупроводниковых элементов, снятие цифровой информации со счетчиков, запоминающих и других устройств.

Классификация индикаторов. В качестве индикаторов в современных схемах автоматики используются полупроводниковые (ППИ), вакуумные люминесцентные (ВЛИ), вакуумные накальные (ВНИ), газоразрядные (ГРИ) и жидкокристаллические (ЖКИ) индикаторы. В устройство отображения информации могут входить элементы согласования и управления, приема, хранения, обработки информации и собственно индикатор, обеспечивающий визуальное воспроизведение информации. Все индикаторы объединены в две группы: активные и пассивные индикаторы. В активных индикаторах электрическая энергия преобразуется в световую. В пассивных индикаторах осуществляется модуляция внешнего светового потока (солнечный свет, свет ламп) под действием электрического поля или тока.

По принципу формирования изображения индикаторы можно подразделить на знакомоделирующие (ЗМИ) и знакосинтезирующие (ЗСИ). Примером ЗМИ является газоразрядный индикатор, изображение в котором повторяет форму десяти катодов, изготовленных в виде цифр, и никакое другое изображение в нем получить невозможно. В ЗСИ изображение получается с помощью мозаики независимо от управляемых элементов отображения, каждый из которых преобразует электронный сигнал в свет. Существует два основных режима работы ЗСИ: статический и динамический. В статическом режиме всеми элементами отображения управляют одновременно и выключают их только при обновлении информации. Статическая индикация может быть непрерывной или импульсной в зависимости от того, приложено управляющее напряжение постоянно или периодически. В динамическом режиме отдельные элементы индикатора включаются в разные моменты времени в течение кадра передачи информации.

Примером ППИ является светодиод. Светоизлучающий диод – СИД является полупроводниковым прибором. СИД имеет активный слой, включающий электронно-дырочный переход с определенной шириной запрещенной зоны Е_g, находящийся между полупроводниковыми слоями p- и n-типов. Величина Е_g определяет минимум энергии, необходимой для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости. При пропускании электрического тока в прямом направлении происходит проникновение носителей заряда – электронов и дырок в активный слой из прилегающих пассивных слоев p- и n-типов.

В устройствах визуальной информации широко используются полупроводниковые семисегментные ЗСИ. Они органически вписываются в устройства цифровой автоматике, где информация представляется двоичным или двоично-десятичным кодом. Для управления семисегментными ЗСИ используются дешифраторы.

Дешифратор представляет собой комбинацию инверторов для входных сигналов, конъюнкторы для сбора сигналов активизации элементов ЗСИ.

Жидкокристалические индикаторы. По конструкции ЖКИ подобен конденсатору, поскольку состоит из двух стеклянных параллельных пластин, внутренняя поверхность которых покрыта электропроводящим слоем (окись олова). Между пластинами находится слой жидкокристаллического вещества толщиной 10…20 мкм. Электропроводящий слой представляет собой электроды, один из которых должен быть достаточно прозрачным, чтобы сквозь него не поверхности стекла можно было наблюдать изображение, а второй должен пропускать или отражать свет. Для изготовления второго электрода используется никель или алюминий. Все конструктивные элементы ЖКИ находятся в герметичном корпусе. Если ЖКИ работает по принципу пропускания света, то все электроды прозрачны. Если ЖКИ работает по принципу отражения света, то один из двух электродов является отражающим, на другом формируются цифры или знаки, отдельные сегменты, из которых можно составлять изображение.

Регулирование яркости свечения индикаторов. Особенностью использования полупроводникового индикатора, как и любого активного (светоизлучающего) индикатора, является зависимость качества воспроизведения информации от уровня яркости внешней освещенности. 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. Другим вариантом регулирования яркости свечения индикаторов, устраняющим 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.