1. Глава18.Электронные средства отражения индикации

Содержание

Стр.

Введение 3

1.Электролюминесцентные УОИ 3

2.Светодиодные УОИ 7

3.Газоразрядные и плазменные УОИ 9

4.Лазерные и голографические УОИ 16

5.Жидкокристаллические УОИ 21

6.Новые технологии, разработки, перспективы развития СОИ 25

7.Вопросы проектирования СОИ 28

8.Математическое обеспечение СОИ 34

9.Вопросы проектирования программного обеспечения 38

Заключение 42

Контрольные вопросы 43

Введение

Развитие авиационно-космической науки привело к созданию сложнейших авиационных и космических комплексов, составной элемент которых является человек-оператор. Существенно изменился характер труда авиационного специалиста (летчика, инженера, техника и т. д.). Основными его задачами все более становятся: контроль процессов управления, принятия решения в нестандартных ситуациях, дублирование работы технических систем.

На ранней стадии освоения летательного аппарата изменения в составе приборного оборудования были минимальными, но вскоре анализ авиационных происшествий показал очевидную необходимость приборного переоснащения из-за несовершенства и неприспособленности применяемых приборов отслеживать и своевременно выдавать возросшую информацию экипажу.

Анализ развития отечественных и зарубежных бортовых устройств отображения информации (УОИ) показал перспективность использования электронных индикаторов. Переход к электронным УОИ позволил по сравнению с первоначальной компоновкой кабины экипажа уменьшить число приборов, светосигнализаторов и переключателей

В настоящее время для воспроизведения информации выпускается большое количество разнообразных по принципу действия индикаторных устройств. Это электролюминесцентные, светодиодные, газоразрядные и плазменные, лазерные и голографические, жидкокристаллические УОИ.

1. Электролюминесцентные УОИ

В основу электролюми­несценции положено свойство некоторых кристаллических ве­ществ—люминофоров—излучать свет под действием электриче­ского поля. Электролюминесцентное свечение свойственно некоторым кристаллическим веществам, у которых под действием поля атомы переходят в возбужденное состояние. Широко применяют порошковые люминофоры на основе сульфидов цинка—кристаллофосфоры. Они являются полупроводниками с примесной проводимостью. Атомы примесей могут входить в кристаллическую решетку путем внедрения или замещения.

Места расположения примесных атомов называют центрами люминесценции (активации). В этих центрах электроны могут по­лучать достаточную энергию для перехода в зону проводимости. При возвращении электронов в центры активации часть поглощенной энергии освобождается и появляется люминесцентное свечение. Чтобы привести атомы кристаллов в возбужденное состояние, не­обходима напряженность поля порядка 10⁹В/м, в результате чего происходит разгон электронов и ионизация центров активации. Электроны, сталкиваясь с центрами активации, отдают им свою кинетическую энергию. Ионизированные уровни активации, рекомбинируясь с элек­тронами зоны проводимости, излуча­ют свет. Излучение происходит с того же энергетического уровня, который был достигнут при возбуждении. В ре­зультате возникает излучение в боль­шом числе локализованных областей. Испускание квантов света — это по­следний этап любых областей и последний этап люминесценции.

В основу элек­тролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ) положен плоский конденса­тор, диэлектриком которого служит связующее вещество — композиция ор­ганической смолы и люминофора, как на рис. 1. Один из электродов 2 кон­денсатора прозрачный, другой— металлический 4.В качест­ве прозрачного электрода, используют окись кадмия или двуокись олова. Металлический электрод имеет фор­му знака, который должен, ото­бражаться УОИ. Под воздействием поля, создаваемого источником переменного напряжения возникает свечение участков люминофо­ра 3,контактирующих с металлическим электродом. Стекло 1 вы­полняет защитную роль ЭЛИ.

Величина яркости ЭЛИ обычно в рабочих условиях находится в пределах 10—40 кд/м ². Яркость свечения ЭЛИ зависит от часто­ты и амплитуды приложенного напряжения (рис. 2). При уве­личении амплитуды возбуждающего напряжения усиливается ио­низация центров активации, а с ростом частоты ускоряются про­цессы перехода люминесцирующих атомов в возбужденное и нор­мальное состояния. Это приводит к увеличению интегральной яр­кости ЭЛИ.

На практике часто для оценки величины яркости используют зависимость , (1)

где — коэффициент пропорциональности;— амплитуда им­пульса возбуждающего напряжения;— показатель, изменяющий­ся для порошковых фосфоров от 3 до 5. Изменение длительности импульсов возбуждающего напряже­ния до 100 мкс при постоянной скважности почти не изменяет яр­кости свечения. Яркость ЭЛИ изменяется во времени.

Рис. 1.Устройство электролюминесцентного индикатора:

1-стекло; 2-прозрачный электрод; 3-люминофор; 4- металлический электрод.

В, кд/м ²

Рис. 2.Зависимость яркости от напряжения возбуждения при различной

частоте

Спектр света, испускаемого электролюминесцентными источни­ками, лежит в видимой части излучения и зависит от вида приме­няемого активатора: добавка меди вызывает голубое свечение, меди и алюминия - зеленое и т. д. С увеличением величины воз­буждающего напряжения и частоты спектральный состав ЭЛИ смещается в более высокую область. Наи­большая яркость у ЭЛИ с зеленым свечением.

Знакосинтезирующие ЭЛИ конструктивно весьма просты, вы­полняются на основе порошковых электролюминофоров и имеют линейчатую структуру. Сегменты пред­ставляют собой металлизированные электроды. В качестве общего элек­трода используется прозрачный про­водящий слой. Герметизация индикатора осуществляется эпоксидным ком­паундом. Цифросинтезирующие ЭЛИ обычно имеют семи-, восьми- и девя­тисегментную структуру и конструк­тивно выполняются либо в виде оди­ночных блоков, как видно из рис.3, либо в ви­де панелей на несколько десятичных разрядов. Знаковые индикаторы со­держат большее число сегментов и обеспечивают отображение букв ла­тинского и русского алфавитов, а так­же цифр.

Рис. 3.ЭЛИ с семисегментной структурой

Большое вни­мание уделяется разработке и исследованию различных видов ма­тричных и мозаичных панелей на электролюминофорах. Простейшая люминесцентная матричная панель представлена на рис. 4. Стеклянная пластина 4 - для защиты панели от внешних воздействий. Шины-электроды могут быть получены фото­литографией, методом электрогравировки, путем вакуумного напыления электродов, через трафарет и т. д. Наименьшее рас­стояние между шинами, определяющее разрешающую способ­ность экрана, должно быть больше толщины электролюминесцент­ного слоя, чтобы электрическое поле, возникающее между электро­дами, не приводило к появлению электролюминесценции в зазорах.

Недостаток таких панелей— сложность технологии изготовле­ния и невысокое быстродействие, связанное с инерционностью вы­сокочувствительных фотопроводников.

Рис. 4. Электролюминесцентная матричная панель:

1-слой электролюминофора; 2,3-взаимно перпендикулярные системы узких параллельных шин-электродов (шина 2 прозрачная); 4-стеклянная пластина.

Лучшие из них, выполнен­ные на основе сернистого и селенистого кадмия, имеют время нара­стания и спада фотопроводимости от единиц до десятков миллисекунд.