Выбор режима работы полупроводниковых индикаторов

Выбор оптимального режима работы ППИ является одной из важнейших задач при проектировании индикаторных уст­ройств. Режим работы ППИ должен быть таким, чтобы обес­печивал требуемые светотехнические параметры для данного ППИ, обеспечивал необходимую надежность, долговечность и допустимую деградацию параметров. Максимально допустимые режимы работы индикатора устанавливались постепенно, исходя из теоретических исследований и большого экспериментального материала, полученного при проведении испытаний на надеж­ность как самих индикаторов, так и других видов полупровод­никовых приборов и ИМС [2, 3, 7].

Поскольку все параметры ППИ связаны между собой, то применение ППИ одновременно в нескольких предельных элект­рических и эксплуатационных режимах недопустимо, так как при работе в таком режиме не будет обеспечена требуемая надеж­ность. Нельзя работать одновременно, например, при максималь­ной рассеиваемой мощности и максимальной температуре окру-

жающей среды. В частности, при работе на максимальной мощ­ности необходимо снижать температуру. Основным фактором, влияющим на надежность работы индикатора, является темпера­тура р-n перехода, которая определяется по формуле

T_П = T₀ + ДT,

где T₀ — температура окружающей среды; ДТ — приращение температуры за счет протекающего через переход тока,

ДT — P_ср R_т = I_прU_прR_т;

R_т — тепловое сопротивление «переход — окружающая среда». Значения теплового сопротивления для ряда типов индика­торов приведены ниже:

Значение Значение

Тип ППИ Rc°С/Вт Тип ППИ R_т,°С/Вт

AЛ307A .............................. 30 — 40 ЗЛС358А .............................. 70

ЗЛ314А-К .............................. 200 ЗЛС357А ............................... 60 — 75

ЗЛС331А ............................... 200 ЗЛС347А ............................... 60 — 70

ИПДО4А-К .......................... 400 ИПВ70А-4/5Х7К ................ 65

ЗЛС320А-Д ........................... 120 ИПВ71А-4/5Х7К ................ 25

ЗЛС317А-Д ........................... 140 ИПГ05А-8Х8Л ................... 45

ЗЛС314А ............................... 60 — 70 ИПТ10А-63К ........................ 40

ЗЛС321А, Б ........................... 70 — 80 490ИП1 ................................. 70

ЗЛС324А, Б .......................... 60 — 65 490ИП2 ................................. 60

ИПЦО1А-Г-1/7К ................. 50 514ИД1 ................................. 200

ЗЛС338А, Б ........................... 60 514ИД2 ...........-...................... 200

ЗЛС348А ............................... 90 514Г1Р1 .................................. 200

ЗЛ341А-Е ............................. 400

Таким образом, чтобы не превысить температуру перехода, следует выбирать соответствующее значение прямого тока и тем­пературы окружающей среды.

Многочисленные экспериментальные и теоретические исследо­вания показали, что температура р-n перехода у индикаторов с герметичным корпусом не должна превышать 125° С, а для приборов с полимерной герметизацией 100 — 110° С. Во всех слу­чаях температура перехода должна быть ниже критической температуры компаунда и ряда технологических процессов. Так, например, критическая температура пластмассы составляет 130° С для индикаторов ЗЛС338А, 125° С для шкальных индика­торов ЗЛС362А-Н, температура герметизации большинства инди­каторов составляет 120° С.

Для многоэлементных ППИ приращение температуры необ­ходимо умножить на количество элементов индикатора, т. е.

ДT = I_прU_прR_тn,

где n— число элементов индикатора.

Для обеспечения нормального теплового режима получены экспериментальные соотношения для снижения тока при пре­дельно допустимой температуре.

Ниже приведены значения коэффициента, вводимого для амплитуд максимального постоянного прямого тока при раз­личных значениях допустимых температур, где I_пр.макс.н — значе­ние максимально допустимого прямого тока при нормальной температуре (25° С).

Коэффициент при Допустимая температура, ° С

I_{пр.макс.н}

70 ................................................. 0,42

85 ................................................. 0,32

100 ............................................... 0,23

125 ............................................... 0,15

Полупроводниковые индикаторы работают также в импульс­ном или мультиплексном режимах. В этом случае необходимо знать значения импульсного прямого тока. Значение максималь­но допустимого импульсного тока ограничивается двумя факто­рами: максимально допустимой температурой перехода T_п.макс и амплитудой прямого импульсного тока I_пр.имп.

Значение Т_П,_ыакс рассчитывается по формуле

T _{п. макс} = T _корп + I_{пр. макс}U_прI_тn,

где T_корп — температура корпуса; I_пр._макс — значение максимально допустимого постоянного прямого тока через элемент; n— коли­чество излучающих элементов в индикаторе.

Значение Т_П для прямоугольных импульсов можно рассчи­тать из выражения

T_п =T_корп + I_{пр. имп} U_прR_тТ_иf_иn,

где т_и — длительность импульса; f_H — частота следования импульсов.

Значение U_np уменьшается с повышением Т„. Величине Т_п.макс соответствует строго определенное значение U_пр (при I_пр = = const), которое можно обозначить U_np._мин. Изменяя значения I_{пр.макс} и I_пр.имп на фиксированной частоте, строят семейство ха­рактеристик

I_{пр.имп.макс}/I_{пР.макс} = f(т_и; fи)дляU_{пр.макс} = const (т. е. для Т _п. макс = const).

Рис. 1.11. Зависимость отношения мак­симально допустимого импульсного прямого тока к максимально допусти­мому постоянному прямому току от длительности импульса и частоты

Зависимости отношения максимально допустимого импульсно­го прямого тока к максимально допустимому постоянному пря­мому току от длительности импульса и частоты приведены на рис. 1.11.

СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Полупроводниковые индикаторы ППИ обычно являются про­межуточным звеном в системах «оператор — аппаратурный комп­лекс». Можно выделить два основных способа выработки инфор­мации: аналоговый (галетные переключатели, тумблеры, кнопки-табло и т. д.) и цифровой. Информация в цифровом виде выра­батывается обычно вычислительным устройством (ЦВМ, специ­ализированным ВУ и т. д.), выходными элементами которого обычно являются полупроводниковые приборы.

Способ выработки информации влияет главным образом на аппаратурные реализации устройств приема информации со сто­роны полупроводниковых индикаторов, поскольку для безотказ­ной работы индикаторов необходимо обеспечивать их защиту. Это в основном относится к системам, в состав которых входят источники с аналоговым способом выработки информации для индикации.

Информация. передается от источника к потребителю по каналам связи. Оператор по предъявленной информации прини­мает решение и, воздействуя на органы управления и комму­тации, управляет режимами работы аппаратурного комплекса. Таким образом, устройства отображения информации являются обычно сложными схемно-конструкторскими изделиями, содержа­щими в своем составе приемо-передающие узлы (модули), схемы обработки, устройства индикации, командно-коммутацион­ные элементы. Возбуждение полупроводниковых индикаторов и представление на них информации являются частью сложного процесса получения, обработки и индикации информации с по­следующим вводом корректирующих значений параметров в ап­паратурный комплекс. От качества предъявления информации в большой степени зависит и качество работы оператора в комп­лексе.

В разделах, посвященных управлению цифрами и буквенно-цифровыми индикаторами, после схемных решений, обеспечива­ющих управление собственно ППИ, приведены структурные и принципиальные схемы полного цикла работы устройств отобра­жения информации от приема и индикации информации до выдачи корректирующих значений параметров в аппаратуру комплекса.

Вне зависимости от способа выработки информации она может быть передана от вычислительного устройства или дру­гого источника на схему управления в параллельном, последо­вательном и параллельно-последовательном коде. На рис. 1.12 представлены виды передачи информации от датчика информации к индикаторному устройству, где Х₁, Х₂, ..., Х_п — разряды передаваемого символа; ДТ_k — разряд наличия децимальной точки.

Рис. 1.12. Виды передачи информации:

а — параллельный; б — последовательный; в — параллельно-последовательный

Выбор вида передачи информации диктуется объемом и ка­чеством передаваемой информации, а также пропускной способ­ностью канала связи, удаленностью индикаторного прибора от вычислительной части системы. Каждый из видов передачи информации имеет свои преимущества и недостатки.

Параллельный вид передачи информации, используемый как для аналогового, так и цифрового способа ее выработки (рис. 1.12, а) требует наличия проводной связи для каждого бита ин­формации. При передаче больших объемов информации на боль­шие расстояния кабельная сеть канала связи становится неоп­равданно тяжелой и дорогой. Действительно, общее число связей при параллельном виде передачи информации составит: V = = k(n+1), где k — число передаваемых символов; n— число разрядов при передаче одного символа; 1 — связь, необходимая для передачи децимальной точки. При передаче цифровой ин­формации в двоично-десятичном виде n = 4, при передаче зна­ковой информации n — 7.

Последовательный вид передачи информации по одной линии связи (рис. 1.12,6) предусматривает наличие уплотнителя ин­формации на передающем конце канала связи и преобразователя последовательного кода в параллельный на приемном ее конце. При больших объемах передаваемой информации и высокой час­тоте ее изменений последовательный вид передачи информации вызывает необходимость использования высоких несущих частот, что в ряде случаев снижает помехоустойчивость линий связи и усложняет приемные устройства индикаторных приборов. В та­ких системах национально применять параллельно-последова­тельный (рис. 1.12, в) вид передачи информации. Общее число связей при таком виде передачи уменьшается в k раз по сравне­нию с числом связей при параллельной передаче, частота переда­чи снижается в n+1 раз по сравнению с последовательным ви­дом передачи информации.

В информационных системах с интенсивным обменом инфор­мацией следует признать рациональным осуществление передачи информации от вычислительной части системы (например, от ЦВМ) до входных устройств индикаторного прибора в виде последовательного или последовательно-параллельного кода, а передачу информации от входного устройства на схему управ­ления собственно индикатором -- в параллельном коде. Наиболее рациональный вид предъявления информации на схемы управ­ления цифровыми индикаторами является параллельный двоич­но-десятичный код.

Для упрощения в приводимых в тексте структурных и принци­пиальных схемах не будет акцентироваться, внимание на необ­ходимости входного преобразования информации, в них будет в качестве источника параллельного двоично-десятичного кода указываться внешний источник информации. Полный цикл преобразования информации будет изложен в разделах, посвя­щенных работе приборов в мелом.

Глава 2