Конструкции цифровых и буквенных ЖКИ

На рис. 5.11 было показано устройство одного элемента символа, который называется сегментом. Буквенно-цифровые индикаторы состоят из набора типовых ячеек с несколькими сегментами, позволяющими сформировать необходимую букву, цифру или символ (запятую, знак и т.п.).

Расположение элементов в ячейках буквенно-цифровых инди­каторов показано на рис. 5.12. Для отображения цифр в калькуля­торах применяют наиболее простые семисегментные и девятисег­ментные ячейки. Для буквенных индикаторов используют более сложные ячейки с множеством сегментов. При подаче напряжения на набор сегментов появляется изображение требуемой цифры, буквы или символа.

Рис. 5.12. Семисегментная (а) и девятисегментная (б) ячейки индикатора

Во многих случаях жидкокристаллические индикаторы приборов и калькуляторов выполняются в виде комбинации мозаичных и символьных изображений, представленных на одной панели. Виды таких панелей показаны на рис. 5.13. Мозаичные точечные индикаторы позволяют формировать большое количество изображений букв, цифр и символов. Для отображения более сложной информации используют матричные индикаторы.

Рис. 5.13. Приборные индикаторные панели из семисегментных (а) и

мозаичных (б) индикаторных ячеек: 1 — место для знака; 2 — место для цифр; 3 — место для множителя; 4 — место для размерности

Матричные индикаторы представляют собой панель с тонким слоем нематического ЖК, расположенным между двумя стеклянными пластинами с нанесенными на них рядами линейчатых электродов из прозрачных проводящих пленок (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Структурная схема устройства управления матричной индикаторной панелью: 1 — источник данных; 2 — память БИС на МДП-структурах; 3 — генератор символов; 4 — сдвигающий регистр; 5 — схема управления X-проводниками; 6 — матричная панель; 7 — схема управления Y-проводниками; 8 — управляющая схема; 9 — генератор адресных сигналов; 10 — задающий генератор; 11 — делитель частоты

Проводящие линейки на противоположных пластинах расположены взаимно перпендикулярно, т.е. образуют растр. Время включения и выключения элемента растра зависит от длительности подачи перепада напряжений. В некоторых случаях для сохранения изображения на панель подается постоянное напряжение смещения. Использование смеси жидких кристаллов позволяет получать немигающий матричный индикатор 100х160 элементов с временем переключения элемента 50 мс и возможностью сохранения кадра в течение 100 мс. Для обеспечения более длительного сохранения информации на одну из пластин с пленочными электродами наносится слой сегнетоэлектрика. При подаче напряжения на встречные электроды сегнетоэлектрик поляризуется, устанавливая определенную ориентацию молекул. При выключении напряжения поляризация сегнетоэлектрика остается, сохраняя ориентацию ЖК и изображения. В этом случае для «стирания» изображения на все электроды подается деполяризующее напряжение.

Структурная схема устройства управления матричной индикаторной панелью представлена на рис. 5.14. Устройство работает следующим образом. Результаты измерения поступают из исто­чника данных 1 в память БИС 2. Генератор символов 3 и сдвига­ющий регистр 4 формируют цифры. Схема 5 управления Х-проводниками подает напряжение на разъем Х матричной жидкокристаллической панели. Схема 7 управления Y-проводниками подает напряжение на разъем Y. Управляющая схема 8 формирует импуль­сы напряжения для генератора адресных сигналов 9, на который подаются также тактовые импульсы от задающего генератора 10 через делитель частоты 11. Запись изображения осуществляется путем приложения напряжения к проводникам Х (развертки) и напряжения, сдвинутого по фазе на 180°, к проводникам Y (форми­рующим изображение). Для запоминания изображения на электро­ды Х и Y подается постоянное напряжение смещения.

В настоящее время разработано много разных типов приборных буквенно-цифровых информационных индикаторных панелей с подсветкой и без подсветки, работающих на просвет и отражение. Также разработаны и используются жидкокристаллические индикаторные панели с цветным изображением, для которых характерны малые управля­ющее напряжение (3…8 В), потребляемая мощность (10 мкВт/см2) и время переключения (10 мс) при конт­растности 1000:1. Срок службы индикаторных устройств на ЖК составляет несколько десятков тысяч часов.

Светодиодные индикаторы

Конструкции монолитных и гибридных светодиодных цифровых одноразрядных семисегментных индикаторов типа ИПЦ02А-1/7КЛ, а также матричных индикаторов и индикаторных панелей формируют из устройств, подобных светодиодам, описанным ранее. Управление светодиодными индикато­рами, как и жидкокристаллическими, осуществляется подачей на их элементы статического (постоянного) или импульсного напряжения от внешней или встроенной схемы управления. В структуру светодиодных индикаторов должны входить полупроводники с высокой энергией носителей зарядов (более 1,8 эВ), которые дают видимое свечение с длиной волны менее 750 нм. К таким полупроводникам относятся фосфид галлия (GaP), арсенид галлия (GaAs), арсенид-галлий-алюминий (GaAlAs), карбид кремния (SiC). Изменением состава и введением легирующих присадок обеспе­чи­вают нужный цвет свечения (красный, желтый, зеленый, синий).

Схема управления семи­сегментного элемента содержит преобразователь двоично-десятичного кода в позиционный семисегментный код с ограничи­тельными резисторами (дешифратор-формирователь ИМС 564ИД5). Управляющими сигналами в этой схеме являются импульсы четырехразрядного двоично-десятичного кода, которые подаются на вход дешифратора.

Встроенные схемы статического управления применяются в цифровых одноразрядных полупроводниковых индикаторах 490ИП1 и 490ИП2.

Мультиплексорное управление осуществляется последовательным переключением излучающих диодов с частотой 60…100 Гц и длительностью импульсов ≈20 мс. Задающее устройство формирует управляющие сигналы дешифраторам управления строками и столбцами. Дешифратор управления строками определяет, какие диоды должны подключаться в данный момент к столбцу, на который подано напряжение.

Яркость светодиодных индикаторов примерно пропорциональна подаваемому на них току и ее можно регулировать в зависимости от общей освещенности рабочего места оператора.

Значения параметров светодиодных индикаторов следующие: яркость — до 5000 кд/м2; сила света — 1…1000 мкд (кд – кандела ≈1 свече) ; инерционность — до 10 нс; рабочее напряжение — 1,5…5 В; потребляемый ток — 5…10 мА; КПД — 5…10%; диапазон рабочих температур — от -60 до +85°С; минимальная наработка — 25…50 тыс. ч.

Благодаря высоким яркостным характеристикам, низкому питающему напряжению и малому потреблению энергии полупроводниковые индикаторные панели разных размеров и конструкций находят широкое применение в приборостроении и используются в самых различных областях техники (особенно в бытовой технике и технике широкого применения).

Контрольные вопросы

1. Какие фоточувствительные приборы вы знаете, каковы их преимущества?

2. Какие диапазоны излучений относятся к оптическим, каковы их длины волн и как они регистрируются?

3. Какова полупроводниковая структура фотодиода и как он работает в фотогальваническом и фотодиодном режимах?

4. В чем состоит различие кремниевых и германиевых фотодиодов?

5. В чем заключаются преимущества фототранзисторов, каковы их структура и параметры?

6. В чем состоят преимущества использования оптопар с открытым каналом и где они применяются?

7. Какие приборы отображения информации вы знаете, какие физические принципы используются для отображения информации?

8. Какими достоинствами обладают светодиодные, газоразрядные (плазменные) и жидкокристаллические ячейки для отображения информации?

9. В каких бытовых и других технических устройствах используются ЖК индикаторы?

10. Каково устройство ячейки и сегмента ЖКИ и как они работают?

11. Поясните устройство матричного ЖКИ и принципы формирования в нем изображений.

12. Как формируются изображения цифр и букв в ячейках мозаичного ЖКИ?

13. Поясните принципы отображения информации на приборной жидкокристаллической панели и перечислите виды отображаемых на ней знаков.

14. Какие преимущества имеют светодиодные индикаторные панели по сравнению с жидкокристаллическими и плазменными?

Список литературы

1. Быстров Ю.А., Гамкрелидзе С.А., Иссерлин Е.Б., Чрепанов В.П. Электронные приборы и устройства на их основе. Справочная книга. «РадиоСофт», М., 2002, —656 с.

2. Нефёдов В.И. Основы радиоэлектроники и связи. Учебник. -М.: “Высшая школа” 2002, —520 с.

3. Берикашвили В.Ш., Черепанов А.К. Электронная техника. Учебное пособие. -М.: Изд. центр «Академия», 4-е издание. 2008, —286 с.Аваев

4. И.А., Наумов Ю.Е, Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники. — М.: Радио и связь, 2001, —324 с.

5. Яблонский Ф.М., Троицкий Ю.В. Средства отображения информации. –М.: Высшая школа, 2005, —200 с.

6. В.И.Кулешова, Л.И.Ниссельсон С.В., ЯкубовскийС.И. и др. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. — М.: Радио и связь, 2001, —196 с.

7. Бойко В.И., Гурджий А.Н., Жуйков В.Я. и др. Микропроцессоры и микроконтроллеры. — СПб.: БХВ — Петербург, 2004, —464 с.

8. Корнеев В.В., Киселёв А.В. Современные микропроцессоры. — СПб.: БХВ — Петербург, 2004, —448 с.

9. Берикашвили В.Ш. Импульсная техника. — М.: Изд. центр «Академия», 2003, —186 с..

Список сокращений

АРУ – автоматическая регулировка усиления

АСУ – автоматизированная система управления

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика

БИС – большая интегральная схема

ВАХ – вольтамперная характеристика

ЖК – жидкий кристалл

ЖКИ – жидкокристаллическая панель

ИК – инфракрасное излучение

ИС – интегральная схема

КПД – коэффициент полезного действия

ЛФД – лавинный фотодиод

МП – микропроцессор

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (оперативная память)

ООС – отрицательная обратная связь

ОС – обратная связь

ОУ – операционный усилитель

П – процессор (вычислитель)

ПК – персональный компьютер

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство

ПОС – положительная обратная связь

САУ – система автоматического управления

СД – светодиод

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика (логика на транзисторах)

УГО – условное графическое отображение (в электрических схемах)

УФ – ультрафиолетовое (излучение)

ФД – фотодиод

ФЧХ – фазочастотная характеристика

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

ЦП - центральный процессор

ЦПУ – центральное процессорное устройство

ЭВМ – электронно-вычислительная машина

ЭДС – электродвижущая сила

Оглавление

Введение ……………………………………………………………3

Глава 1. Физические принципы работы

и элементная база электронной техники ……….. 5

1.1. Основные определения, области применения
и история развития электронной техники ……………………….. 5

1.2. Электрофизические свойства полупроводников ……………10

1.3. Образование и свойства р-n-перехода ……………………….17

1.4. Электронные вакуумные приборы …………………………...24

1.5. Полупроводниковые диоды …………………………………..32

1.6. Биполярные транзисторы …………………………………….47

1.7. Полевые транзисторы ………………………………………. 54

1.8. Тиристоры, динисторы и симмисторы ………………………58

Глава 2. Аппаратные средства информационной электроники ……………………………………………………63

2.1. Электронные усилители …………………………………….. ..64

2.1.1. Виды, параметры и области применения электронных усилителей ……….……………………………………. …64

2.1.2. Транзисторный усилительный каскад ………………….. 65

2.1.3. Транзисторный усилительный каскад переменного напряжения ………………………..…………………… ...67

2.1.4. Резонансные усилители …………………………………..72

2.1.5. Обратные связи в усилителях ……………………..…. 74

2.1.6. Усилители постоянного тока ……………………………..77

2.1.7. Операционные усилители …………………………………79

2.1.8. Усилительные каскады с ИМС ОУ ……………………… 85

2.1.9. Компараторы на основе ИМС ОУ ……………………….. 88

2.1.10. Усилители мощности …………………………………..... 90

2.2. Электронные генераторы ………………………………………97

2.2.1. Принципы автогенерации ……………………………….…97

2.2.2. Транзисторный генератор гармонических колебаний ……97

2.2.3. Кварцевая стабилизация частоты …………………………101

2.2.4. Генераторы линейно изменяющихся напряжений ………. 102

2.3. Импульсные устройства ………………………………………… 105

2.3.1. Представление информации в импульсном цифровом виде ..105

2.3.2. Электронные ключи и формирование импульсов ………… 108

2.3.3. Импульсные генераторы ……………………………………..114

2.3.4. Мультивибратор на транзисторах ………………………...116

2.3.6. Симметричный триггер на транзисторах (RS-триггер) …….116

2.3.7. Блокинг-генераторы ………………………………………….118

Глава 3. Основы микропроцессорной техники ……..121

3.1 . Микроэлектроника и интегральные микросхемы ……………. 122

3.1.1. Виды и классификация интегральных микросхем …….. 122

3.1.2. Технологические процессы изготовления ИС ……………127

3.2. Базовые элементы и устройства цифровой электроники …….. 134

3.2.1. Логические элементы и логические устройства ………….. 134

3.2.2. Интегральные микросхемы триггеров ………………….…… 139

3.2.3. Мультивибраторы на логических элементах ………………143

3.2.4. Регистры памяти, кодеры и мультиплексоры……..............146

3.2.5. Аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи .148

3.3. Микропроцессоры, микроЭВМ и персональные компьютеры.151

3.4. Информационные и управляющие системы…………………….. 159

Глава 4. Аппаратные средства энергетической электроники ……………………...………………………………. 162

4.1. Источники питания и выпрямительные устройства ……………. 162

4.2. Сглаживающие фильтры …………………………………………..166

4.3. Стабилизаторы напряжения и тока ……………………………….169

4.4. Инверторы, преобразователи напряжения и частоты ……………177

4.5. Импульсные стабилизаторы напряжения …………………………180

Глава 5. Оптоэлектронные приборы и устройства

отображения информации .…………………..………………183

5.1. Фоточувствительные приборы …………………………………...184

5.2. Светодиоды и полупроводниковые лазеры ……………………….194

5.3. Оптопары, оптроны и оптоэлектронные микросхемы ……………195

5.4. Устройства отображения информации ………………….................198

Список литературы ………………………………………………………211

Список сокращений ………………………………………………………212

Приложение. Обозначения в схемах полупроводниковых приборов

(ГОСТ 20859.1—89)

Приложение

ОБОЗНАЧЕНИЯ В СХЕМАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

(ГОСТ 20859.1 -89)

Подписи сторон

От Издателя Автор

Директор

____________________/ Щербаков С.Г. / ________________/ Берикашвили В.Ш. /