лассификация и характеристики устройств отображения информации

ИНДИКАТОРЫ

Элементы индикации предназначены для преобразования электрических сигналов в видимые, удобные для визуального наблюдения.

В зависимости от физических эффектов, лежащих в основе преобразования электрических сигналов в видимые, элементы индикации подразделяются на активные и пассивные (рис.1). К первой группе относятся приборы на основе светогенерационных эффектов. Принцип действия индикаторов второй группы основан на изменении коэффициентов отражения, пропускания, поглощения и на вращении плоскости поляризации световых волн.

Рис. 1. Классификация электронных устройств индикации

К основным параметрам элементов индикации относятся: яркость, контрастность, освещенность, угол обзора, информационная емкость, напряжение питания, потребляемый ток и др.

Яркость (В) — физическая величина, определяемая выражением

B = I/S,

где I — сила света; S — площадь поверхности светящегося тела в заданном направлении.

Единицей измерения яркости в системе СИ является кандела на квадратный метр, кд/м².

Коэффициентом контрастности (К) называют величину, равную отношению яркости самого светлого участка изображения B_max к яркости самого темного его участка B_min

K=B_max/ B_min

Оптимальным коэффициентом контрастности считают значение в пределах от 0,65 до 0,95.

Освещенность (Е), являясь одним из основных параметров пассивных элементов, характеризует световой поток на единицу площади, лк:

E = Ф/S.

Минимальная освещенность для чтения составляет 20 лк.

Углом обзора (a) называют максимальный угол наблюдения, при котором возможно считывание информации. Для различных элементов индикации a лежит в пределах от 20 до 70°.

Информационная емкость индикатора определяется числом управляемых светящихся элементов прибора.

Наибольшее распространение среди элементов индикации получили полупроводниковые, газоразрядные и жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ).

2. Полупроводниковые индикаторы

Активным элементом полупроводниковых индикаторов является светоизлучающий диод (СИД). В основе работы СИД лежит явление инжекционной люминесценции, наблюдаемой в некоторых полупроводниках при рекомбинации электронов и дырок в области p —n-перехода. Светоизлучающие диоды применяют автономно в виде семи-, восьми- десятисегментных знакосинтезирующих индикаторов (рис.2, а — в) либо набирают в матричные и мозаичные одноцветные или многоцветные панели (рис.2, г). В зависимости от размера символа в каждом сегменте может использоваться либо один, либо несколько последовательно включенных светоизлучающих диодов. Высота символа в индикаторе колеблется от 2,5 до 18...25 мм.

Рис. 2

Наиболее универсальными являются матричные полупроводниковые индикаторы, позволяющие отображать арабские цифры от 0 до 9, римские цифры, буквы русского и латинского алфавитов, различные знаки и символы. Такие индикаторы представляют собой матрицы (панели), содержащие, например, 7x5 или 8x5 светоизлучающих диодов, соединенных так, что для высвечивания конкретной световой точки необходимо подать напряжение на выводы соответствующих строки и столбца.

Полупроводниковые СИД отличаются высоким быстродействием, большим сроком службы, высокой яркостью (порядка тысячи кандел на квадратный метр), а совместимость их по выходным параметрам с ИС позволяет их широко использовать в современной аппаратуре. Рабочее напряжение одного светоизлучающего диода лежит в интервале от 1,5...2,5 В, а ток — 3...20 мА.

азоразрядные индикаторы

В основе работы газоразрядных индикаторов лежит явление свечения газа при электрическом разряде. Цвет излучения определяется природой газа (неон дает оранжевое свечение, гелий и аргон — соответственно желтое и фиолетовое), а при непрямом преобразовании электрической энергии цвет зависит от типа используемого фотолюминофора.

Во всех газоразрядных индикаторах используют режим тлеющего разряда с холодным катодом при давлении газа порядка нескольких сотен паскалей.

Широко распространены газоразрядные элементы, у которых катоды выполнены в виде цифр, расположенных одна под другой. При подаче напряжения между анодом и катодом, превышающим напряжение зажигания, возникает тлеющий разряд, охватывающий всю поверхность катода. В результате отображается соответствующая цифра.

Когда нет необходимости в отображении цифровых данных, используются линейные газоразрядные индикаторы, информация на которых представляется в виде изменяющегося числа светящихся точек относительно начала шкалы.

Газоразрядные индикаторные панели, представляющие собой двухкоординатную матрицу с числом элементарных газоразрядных ячеек порядка 10⁴... 10⁵, способны накапливать и обрабатывать информацию. В настоящее время разработаны панели постоянного и переменного токов, в том числе и с внешними запоминающими устройствами.

Особенностью рассмотренных индикаторов является необходимость использования источника питания, напряжение которого лежит в пределах сотен вольт. Применение таких приборов в современной низковольтной аппаратуре, выполненной на интегральных схемах, усложняет ее.

4. Жидкокристаллические индикаторы

Жидкие кристаллы являются органическими материалами, представляющими промежуточную фазу между твердой и изотропной жидкими фазами. Жидкокристаллическое состояние обнаруживается у веществ с удлиненной формулой молекул, упорядоченное расположение которых обеспечивается относительно слабыми дальнодействующими силами.

Поскольку межмолекулярные силы довольно малы, структура ЖК в значительной степени зависит от воздействия внешних факторов: температуры, механических деформаций, электрических и магнитных полей и т. п.

Реакция ЖК на эти воздействия в основном проявляется в изменении их оптических свойств.

Принцип действия выпускаемых жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) основан на различных электрооптических эффектах, возникающих при взаимодействии излучения с ЖК, но наиболее широкое распространение получили явление динамического рассеивания света и «твист-эффект».

В индикаторах, использующих эффект динамического рассеяния света, при приложении электрического поля напряженностью порядка 1О⁵...1О⁶ В/м прозрачное вещество (жидкий кристалл) мутнеет вследствие появления множества центров рассеяния света. На однородном фоне появляется рисунок, яркость которого превышает яркость фона.

В индикаторах на основе «твист-эффекта» изменение интенсивности светового потока происходит в результате изменения плоскости поляризации света. Помещая на входе и выходе ячейки, поляроидные пластины преобразуют модуляцию векторов поляризации света в изменение яркости ячейки. Изменением напряжения на электродах можно регулировать светопропускание оптической ячейки.

Индикаторы питаются переменным током. Ток потребления составляет десятки микроампер, а напряжение — от 3 до 24 В.

Жидкокристаллические индикаторы нашли широкое применение для изготовления дисплеев, крупноформатных табло, цифровых индикаторов, цифровых измерительных приборов и т. п.

Основными преимуществами ЖКИ являются: хороший контраст при ярком освещении, низкая потребляемая мощность, совместимость с интегральными схемами по рабочим параметрам и конструктивному исполнению, сравнительная простота изготовления и низкая стоимость.

К недостаткам относятся: малый рабочий температурный интервал, значительная инерционность, узкий угол обзора.

Контрольные вопросы

1.Приведите классификацию устройств отображения информации.

2.Какие элементы индикации называются активными?

3.Каковы основные параметры индикаторов?

4.Что является активным элементом полупроводниковых индикаторов?

5.Каковы преимущества полупроводниковых индикаторов?

6.Каков принцип действия газоразрядных индикаторов и какова область их применения?

7.Какие физические эффекты лежат в основе работы жидкокристаллических индикаторов?