Какие существуют разновидности конструкций полупроводниковых индикаторов

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

Полупроводниковые индикаторы, как, впрочем, и индикаторы, основанные на любых других принципах работы, могут быть классифицированы по виду отображаемой информации, по виду информационного поля и по способу управления.

Классификация современных полупроводниковых индикато­ров по указанным классификационным признакам приведена на рис. 1.1.

Единичные индикаторы (распространен также термин «свето-излучающие диоды» — СИД) состоят из одного элемента отображения и предназначены в основном для представления информации в виде точки или другой геометрической фигуры.

Рис. 1.1. Классификация полупроводниковых знакооинтезирующих индикаторов

Шкальные индикаторы имеют элементы отображения в виде правильных прямоугольников и предназначены для отображения информации в виде уровней или значений величин. Отдельную группу шкальных индикаторов составляют так называемые ли­нейные формирователи изображения в высоконадежных опто-электронных регистраторах оперативной аэрокосмической ин­формации на фотопленку.

Цифровые индикаторы состоят, как правило, из элементов отображения в виде сегментов и предназначены для отображения цифровой информации и отдельных букв алфавита.

Буквенно-цифровые индикаторы предназначены для отобра­жения информации в виде букв, цифр, различных знаков. Еди­ничные элементы отображения таких индикаторов сгруппированы по строкам и столбцам.

Графические (матричные) индикаторы позволяют собирать модули из элементов экрана различного размера без потери шага. Графические индикаторы предназначены для отображения любой информации. Цифровые и буквенно-цифровые индикаторы бывают одно- и многоразрядные.

Под одноразрядным понимается индикатор, имеющий одно знакоместо, т. е. информационное поле индикатора или его часть, необходимая и достаточная для отображения одного знака. Многоразрядный индикатор имеет несколько фиксированных знакомест.

Цифровые, буквенно-цифровые, матричные и шкальные инди­каторы могут быть без управления и со встроенными схемами управления.

Для современных полупроводниковых индикаторов существу­ют две системы обозначения. Старая система в настоящее время не применяется для вновь разрабатываемых приборов, но, поскольку большое количество разработанных ранее прибо­ров имеют старую систему обозначения, необходимо ее пояснить.

Система состоит из букв и цифр.

Первый элемент обозначения указывает на вид материала излучателя: К — кремний у приборов широкого применения, 2 — кремний у приборов промышленного применения; А — соедине­ния галлия у приборов широкого применения, 3 — у приборов промышленного применения. Второй элемент обозначения (буква Л) — означает тип излучателя. Третий, четвертый и пятый элементы (цифры от 101 до 299) означают прибор видимого спектра излучения. Шестой элемент (буквы от А до Я) означает деление технологического типа на группы по параметрам.

Для всех приборов, кроме единичных, после буквы Л ставится буква С (сборка).

Пример обозначения: ЗЛ102А — фосфид-галлиевый единич­ный индикатор видимого спектра излучения, промышленного применения, технологическая группа А.

Старая система обозначения давала мало информации об индикаторе (характере отображаемой информации, цвете свечения, числе разрядов и т. д.), поэтому была разработана новая система обозначения для всех видов знакосинтезирующих инди­каторов.

Система состоит из восьми элементов (букв и цифр), обоз­начающих: первый элемент (буква И) — индикатор; второй (буква П) — полупроводниковый; третий — вид индикатора: единичный — Д, цифровой — Ц, буквенно-цифровой — В, шкаль­ный — Т, мнемонический — М, графический (матричный) — Г; четвертый элемент — номер разработки и наличие встроенной схемы управления или ее отсутствие (от 1 до 69 — без встроен­ного управления, от 70 до 99 — со встроенным управлением). Пятый элемент обозначения указывает классификационный параметр внутри данного типа (буквы от А до Я, кроме О, 3, Ы, Ь, Ч, Ш). Шестым элементом обозначения является дробь, в числителе которой указано количество разрядов, в знаменателе для цифровых (сегментных) — количество сегментов, для буквенно-цифровых и матричных — произведение числа элемен­тов в строке на число элементов в столбце. Для мнемонических и шкальных индикаторов в знаменателе указывается число элементов. Седьмой элемент обозначает цвет свечения индика­тора: К — красный, Л — зеленый, С — синий, Ж — желтый. Р — оранжевый, Г — голубой, КЛ — двухцветный красно-зеленый. Последний, восьмой, элемент обозначения указывает на моди­фикацию бескорпусных индикаторов. (Для бескорпусных ППИ наиболее распространена модификация 5 — с контактными пло­щадками без кристаллодержателя и выводов). Для индикаторов широкого применения перед первым элементом обозначения ставится буква К.

ИПД04А-К — индикатор полупроводниковый, единичный промышленного применения, номер разработки 4, классифика­ционный параметр А, цвет свечения — красный;

ИПЦ01А-1/7К — индикатор полупроводниковый цифровой промышленного применения, номер разработки 1, без встроен­ного управления, классификационный параметр А, одноразряд­ный, семисегментный, красного свечения;

КИПГОЗА-8Х8Л — индикатор широкого применения полу­проводниковый, графический, номер разработки 3, технологиче­ская группа А, число элементов 8 в строке и 8 в столбце (64 эле­мента), зеленого свечения;

ИПТ06Е-8Ж — — индикатор промышленного применения полу­проводниковый, шкальный, номер разработки 6, число элемен­тов 8, желтого свечения;

ИПВ70А-4/5Х7К — индикатор промышленного применения полупроводниковый, буквенно-цифровой со встроенным управ­лением, номер разработки 70, технологическая группа А, четы-

рехразрядный с числом элементов 5 в строке и 7 в столбце (35 элементов), красного свечения.

Вопросам конструкции и технологии производства ППИ посвящен ряд фундаментальных работ [1 — 4], поэтому в сле­дующих параграфах будут рассмотрены только те вопросы, которые необходимы для лучшего понимания последующего материала.

Полупроводниковые индикаторы. Классификация знакосинтезирующих индикаторов. Динамическая индикация

В настоящее время созданы п/п приборы красного, желтого, зеленого цветов свечения. Быстродействие — 20-100 нс. ППИ не требуют экранирования и не создают помех. Кроме них имеются: вакуумные люминесцентные, жидкокристаллические индикаторы.

Классификация знакосинтезирующих индикаторов.

• По виду отобража- По виду информаци- По способу
• емой информации: онного поля: управления:
• 1.Единичные; 1.Сегментные: 1.Со встроенным
• 2.Шкальные; а)одноразрядные; управлением;
• 3.Цифровые; б)многоразрядные; 2.Без встроенного
• 4.Буквенно- 2.Матричные: управления.
• цифровые; а)одноразрядные;
• 5.Мнемонические; б)многоразрядные;
• 6.Графические. 3.Экраны и модули
• экранов.

По виду отображаемой информации

• 1.Единичные — предназначены для отображения информации в виде точки или другой геометрической фигуры.
• 2. Шкальные — информация в виде уровней или значений величин.
• 3. Цифровые индикаторы в виде сегментов предназначены для отображения цифровой информации и отдельных букв алфавита.
• 4.Буквенно-цифровые — отображение букв, цифр, различных знаков. Единичные элементы таких индикаторов сгруппированы строками и столбцами.
• 5.Графические(матричные) — позволяют собирать из элементов экраны различных размеров без потери шага.
• Одноразрядные — занимают одно знакоместо, многоразрядные — несколько знакомест.

Eдиничные п/п индикаторы

• — бескорпусные;
• — полимерная герметизация;
• — металлостеклянные герметичные корпуса

• — безкорпусные;
• — с полимерной герметизацией;
• полимерные бывают со светопроводом или без него.
• Пример: ЗЛС317А-Г/АЛС317А-Г — красного и зеленого цветов свечения

Цифровые ПП индикаторы.

• Свыше 150 типов ЦИ.
• До 9 символов в разряде, до 10 разрядов на информационном поле.

Буквенно-цифровые индикаторы (БЦИ)

• Позволяют отображать арабские и римские цифры, русского, латинского и греческого алфавита и ряд других символов.
• Существуют две группы: БЦИ монолитной структуры со световодом и без него.
• 1.ЗЛС340,ЗЛС375 — имеют по 35 элементов (5 в строке и 7 в столбце) и левую децимальную точку.
• 2.Без световода: ИПВ70А — 4/7х7к;
• ИПВ71А — 4/5х7к;
• ИПВ72А — 4/5х7к.
• Высота — 4.1 и 9 мм.
• Имеются встроенное управление и мультиплексный режим работы, который резко сокращает количество выводов и потребляемую мощность, позволяют осуществить бесшовную стыковку.

• Гибридная технология, имеется 64 излучающих элемента (8х8), размещенных в корпусе 10х10 мм или 20х20 мм.
• Пример: ИПГ01 — 8х8Л

Применение единичных индикаторов для создания информационных дисплеев

Способы управления индикаторами

Линейное и матричное включение индикаторов (однокоординатная и двухкоординатная адресация)

Схемы включения п/п индикаторов

Схемы включения индикаторов и логических элементов

а) низкий уровень на выходе микросхемы б) высокий уровень на выходе микросхемы

Схема включения единичных индикаторов

Устройства отображения информации на основе цифровых индикаторов

7-сегментные индикаторы с общим анодом и общим катодом

ЦИ с общим катодом

ЦИ с общим анодом

Согласование выхода МСхемы со входом индикатора

4-разрядный ЦИ с точкой

Многоразрядный индикатор из одноразрядных

Схема сопряжения МК с АЛС318 (общий катод)

Программа вывода данных на индикатор

Схема сопряжения с индикатором с общими анодами

Устройства отображения на основе шкальных индикаторов

Шкальный индикатор параллельного типа

Шкальный индикатор последовательного типа

Принцип работы последовательного АЦП

Устройства отображения информации на основе буквенно-цифровых (матричных индикаторов)

Индикаторы 4х–разрядные буквенно-цифровые красного цвета с встроенными схемами управления ИПВ70А-4/5х7к , представляющие собой гибридную сборку в едином керамическом корпусе 4-х матриц 7х5 элементов (140 шт. светоизлучающих диодов) и 2 шт. бескорпусных микросхем Б514ИР1А-45 (регистра сдвига с формирователями постоянного втекающего тока). Высота знака для индикаторов 3.75 мм .

Программа вывода символов на индикатор

R2 – регистр, в котором находится двоичный код символа, подлежащего выводу на индикатор; R3 – содержит номер разряда индикатора, в который необходимо выводить символ; AD00+0…AD00+3 – ячейки МК, из которых необходимо выводить символы на индикатор; R1 – содержит число циклов вывода данных на индикатор.

Знакогенератор на 16 символов

Вывод одного байта на экран

EKRAN … EKRAN+3 – адреса ячеек, в которых помещены одноименные байты всех разрядов; COUNSK – номер отображаемого Столбца; R2 – содержит двоичный код симво- ла, который подлежит выводу на индикатор.

Определение адреса байта для вывода: Адрес=5*номер символа +номер столбца + базовый адрес.

Заполнение буферных регистров перед выводом на индикатор

ПОДПРОГРАММА ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ ИЗ ЯЧЕЕК С АДРЕСАМИ ОТ AD00 ДО AD00+3

Схема электрическая принципиальная ИПВ70А-4/5х7к

Номер вывода Назначение 1 Столбец 1 2 Столбец 2 3 Столбец 3 4 Столбец 4 5 Столбец 5 6 Контрольный выход 7 Выход информации 8 Вход гашения 9 Источник питания 10 Вход синхронизации 11 Общий минус 12 Вход информации

Полупроводниковые индикаторы

Работа полупроводниковых индикаторов основана на свойствах p-n-перехода (см. лекции по электронике). На рисунке 1а изображен p-n-переход в корпусе.

Полупроводниковые индикаторы излучат фотоны в результате рекомбинации «электрон-дырка». При изменении тока через полупроводник меняется длинна волны, следовательно меняется цвет свечения. Это требует точного удержания тока, поэтому технология не получила широкого распространения.

Так же нет возможности получить синий цвет, только голубой, следовательно полноценный диапазон цветов не доступен, так же как и получение высоких яркостей.

Содержание

Светодиоды (LED)

Светодиод изображен на рисунке 1б, сверху расположена линза для рассеивания света.

Многоцветные светодиоды

В рамках одного корпуса размещают несколько полупроводников (рис. 1в).

Несколько светодиодов в одном корпусе — светодиод (2 светодиода с общим катодом, каждый из кристаллов излучает фотоны в разном диапазоне).

Органические светодиоды(OLED)

Органический светодиод (Organic Light Emitting Diode) — светодиод, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток. Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров.

Недостатки: необходимо чистое вещество, под действием кислорода или воды изменяются свойства, следовательно, вещество должно быть герметизировано. Низкий срок службы.

Преимущества: очень яркое свечение (при 10В — больше 1000 кд/м2).

В настоящее время активно развиваются (время наработки на отказ

AMOLED

Active Matrix Organic Light-Emitting Diode (AMOLED) — активная матрица на органических светодиодах. AMOLED-дисплей состоит из нескольких слоев: катодной, органической и анодной пленок – все они разместились на подложке, содержащей микросхему. Пиксели представляют собой органические точки, каждая из которых подсвечивается отдельно. Микросхема обеспечивает электричеством катодную и анодную пленки, которые стимулируют работу среднего, органического слоя. AMOLED-пиксели идеально подходят для показа фильмов, так как гарантируют плавную смену кадров даже в динамичных сценах.

Эта технология несет в себе большой потенциал. Перспектива технологии кроется в том, что по сравнению с обычным LCD яркость AMOLED-дисплея в 1,5 раза выше, то же можно сказать и контрастности. К тому же этот дисплей не заваливает цвета. Под каким бы углом вы на него не смотрели.

Цифровые индикаторы

Выделяют 2 типа: с общим катодом и с общим анодом. Сокращается количество выводов для управления сигнала.

Для сегментов индикатора используются два типа обозначений(Рис.2):

Схемы управления

В зависимости от того, как должен работать в схеме индикатор(непрерывно или периодически), различают соответственно статические и динамические схемы управления.

Статическая индикация

Статическая индикация обеспечивается схемой, приведенной на Рис.3.

На вход схемы поступает 4-разрядный двоичный код с некоторого счетчика. Дешифратор имеет 7 выходов, соответствующих определенным сегментам индикатора. Дешифраторы могут различаться тем, какое состояние выхода отвечает за состояние активности индикатора, а также тем, какие ключевые каскады используются в дешифраторе. В паспорте на индикатор указывается, какая именно схема используется.

Динамическая индикация

Динамическая индикация состоит в том, что индикаторы работают не одновременно, а по очереди, периодически. Это позволяет иметь в схеме только один семисегментный дешифратор, а каждый его выход соединить с входами одноименных сегментов всех индикаторов. На время работы каждого индикатора к семисегментному дешифратору должен подключаться тот счетчик, число в котором высвечивает данный индикатор.

Схема на Рис.4 реализует описанный принцип. Мультиплексор в схеме позволяет выбрать данные А или B, которые будут выводиться на индикатор, в зависимости от состояния первого разряда счетчика. Дешифратор на 4 состояния в свою очередь, в зависимости от состояния счетчика, управляет открытием или закрытием ключевого транзистора, соответствующего определенному индикатору.

Буквенно-цифровые индикаторы

Выделяют 2 типа: с общим катодом и с общим анодом.

Наличие дополнительных сегментов у этих индикаторов, позволяет строить в дополнение к цифрам буквы. Пример буквенно-цифрового индикатора приведен на Рис.5.

Матричные индикаторы

Стандарт: 3х7, корпус с 36 светодиодами.

Одноразрядный матричный индикатор (Рис.6):

Электрическая схема матричного индикатора приведена на следующем рисунке:

Любой — светодиод. Все элементы объединены в матрицу 5х7, внутри которой располагаются светодиоды. В зависимости от подаваемого сигнала — зажигается цифра (буква) («0» — не получится при статическом способе).

Существуют 2 метода формирования изображения:

• статический (постоянное напряжение — на соответствующие сегменты).
• динамический (подача напряжения с частотой больше 20 Гц, следовательно, человеческий глаз воспринимает экран как непрерывно светящийся объект, т.е. с повышением частоты вследствии возбуждения увеличивается утомление(фотон через рецептор глаза), релаксация до 100 Гц — нормально, дальнейший рост частоты приводит к тому, что рецептор не успевает восстановиться за заданное время. Примеры: кино — 24 к\с, ТВ-выход — 25 к\с, мониторы — 160 Гц, ВЧ экраны — человек чувствует дискомфорт.

50 Гц — стандартные осветительные сети.

Для формирования изображения необходимо реализовать развертку вертикально или горизонтально (главное — частота мерцания пикселя не ниже 20 Гц).

Из таких элементов составляются многоразрядные индикаторы (Рис.8):

Недостаток: при соединении многоразрядных индикаторов расстояние между элементами на швах отличаются от расстояния между элементами в пределах одного индикатора.

Графические индикаторы

Используется матрица 8х8, основное отличие от матричных индикаторов — одинаковое расстояние между элементами как в пределах одной матрицы, так и на стыках матриц. Максимально расстояние между точками — 0,125 мм.

Светодиодный индикатор используется в светофорах (из них можно набрать большой массив) + долговечные (неорганические). Работоспособность графических индикаторов определяется наличием появления дефекта.

Графичиские индикаторы бывают желтого и янтарного цветов. Потребляют мало энергии.