Васерин Н. Н., Дадерко Н. К., Прокофьев Г. А.
Применение полупроводниковых индикаторов
Москва
Энергоатомиздат
1991
Рецензенты: А. М. Юшин, К. В. Макаров
Васерин Н. Н. и др. Применение полупроводниковых индикаторов / Н. Н. Васерин, Н. К. Дадерко, Г. А. Прокофьев; Под ред. Е. С. Липина. — М.: Энергоатомиздат 1991.
Приведены конструкции, параметры и характеристики полупроводниковых знакосинтезирующих индикаторов, а также практические схемы устройств с применением единичных, цифровых, буквенно-цифровых и матричных индикаторов. Описаны принципы и методы создания многорежимных пультов управления и конструктивно-функциональных модулей. Даны рекомендации по монтажу, пайке и оформлению индикаторных устройств.
Для инженерно-технических работников.
Редактор В. И. Бусурин
Редактор издательства 3. И. Михеева
Художественный редактор Т. А. Дворецкова
Технический редактор Т. Ю. Андреева
Корректор М. Г. Гулина
© Авторы, 1991
Содержание книги
Применение полупроводниковых индикаторов
Предисловие редактора
Предисловие авторов
Глава 1. Общие сведения о полупроводниковых знакосинтезирующих индикаторах
1.1. Классификация полупроводниковых индикаторов
1.1.1. Единичные полупроводниковые индикаторы
1.1.2. Шкальные полупроводниковые индикаторы
1.1.3. Цифровые полупроводниковые индикаторы
1.1.4. Буквенно-цифровые полупроводниковые индикаторы
1.1.5. Графические полупроводниковые индикаторы
1.2. Параметры и характеристики полупроводниковых индикаторов
1.2.1. Светотехнические и эргономические параметры полупроводниковых индикаторов
1.2.2. Электрические параметры полупроводниковых индикаторов
1.2.3. Параметры, характеризующие устойчивость полупроводниковых индикаторов к действию внешних факторов
1.2.4. Параметры надежности полупроводниковых индикаторов
1.3. Выбор режима работы полупроводниковых индикаторов
1.4. Способы передачи информации
Глава 2. Единичные и шкальные полупроводниковые индикаторы и устройства отображения информации на их основе
2.1. Устройства отображения информации на основе полупроводниковых единичных индикаторов
2.1.1. Применение единичных индикаторов для индикации состояния приборов
2.1.2. Применение полупроводниковых единичных индикаторов для создания позиционных дисплеев и индикаторных табло
2.2. Устройства отображения информации на основе полупроводниковых линейных шкальных индикаторов
Глава 3. Цифровые полупроводниковые индикаторы и устройства отображения информации на их основе
3.1. Особенности применения цифровых индикаторов
3.2. Схемы управления цифровыми полупроводниковыми индикаторами в статическом режиме
3.3. Регулирование яркости свечения индикаторов при управлении в статическом режиме
3.4. Зависимость постоянного тока через сегмент от температуры окружающей среды
3.5. Схемы управления цифровыми полупроводниковыми индикаторами в мультиплексном режиме
3.6. Устройства управления и отображения информации на полупроводниковых цифровых индикаторах
Глава 4. Буквенно-цифровые и графические полупроводниковые индикаторы и устройства отображения информации на их основе
4.1. Общие сведения о буквенно-цифровых индикаторах
4.2. Шрифты для 35-элементных индикаторов. Цветность индикаторов
4.3. Способы управления буквенно-цифровыми индикаторами
4.4. Устройства отображения информации на основе буквенно-цифровых индикаторов, управляемых стробированием по столбцам
4.5. Устройства отображения информации на основе буквенно-цифровых индикаторов, управляемых стробированием по строкам
4.6. Практическая схема устройства отображения информации с большим количеством знакомест на ППИ типа ЗЛС340А
4.7. Практическая схема устройства отображения информации с большим количеством знакомест на ППИ типа ИПВ70А-4/5Х7К
4.8. Схема интерфейса для индикаторов типа ИПВ70А-4/5Х 7К
4.9. Применение буквенно-цифровых индикаторов для разработки многорежимных пультов управления
4.10. Схемы управления полупроводниковыми графическими индикаторами
Глава 5. Повышение надежности считывания информации с ППИ
5.1. Контраст воспроизводимой информации
5.1.1. Яркостный контраст
5.1.2. Усиление яркостного контраста
5.1.3. Цветовой контраст
5.2. Материалы светофильтров
5.2.1. Светофильтры из оптического стекла
5.2.2. Светофильтры из пластмасс
5.2.3. Светофильтры-жалюзи
5.2.4. Круговые поляризационные светофильтры
5.3. Рекомендации по применению светофильтров
Глава 6. Рекомендации по конструктивному оформлению устройств отображения информации
6.1. Конструктивно-функциональные модули
6.1.1. Конструктивно-функциональные модули индикации (ячейки индикации)
6.1.2. Рамки крепления светофильтров
6.1.3. Конструктивно-функциональные модули обработки информации
6.2. Некоторые вопросы компоновки устройств отображения информации и пультов управления и индикации
6.3. Методы крепления и монтажа полупроводниковых индикаторов
6.3.1. Способы крепления и монтажа ППИ
6.3.2. Способы улучшения тепловых режимов работы индикаторов в аппаратуре
Заключение
Приложение. Основные параметры некоторых полупроводниковых индикаторов
Список литературы
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА
Значительные успехи, достигнутые в области вычислительной техники и разрабатываемых на ее основе цифровых аппаратурных комплексов, стимулировали широкий фронт работ по созданию электронных индикаторных устройств и систем.
В настоящее время в аппаратурном обеспечении цифровых комплексов в качестве элементов индикации широко используются ЭЛТ, жидкокристаллические панели, газоразрядные, полупроводниковые (светодиодные), электролюминесцентные и электрохромные индикаторы.
Каждый из указанных типов индикаторов, основанных на использовании различных физических принципов, предъявляет определенные требования к амплитудам управляющих напряжений, виду тока, плотности размещения на лицевых панелях приборов, внешней освещенности. Выбор типа индикаторов диктуется часто не только оптимальным сочетанием указанных технических характеристик, но и стоимостью, сроками разработки, состоянием серийного освоения.
Высокие технические характеристики полупроводниковых индикаторов (ППИ) обеспечили их успешное внедрение в качестве элементов индикации в аппаратуре, используемой в различных областях народного хозяйства: в приборах управления стационарным производственно-технологическим оборудованием, движущимися объектами, объектами бытового назначения и др.
Одним из достоинств полупроводниковой технологии индикаторов является возможность их конструктивного исполнения в виде унифицированных модулей, обеспечивающих возможность бесшовной стыковки. Кроме того, модульность исполнения индикаторов гарантирует высокую ремонтопригодность устройств отображения информации.
Другим не менее важным достоинством ППИ является совместимость уровней их управляющих напряжений и потребляемых токов с напряжениями логических уровней и токами микросхемной техники. Это позволяет значительно сократить объемы схем управления элементами индикации и повысить надежность индикаторных устройств и систем за счет использования элементной базы, выполненной только по полупроводниковой технологии. Предлагаемая книга является первой попыткой дать широкому кругу инженеров и научных работников общие сведения и фактический материал по техническим характеристикам ППИ и микросхем управления ими, вопросам повышения контраста изображения, а также вопросам конструирования электронных полупроводниковых индикаторных устройств и систем.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
Современная радиотехническая и вычислительная аппаратура, в которой предусмотрены элементы управления или наблюдения за ее функционированием, обязательно содержит устройство или систему отображения информации, основной частью которых являются индикаторы.
Наибольшее распространение в настоящее время в аппаратуре индивидуального, группового, а в последнее время и коллективного пользования получили знакосинтезирующие ППИ, что объясняется рядом их преимуществ перед другими индикаторами.
Номенклатура современных отечественных ППИ позволяет решать практически все задачи индикации.
Несмотря на успехи, достигнутые в области разработки и производства ППИ, вопросы правильного применения индикаторов с целью получения максимального эффекта как с точки зрения обеспечения высокой надежности, так и с точки зрения обеспечения оптимальных значений эргономических и светотехнических параметров, мало известны широкому кругу инженеров и научных работников, занимающихся вопросами применения ППИ.
Одной из важных причин является практически полное отсутствие необходимой отечественной научно-технической литературы, посвященной вопросам применения ППИ. Имеющиеся справочники содержат параметры и характеристики конкретных типов ППИ и не освещают вопросы применения индикаторов. Изданные в последние годы книги [1, 11], посвященные вопросам конструкции и технологии изготовления ППИ, основаны целиком на зарубежных материалах и вопросы применения не освещают. В книге «Электронные приборы для отображения информации» Ю. А. Быстрова, И. И. Литвака, Г. М. Персианова (издательство «Радио и связь», 1985 г.) вопросы применения рассматриваются недостаточно. Единственная книга, посвященная вопросам применения [7], написана на материалах фирмы «Hewlett Packard», что затрудняет ее применение в отечественной практике.
Предлагаемая книга построена целиком на отечественном материале и использует опыт работы авторов за последние годы.
В книге принята терминология, установленная стандартами в нашей стране.
Авторы выражают сердечную благодарность В. П. Сушкову, В. С. Абрамову, В. В. Леонову, О. Р. Абдуллаеву, В. П. Пав-личенко, Т. В. Джахутошвили, А. А. Церелову за помощь и советы, полученные при подготовке книги, а также рецензентам А. М. Юшину и К. М. Макарову и редактору В. И. Бусурину за полезные замечания, сделанные при работе над рукописью.
Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЗНАКОСИНТЕЗИРУЮЩИХ ИНДИКАТОРАХ
Полупроводниковые индикаторы являются одним из видов знакосинтезирующих индикаторов (ЗСИ), под которыми понимаются приборы, где информация, предназначенная для зрительного восприятия, отображается с помощью одного или совокупности дискретных элементов (ГОСТ 25066-81).
ППИ являются активными знакосинтезирующими индикаторами, в которых используется явление инжекционной электролюминесценции. Явление электролюминесценции в полупроводниковых материалах, т. е. излучение света р-n переходом, было впервые обнаружено и исследовано в 1923 г. О. В. Лосевым. Дальнейшие исследования отечественных и зарубежных ученых в 60 — 70-х годах позволили исследовать и определить перечень полупроводниковых материалов, обладающих высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую. Полученные значения светотехнических параметров позволили создать ППИ, пригодные для практического применения.
Излучение генерируется либо внутри полупроводникового элемента в одноступенчатом процессе излучательной рекомбинации электронов и дырок, либо в результате более сложных двухступенчатых процессов генерации инфракрасного излучения внутри полупроводникового элемента с последующим возбуждением внешнего слоя антистоксового люминофора. Из-за малого КПД второй способ люминесценции не получил широкого распространения при проектировании полупроводниковых индикаторов.
Внешний квантовый выход большинства ППИ [1] изменяется в зависимости от длительности эксплуатации даже при плотностях токов, оговоренных в технических условиях на индикаторы. Сегодня нет четкого понимания физики происходящих рекомби-национных явлений, ответственных за основную долю деградации. Известно, что значительные внутренние напряжения, вызванные примесными включениями легко диффундируемых элементов, вызывают быструю (в течение нескольких часов работы) начальную деградацию. Это особенно заметно у ППИ с высоким квантовым выходом.
Уменьшение быстрой деградации достигается разработкой «чистых» (беспримесных) технологий производства полупроводниковых материалов.
Средние и длительные по времени процессы деградации вызваны, вероятно, электромиграционными процессами. Суммарный уровень деградации квантового выхода в течение срока службы (25000 ч) по техническим условиям на индикаторы составляет 30 — 50%.
Среди различных ЗСИ (жидкокристаллических, электролю-минесцентных, вакуумно-накаливаемых, катодолюминесцентных, газоразрядных и др.) полупроводниковые индикаторы занимают особое место. Это объясняется рядом их преимуществ перед другими видами ЗСИ. Основными из них являются: во-первых, полная конструктивная и технологическая совместимость с интегральными микросхемами (т. е. совместимость управляющих напряжений ППИ с амплитудами логических уровней ИМС) и, во-вторых, возможность выпуска ППИ в виде ограниченного количества унифицированных модулей.
Конструктивная и технологическая совместимость ППИ с ИМС позволила повысить интегральную надежность устройств отображения информации за счет применения в них элементной базы, полностью выполненной по полупроводниковой технологии, обеспечить устойчивость к жестким механическим и климатическим воздействиям с практически неограниченной долговечностью.
В настоящее время созданы приборы зеленого, желтого, красного цветов свечения, а также индикаторы с управляемым цветом свечения, с возможностью электрической регулировки яркостью свечения, с высоким быстродействием (20 — 100 не), с отсутствием паралакса. ППИ не требуют экранировки и не создают помех, у них отсутствует мерцание изображения.
Модульность конструкции полупроводниковых индикаторов обеспечивает возможность их бесшовной стыковки, т. е. без потери шага в одном (в строку) или двух (в экран) измерениях. Модульность исполнения индикаторов гарантирует также высокую степень ремонтопригодности устройств отображения информации.
Высокие технические характеристики полупроводниковых индикаторов обеспечили их успешное внедрение в качестве элементов индикации в различных областях народного хозяйства: в приборах индикации и управления технологическими процессами, в радиоэлектронной аппаратуре, в автоматике, в торговле и т. д. Применение ППИ обеспечило создание надежных, малогабаритных устройств отображения информации с широким диапазоном функциональных возможностей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Берг А., Дин П. Светодиоды: Пер. с англ./Под ред. А. Э. Юновича. — М.: Мир, 1979.
2. Сушков В. П. Многоэлементные полупроводниковые индикаторы для отображения информации на соединениях AmBv и их твердых растворах // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1980. Вып. 3(132). С. 3 — 39.
3. Сушков В. П. Многоэлементные полупроводниковые индикаторы // Электронная промышленность. 1982. № 5 — 6. С. 31 — 40.
4. Коган J1. М. Полупроводниковые светоизлучающие диоды. М.: Энерго-атомиздат, 1983.
5. ГОСТ 7601 — 78. Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин. М.: Изд-во стандартов, 1978.
6. ГОСТ 25066 — 81. Индикаторы знакосинтезирующие. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1982.
7. Применение оптоэлектронных приборов: Пер. с англ./С. Гейг, Д. Эванс, М. Ходдап, X. Серенсен; Под ред. Ю. Р. Носова. М.: Радио и связь, 1981.
8. Сушков В. П., Юрков С. И. Индикаторы на борту летательных аппаратов. Обзоры по электронной технике. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. Вып. 1(521). М.: ЦНИИ Электроника, 1978.
9. Абрамов В. С., Сушков В. П., Юрков С. И. Применение индикаторов на борту летательных аппаратов в зависимости от условий внешней освещенности. Обзоры по электронной технике. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. Вып. 2(531). М.: ЦНИИ Электроника, 1978.
10. Воротинский В. А., Дадерко Н. К., Егорова Л. П. Надежность оптоэлектронных полупроводниковых приборов. М.: Радио и связь, 1983.
11. Шеер С. Электронные дисплеи: Пер. с англ./Под ред. Н. И. Богачева. М.: Мир, 1982.
12. Monsanto. AH301. Discrete LED selecting made easier. Monsanto commercial products Co. 10131 Bubh Road, Cupertino, California, 950M, 1973.
13. Палм В. Таблица, помогающая выбрать оптимальную схему возбуждения светодиодов // Электроника. № 5. Т. 50. М.: Мир, 1977.
14. ОСТ 11.339.016 — 82. Индикаторы знакосинтезирующие. Руководство по применению. М.: Изд-no стандартов, 1982.
15. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник/В. И. Иванов, А. И. Аксенов, А. М. Юшин; Под ред. Н. Н. Горюнова, М.: Энер: оатомиздат, 1984.
16. ГОСТ 29.05.002 — 82. Система стандартов эргономических требований и эргономического обеспечения. Индикаторы цифровые знакосинтезирующие. Общие эргономические требования. М.: Изд-во стандартов, 1982.
17. Ариян Ю. А., Новиков В. П. Полупроводниковый цифровой индикатор с управляемым цветом свечения // Электронная промышленность, 1982, № 6. С. 51 — 52.
18. Полупроводниковые индикаторы на основе рассеяния света/Ю. Л. Лрняп, В. П. Новиков, В. К. Скарин, Н. С. Спасская, В. П. Сушков // Электронная техника. Сер. Полупроводниковые приборы. 1980. Вып. 3U38). С. 73 — 81.
19. Hewlett Packard. Application Note 946, 5082-7430 Series Monolithic Seven Segment Displays. Printed USA (11/73) 7952 — 0429.
Скачать книгу Применение полупроводниковых индикаторов. Москва, издательство "Энергоатомиздат", 1991
|
