Материал: Применение полупроводниковых индикаторов (1991)

Все показатели надежности рассчитаны по полным отказам.

На практике при создании того или иного прибора с при­менением ППИ разработчика интересует, в какой степени будут изменяться светотехнические параметры в процессе эксплуата­ции. В настоящее время принято оговаривать в технической документации на ПИИ изменение силы света, равное 50% сда­точной нормы. Это обусловлено возможностями оператора уло­вить изменение силы света работающего индикатора. На прак­тике, по имеющимся экспериментальным материалам, изменение силы света в течение длительной эксплуатации значительно меньше.

Подробно вопросы деградации светотехнических и электри­ческих параметров ППИ рассмотрены в [7, 10, 11].

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

Iпр.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) для U_{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.

1.4. 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 единичные и шкальные полупроводниковые индикаторы и устройства отображения информации на их основе

Конструктивно наиболее простыми являются единичные и шкальные ППИ. Единичные индикаторы в настоящее время наиболее массовые как по количеству разработанных типов, так и по объему их производства. Шкальные индикаторы не получили по ряду причин широкого распространения. Однако они имеют значительные преимущества перед другими видами индикаторов, например перед цифровыми, по отображению аналоговой инфор­мации, для выявления тенденции изменения наблюдаемого пара­метра.

2.1. Устройства отображения информации на основе полупроводниковых единичных индикаторов

Наиболее распространенными применениями полупроводнико­вых единичных индикаторов (ЕИ) являются: индикация состоя­ния интегральных схем (панелей) и аппаратуры в целом, подсвет надписей и кнопок, создание шкал и табло, излучатели в оптро-нах.

Визуальная индикация состояния аппаратуры типа «включе­но — выключено» и создание индикаторных табло являются наиболее частым применением ЕИ, где они пришли на смену неоновым лампам и лампам накаливания. Основной причиной такой замены является способность работы ЕИ при малых токах и напряжениях, совместимых с амплитудами логических уровней напряжений микросхемной техники. Такая замена ламп позволи­ла повысить надежность приборов отображения информации за счет использования в них в качестве элементной базы только изделий, выполненных по полупроводниковой технологии.

Кроме того, лампы накаливания, потребляя значительные мощности, выделяют большое количество тепла, которое приво­дит к разрушению патронов и держателей, укорачивает срок службы изоляционных материалов. Полупроводниковые ЕИ по­требляют меньше мощности, по сравнению с лампами накали­вания практически не выделяют тепла, более надежны и дол­говечны.

В качестве примера можно рассмотреть мощностные харак­теристики трех матриц, состоящих из 35 индикаторов трех раз­личных типов каждая: ламп накаливания типа СМ28-1,5, сверх­миниатюрных ламп СМН-60 и полупроводниковых ЕИ типа ЗЛ341Б. Рассеиваемые ими мощности составляют около 52, 17 и 1 В-А соответственно.

При температурах окружающей среды Г₀кр.с_Р, равных 20, 40, 60° С, в закрытых объемах такие матрицы за счет выделя­емых мощностей обеспечат разогрев и, как следствие, повышение температур до Г„_акс.

Для проведения сравнительного расчета выделяемых индика­торами мощностей примем одинаковые для всех матриц габарит­ные размеры 20X40X60 мм. Расчет проведен для двух режимов работы матриц: для свечения 35 светящихся элементов (мат­рица засвечена полностью) и для свечения 17 элементов (средне­статистическое количество светящихся элементов при индикации цифро-буквенной информации с использованием цифр и букв русского и латинского алфавитов). Результаты теплового расчета приведены в табл. 2.1, причем в числителе дроби приведена температура для полностью засвеченной матрицы, в знаменате­ле — для свечения 17 элементов.

Таблица 2.1. Сравнительные тепловые характеристики различных типов матриц