Виды светодиодных индикаторов

Светодиодные индикаторы могут светиться различным цветом. Обычно используются светодиоды с зеленым, красным, синим или желтым цветом. Конструктивное исполнение светодиодов тоже может различаться. Это могут быть круглые, прямоугольные или квадратные светодиоды. Есть светодиоды, предназначенные для поверхностного монтажа. Их габариты настолько малы, что их можно считать точечными источниками света.

Если в одном корпусе расположены несколько светодиодов с разным цветом свечения, то можно переключать цвет свечения светодиода, подавая ток на разные выводы этого светодиода. Благодаря конструкции светопровода таких индикаторов будет казаться, что изменяется цвет свечения одного и того же индикатора.

Подобным образом устроены семисегментные светодиоды. Однако цвет свечения светодиодов в них одинаковый. В этих индикаторах форма светодиодов подобрана таким образом, чтобы можно было с помощью них рисовать различные цифры. В подобных индикаторах светодиоды называются сегментами. Внешний вид семисегментного индикатора рассматривался нами ранее и приведен на рис. 9.3.

В семисегментных светодиодных индикаторах для экономии количества выводов объединяются аноды или катоды светодиодов. В зависимости от этого будет использоваться схема включения, приведенная на рис. 9.17 или 9.18. В качестве примера схемы включения диодов в семисегментном светодиодном индикаторе, на рис. 9.19 приведена схема индикатора BS‑C506RII.

Рис. 9.19. Схема семисегментного светодиодного индикатора BS‑C506RII

В матричных индикаторах светодиоды подключаются в точках пересечения колонок и строк. При использовании матричных индикаторов обычно применяется динамическая индикация, которая будет рассмотрена немного позже. В качестве примера на рис. 9.20 приведена схема матричного светодиодного индикатора BM‑20657MD.

Рис. 9.20. Схема матричного светодиодного индикатора BM-20657MD

Матричные индикаторы позволяют отображать любые символы. Для этого достаточно просто нарисовать требуемый символ, как это, например, показано на рис. 9.21.

Рис. 9.21. Отображение символов на матричных индикаторах

На рис. 9.21 черным цветом показаны горящие светодиоды, а белым цветом — погашенные. Я думаю, что из этого рисунка совершенно ясно как получить изображение любого требующегося символа, поэтому давайте перейдем к следующему разделу, и рассмотрим подробнее, как осуществляется динамическая индикация.

Динамическая индикация

Индикаторы обычно располагают в местах, удобных для просмотра информации, отображаемой на них. Остальная цифровая схема может располагаться на других печатных платах. При увеличении количества индикаторов увеличивается количество проводников между платой индикаторов и остальной цифровой схемой. Это приводит к определенным неудобствам разработки конструкции и эксплуатации аппаратуры. Эта же причина приводит к увеличению ее стоимости.

Количество соединительных проводников можно уменьшить, если заставить индикаторы работать в импульсном режиме. Человеческий глаз обладает инерционностью и если заставить индикаторы отображать информацию поочередно с достаточно большой скоростью, то человеку будет казаться, что все индикаторы отображают свою информацию непрерывно. В результате можно по одним и тем же проводникам поочередно передавать отображаемую информацию. Обычно достаточно частоты обновления информации 50 Гц, но лучше увеличить эту частоту до 100 Гц.

Давайте рассмотрим структурную схему включения семисегментных светодиодных индикаторов, приведенную на рис. 9.22. Эта схема может обеспечить динамическую индикацию отображаемой цифровой информации.

Рис. 9.22. Структурная схема динамической индикации

В схеме, приведенной на рис. 9.22, отображаются четыре цифровых разряда. Каждый разряд кратковременно подключается к своему входу коммутатора. Генератор служит для задания скорости обновления информации на индикаторах. Двоичный счетчик последовательно формирует четыре состояния схемы, а дешифратор через ключи обеспечивает поочередную подачу питания на семисегментные индикаторы.

В результате, когда коммутатор подает двоично-десятичный код с входа A на входы семисегментного дешифратора, то этот код отображается на индикаторе HL1. Когда коммутатор подает на входы семисегментного дешифратора двоично-десятичный код с входа B, то этот код отображается на индикаторе HL2, и так далее, по циклу.

Скорость обновления информации в рассмотренной схеме будет в четыре раза меньше частоты генератора. То есть для того, чтобы получить частоту мерцания индикаторов 100 Гц, требуется частота генератора 400 Гц.

Во сколько же раз мы в результате уменьшили количество соединительных проводников? Это зависит от того, где мы проведем сечение схемы. Если мы на плате индикации оставим только индикаторы, то для их работы потребуется 7 информационных сигналов для сегментов и четыре коммутирующих сигнала. Всего 11 проводников. В статической схеме индикации нам потребовалось бы 7×4=28 проводников. Как видим, выигрыш налицо. При реализации 8-ми разрядного блока индикации выигрыш будет еще больше.

Еще больший выигрыш будет, если сечение схемы провести по входам индикаторов. В этом случае для четырехразрядного блока индикации потребуется только шесть сигнальных проводников и два проводника питания схемы. Однако такая точка сечения схемы динамической индикации применяется очень редко.

Теперь давайте рассчитаем ток, протекающий через каждый сегмент светодиодного индикатора при его свечении. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой протекания тока по одному из сегментов индикатора. Данная схема приведена на рис. 9.23.

Рис. 9.23. Эквивалентная схема одного сегмента

Как уже упоминалось ранее, для нормальной работы светодиода требуется ток от 3 до 10 мА. Зададимся минимальным током светодиода 3 мА. Однако при импульсном режиме работы яркость свечения индикатора падает в N раз, где коэффициент N равен скважности импульсов тока, подаваемых на этот индикатор.

Если мы собираемся сохранить ту же яркость свечения, то требуется увеличить величину импульсного тока, протекающего через сегмент, в N раз. Для восьмиразрядного индикатора коэффициент N равен восьми. Пусть первоначально мы выбрали статический ток через светодиод, равный 3 мА. Тогда для сохранения той же яркости свечения светодиода в восьмиразрядном индикаторе потребуется импульсный ток:

Такой ток с трудом смогут обеспечить только некоторые серии цифровых микросхем. Для большинства же серий микросхем потребуются усилители, выполненные на транзисторных ключах.

Теперь определим ток, который будет протекать через ключ, коммутирующий питание на отдельные разряды восьмиразрядного блока индикации. Как это видно из схемы, приведенной на рис. 9.17, через ключ может протекать ток любого сегмента индикатора. При отображении цифры 8 потребуется зажечь все семь сегментов индикатора, значит импульсный ток, протекающий в этот момент через ключ, можно определить следующим образом:

В радиолюбительских схемах часто встречаются решения, где коммутирующий ток берется непосредственно с выхода дешифратора, который не может выдать ток больше 20 мА. Возникает вопрос — где смотреть такой индикатор? В полной темноте? Получается "прибор ночного видения", то есть прибор, показания которого видны только в полной темноте.

А теперь давайте рассмотрим принципиальную схему полученного блока индикации. Она приведена на рис. 9.24.

Рис. 9.24. Принципиальная схема блока динамической индикации

Теперь, после того, как мы разработали схему динамической индикации, можно обсудить ее достоинства и недостатки. Несомненным достоинством динамической индикации является малое количество соединительных проводов, что делает ее незаменимой в некоторых случаях, таких как работа с матричными индикаторами.

В качестве недостатка следует привести наличие больших импульсных токов, а так как любой проводник является антенной, то динамическая индикация служит мощным источником помех.

Обратим внимание, что фронта у коммутирующих импульсов очень короткие, поэтому их гармонические составляющие перекрывают диапазон радиочастот вплоть до ультракоротких волн.

Итак, применение динамической индикации позволяет минимизировать количество соединительных проводов между цифровым устройством и индикатором, но является при этом мощным источником помех, поэтому ее применение в радиоприемных устройствах нежелательно.

Если по каким-либо причинам, например, необходимость применения матричных индикаторов, приходится использовать динамическую индикацию, то нужно принять все возможные конструктивные меры по подавлению помех.

В качестве мер по подавлению помех от динамической индикации можно назвать экранирование блока, соединительного кабеля и плат. Использование минимальной длины соединительных проводов, применение фильтров по питанию. При экранировании блока, возможно, потребуется экранировать и сами индикаторы. При этом для экранирования помех обычно используется металлическая сетка. Эта сетка одновременно может увеличить контрастность отображаемых символов.