Tutaj zalaczam swoja prace, moze sie jeszcze komus przyda.... nawet na przyszly rok albo na poprawke w sierpniu:> dodam, ze dostalem fulla :)
Praca końcowa z ,,Podstaw elektrotechniki i elektroniki"
Część I - Wyświetlacze LED - budowa, zasada działania,
charakterystyki,
parametry,zastosowanie.
Część II - Układ potencjometryczny - zadanie.
Część I
Wyświetlacze LED ( ang. Light Emitting Diode )
Z: 1. Zasada działania i definicja.
2. Podział konstrukcyjny.
3. Parametry.
4. Zalety i wady.
5. Sposoby sterowania.
6. Zastosowanie i przykładowy układ pracy.
7. Porównanie z LCD.
8. Bibliografia INCLUDEPICTURE \d \z
" file://C:\\WINDOWS\\Pulpit\\opto141.jpg "
W
skaźniki cyfrowe pozwalają na zobrazowanie użytkownikowi poprawnoci
pracy, czy też poprawnoci podlączenia zasilania danego urządzenia.
Mogą też pokazywaść stany logiczne, aktualną konfiguracje
nastawów, wyniki pomiarów itp. Przez wyniki należy rozumieść
wartości cyfrowe z kalkulatora, miernika, zegara lub podobnego układu.
Wyświetlacze LED są najbardziej rozpowszechnionymi cyfrowymi
wskaźnikami świetlnymi, w życiu codziennym można je spotkać
dosłownie wszędzie - w autobusach, tramwajach, na lotniskach,
stacjach kolejowych, na budynkach jako reklamy, zegary i wiele wiele
innych. Można je nazwać towarzyszami życia, warto więc było by się
im przyglądnąc nieco bliżej.
Zasada działania.
Wyświetlacze LED działają na tej samej zasadzie, co zwykłe diody
LED.
Przy spolaryzowaniu złącza PN w kierunku przewodzenia elektrony z
pasma przewodnictwa przechodzą do obszaru P, w którym to rekombinują
z dziurami z pasma podstawowego. Odpowiadający temu nadmiar energii
ulega wypromieniowaniu w postaci energi cieplnej lub świetlnej.
Zjawiska te noszą nazwę rekombinacji niepromienistej i promienistej.
Elektroluminescencja występuje, gdy źródłem pobudzenia
promieniowania jest prąd lub pole elektryczne.
Rys. 1. Ilustracja zasady działania diody LED, która jest punktem
wyjścia przy wyświetlaczu LED.
Diody LED a co za tym idzie także wyświetlacze w zależności od
rodzaju zastosowanych materiałow a także technologi wytwarzania mogą
świecić w następujących barwach:
Barwa : Czerwona Zielona Pomarańczowa Żółta
Materiał: Arsenek galu GaP
Arsenofosforek galu GaAsP
Arsenek Galu Gap
Arsenofosforek galu GaAsP
Fosforek galowo-indowy InGaP Arsenofosforek galu GaAsP
Fosforek galowo-indowy InGaP Arsenofosforek galu GaAsP
Arsenku glinowo-galowy AlGaAs
Tab.1. Kolor świecienia w zależnośći od zastosowanego materiału.
Intensywność świecenia zależy od wartości płynącego prądu przez
poszczególne segmenty wyświetlacza.
2. Podział konstrukcyjny.
2.1. Wyświetlacze segmentowe:
Najpopularniejszymi wyświetlaczami są tzw. 7-segmentowe, w których
poszczególne segmenty wyświetlacza są ułożone w kształt ósemki
(zasilając poszczególne segmenty można wyświetlić wszystkie cyfry
od 0 do 9 oraz litery A, C, E, H, I, J, L, O, P, S, U - tab.2. ),
produkowane są również wyświetlacze alfanumeryczne, za pomocą
których możemy wyświetlać wszystkie cyfry oraz litery alfabetu.
Wyświetlacze tego typu możemy podzielić ze względów
technologicznych:
wskaźniki hybrydowe, które są wykonane przez naniesienie na
izolacyjne podłoże półprzewodnikowych diod świecących (LED)
wskaźniki hybrydowe (z pojedyńczymi diodami) z naniesionymi
światłowodami rozszerzającymi świecenie diody na większą
powierzchnię
wskaźniki monolityczne (pojedyńcze diody, połączone w większe
segmenty)
Rys.2. Wygląd typowego wyświetlacza 7-segmentowego
We wskaźnikach światłowodowych segment jest wyświetlany przez punkt
świetlny, który światłowodem przechodzi na całą szerokość
segmentu. Obudowa jest światłowodem. We wnęce tej obudowy znajduje
się dioda LED. Obserwator ma wrażenie widzenia belki świetlnej o
jednolitej jasności.
Wskaźnik monolityczny jest zbudowany z płytki izolacyjnej ze
strukturami monolitycznymi ukształtowanymi w formie segmentów,
drukowanymi połączeniami wewnętrznymi i zewnętrznymi oraz zespół
soczewek zapewniających transmisję światła i widoczność syfr pod
dużym kątem. Monolityczne w głównej mierze wykorzystywane są w
kalkulatorach i różnorodnych miernikach.
Tab.2. Co można wyświetlić na wyświetlaczu LED 7-segmentowym -
litery.
2.2. Matryce diodowe.
Możemy również spotkać tzw matryce diodowe, w których poszczególne
diody ułożone są jedna obok drugiej, co tworzy nam swoistą
mozaikę.Matryce takie są wytwarzane podobnie jak wyświetlacze
segmentowe, kształt poszczególnych diod może byc kwadratowy lub
okrągły. Łatwość odczytania informacji z matrycy LED zależy od
wielkości pojedynczego punktu oraz od ich ilości. Przykładową
matrycę można zobaczyć na rysunku obok.
a) b)
Rys.3. Matryce diodowe : a) 5x7 punktów ; b) 8x8 punktów
Najczęściej składają się one z 35 punktów świetlnych (5 kolumn i
7 wierszy). Matryce takie są najmniejszmi, przy pomocy których można
wyświetlić wszystkie cyfry i znaki łacińskie oraz część znaków
specjalnych, wsumie daje to 64 znaki kodu ASCII.
2.3 Wspólna katoda czy wspólna anoda?
Dla większej wygody w projektowaniu układów z wykorzystaniem
wyświetlaczy zmniejszono ilość wyprowadzeń bez, zmniejszania jego
funkcjonalności. Wszystkie katody lub anody są połączone ze sobą,
dzięki czemu ilość wyprowadzeń została zredukowana blisko o
połowę. Ilustruje to rys.4.
Rys.4. Rodzaje wyświetlaczy : a) ze wspólna anodą ; b) ze wspólną
katodą
W cyfrówce wyświetlacze ze wspólną anodą możemy sterować
(zapalać poszczególne segmenty) za pomocą stanu niskiego (,,0"),
natomiast ze wspólną katodą stanem wysokim (,,1")
Parametry wyświetlaczy LED
Wyświetlacze LED charakteryzują następujące parametry:
Parametry jak w zwykłej diodzie LED a ponadto:
Napięcie przewodzenia diod w segmencie
wykonanych z GaAsP -- 1,7 V, a wykonanych z GaP - 2,1 V. Jeżeli
napięcie przewodzenia będzie większe od wymienionego, to wiadczy to o
szeregowym połączeniu diod w segmencie. Maksymalna wartość napięcia
wstecznego wynosi około 3 - 4 V dla każdej diody;
Maksymalny prąd przewodzenia segmentu
przeciętnie wynosi on kilkadziesiąt mA i zależy od konstrukcji
wskanika;
Maksymalny kąt obserwacji
około 160°, przy spadku natężenia wiatła do 0,1 wartoci
maksymalnej. Zależy on od stopnia płaskoci elementu wiecącego oraz od
jego umieszczenia w obudowie.
Przy wyborze wyświetlacza należy rownież pamiętać o technologi w
jakiej został wykonany, oraz o tym, czy musi być o wspólnej anodzie ,
czy też katodzie.
3.4 Ch-ka światłości oraz ch-ka widmowa wyświetlaczy LED.
a) b)
Rys.5. a) Ch-ka światłości diod LED oraz wyświetlaczy LED ; b) oraz
ich ch-ka widmowa.
Zalety / wady wyświetlaczy LED
Najważniejszymi zaletami wyświetlaczy LED są:
- niskie napięcie zasilania 1,5 - 3V (łatwe łączenie z układami
scalonymi)
- dobra czytelność i duży kąt widzenia oraz duża powierzchnia cyfry
- długi czas pracy ok 114 lat, przy 50% spadku luminancji po 250 000
godzinach (28,6 lat)
- duża szybkość działania
- odporność na wstrząsy i czynniki zewnętrzne
- różnorodność barw
- możliwość scalenia z układami dekodująco-sterującymi.
Największą wadą jest przede wszystkim dość duży prąd zasilania.
5. Sposoby sterowania i uwagi konstrukcyjne.
Aby wyświetlić konkretną cyfrę, należy zapalić poszczególne
segmenty jej odpowiadające. Oznaczenie segmentów znajduje się na
rys.6.
Rys.6. Sposób oznaczania segmentów wyświetlacza.
Poszczególne segmenty wywietlaczy LED celowo zostały oznaczone
literami alfabetu łacińskiego ,aby ułatwiść budowe dekoderów w
najróżniejszych technologiach,zaczynając od diód i tranzystorów,
poprzez układy CMOS i TTL a kończąc na układach mikroprocesorowych.
Wydaje mi się , że ten ostatni sposób obsługi wyświetlacza jest
najrpstrzy, wystarczy podłączyć poszczególne segmenty do portów
mikrokontrolera, napisać stosowny program czy to w asemblerze, czy też
np. za pomocą pakietu BASCOM (dla mikrokontrolerów ATMEL'a) i juz
mamy swój własny dekoder, który można dostosować do swoich
indywidualnych potrzeb.
W technologi TTL zaś najpopularniejszym układem tego typu jest kostka
UCY 7447, w ktorej to znajdują się także wyprowadzenia do kontroli
znaku dziesiętnego.
Odradza się łączenia rezystora ograniczającego ze wspólną
elektrodą, gdyż wówczas, jasność litery, symbolu czy cyfry
związana będzie z ilocią swiecących w danej chwili segmentów.
6. Zastosowanie wyświetlaczy LED i przykładowy układ pracy.
6.1 Wyświetlacze LED są dosłownie wszechobecne, nie sposób wymienić
ich wszystkich zastosowań, wymienię tutaj tylko te najpopularniejsze
:
- Przyrządy pomiarowe - miernikach cyfrowych, licznikach, testerach,
wskanikach w elektrowniach i urządzeniach zasilających, próbnikach
stanów logicznych
- Maszyny matematyczne, terminale do wprowadzania i wyprowadzania danych
- Elektronika powszechnego użytku - zegarach, licznikach,
kalkulatorach, wyświetlaczy z przewijanym tekstem przy stacjach
benzynowych, parkingach, bankach, środkach komunikacji miejskiej i
innych obiektach użyteczności publicznej.
6.2 Przykładowy układ z wykorzystaniem wyświetlacza 7-segmentowego
LED.
Jak napisałem wyżej, jedną z metod sterowania wyświetlaczem, może
być użycie mikroprocesora, jako że jest on ,,na topie" . W tej
części pokażę własnie sposób sterowania wyświetlaczem LED przy
użyciu mikrokontrolera jednoukładowego AT90S8515 firmy ATMEL oraz
programu napisanego w języku MCS BASCOM AVR.
W układzie wykożystamy wyświetlacz ze wspólną katodą. Aby zapalić
któryś z segmentów należy więc podać stan wysoki (,,1") na
anody poszczególnych diod. W Bascomie można to zrealizować wydając
komendę
PINx.y = 1 , gdzie x to nazwa portu, a y to konkretny adres portu.
Należy jeszcze pamiętać, aby skonfigurować PORT A do wysyłania
danych tj. CONFIG PORTA = OUTPUT
W naszym przypadku, gdybyśmy chcieli wyświetlić liczbę ,,1",
należało by podać stan wysoki na segment ,,b" i ,,c"
wyświetlacza, co można zrealizować, przez polecenie :
PINA.1=1
PINA.2=1
W ten sposób na wyświetlaczu można wyświetlić cyfry, niektóre
litery i znaki specjalne, nie trzeba stosować wielu układów
scalonych, i w bardzo prosty sposób można zmienić konfigurację.
Schemat takiego układu znajduje się na rys.7.
Rys.7. Schemat ideowy układu sterowania wyświetlaczem LED
7-segmentowym.
Poniżej zamieszczony jest listing programu, który wyświetla cyfry od
0 do 9 w odstępach 2 sekundowych.
Nie będę sie tutaj rozpisywał nad poszczególnymi poleceniami, gdyż
nie jest to tematem tej pracy, powiem tylko tyle, że kody liczb w
postaci dwójkowej znajdują się w tzw. tablicach, program główny
zaś odczytuje pokolei te dane z tablic i przypisuje je do PORTU A
mikroprocesora, a co za tym idzie, zapalane są poszczególne segmenty
wyświetlacza.
Dim A As Byte , C As Byte
Dim Tab(10) As Byte
Config Porta = Output
Do
For A = 0 To 9
C = Lookup(a , Tab)
Porta = C
Wait 2
Next
Loop
End
Tab:
Data & B00111111 , & B00000110 , & B01011011 , & B11001111
Data & B01100100 , & B11101101 , & B01111100 , & B00000111
Data & B11111111 , & B11101111
7. Porównanie wyświetlaczy LED z wyświetlaczami LCD
7.1 Ogólne wiadomośći o wyświetlaczach LCD
Wyświetlacze LCD Możemy je spotkać w zegarkach elektronicznych,
discmanach, radiach przenośnych lub samochodowych, lodówkach,
telewizorach, pralkach i wielu wielu innych dziedzinach życia.
Wykorzystują one specjalne właściwości ciekłych kryształów.
Kryształy takie mogą zachowywać się jak ciecze lub kryształy.
Poniżej dopuszczalnej temperatury ciekły kryształ zmienia się w
ciało stałe, natomiast powyżej górnej temperatury dopuszczalnej
zmienia się w ciecz izotropową, tzn. że ich właściwości fizyczne
zależą od tego jak się je bada, np. przewodnictwo cieplne,
współczynnik załamania światła, czy stała dielektryczna.
Komórka ciekłokrystaliczna składa się z trzech głównych
elementów: przedniej i tylnej płytki szklanej, z których każda jest
jednostronnie pokryta materiałem przewodzącym stanowiącym elektrody,
warstwy ciekłego kryształy o grubości 10 - 15 mm i płytek
dystansowych. Jedna z elektrod jest wykonana w kształcie wyświetlanego
znaku. Cienkie warstwy ciekłego kryształu w stanie nie wzbudzonym są
przeźroczyste. Po przełożeniu pola elektrycznego matowieją.
Wskaźnik może działać w świetle przechodzącym, jeżeli jedna z
elektrod odbija światło, tzn. że światło przechodzi przez kryształ
dopóki, do póty nie przyłożymy do niego pola elektrycznego, które
spowoduje pochłanianie światła przez ktyształ Wskaźniki LCD nie są
więc źródłami światła.
Ich czytelność w głównej mierze zależy od oświetlenia
zewnętrznego (wskaźniki refleksyjne) lub oświetlenia wewnętrznego
(wskaźniki transmisyjne). Ich trwałość jest mniejsza niż
wskaźników cyfrowych (10 000 - 20 000 h).
Głównymi wadami są :
konieczność zasilania napięciem przemiennym, co wymaga bardziej
rozbudowanego układu elektronicznego
duża bezwładność. (odpowiedź na sygnał sterujący pojawia się po
10 - 20 ms od chwili włączenia i 100 - 200 ms od chwili wyłączenia)
Najważniejszą zaletą wyświetlaczy LCD jest bardzo mały pobór mocy
(10-4 - 10-5 W), ma to szczególne znaczenie w sprzęcie przenośnym i
bateryjnym (zegarki, kalkulatory, laptopy itp)
7.2. Porównanie wyświetlaczy LED do LCD.
Wyświetlacze LED w porównaniu do LCD potrzebują znacznie większego
prądu zasilania,a co za tym idzie - większej mocy. Ma to ogromne
znaczenie w sprzęcie przenośnym (jak np. zegarki itp). Wskaźniki LED
są jednak znacznie bardziej czytelne i wyraźne , gdy na nie
spoglądamy z większej odległości - wynika to z zasady ich
działaniania - LED'y sa źródłami światła, natomisat LCD nie,
czytelność zależy też od kąta, z jakiego na dany wskaźnik
patrzymy, tutaj znów wygrywaja LED'y. Kolejnym aspektem jest
szybkość działania, i tutaj znów wygrywaja wskaźniki LED, LCD
posiadają bowiem znacznie większą bezwładność - są
,,wolniejsze". Z tego krótkiego zestawienia widać, że LCD
ustępują wyświetlaczą LED, tak jednak nie jest, to LCD są stosowane
jako monitory w komputerach przenośnych, a coraz częściej także w
tych domowych, to LCD są najczęściej w zegarkach, kalkulatorach,
odtwarzaczach MP3 czy discmanach. Wyświetlacze LCD mogą
wyświetlaćcyfry, litery a nawet obrazy w dużych rozdzielczościach w
wielu milionach kolorów, dla poprawienia czytelnośći stosuje się
specjalne lampy, które ,,od spodu" podświetlaja taki panel, dzięki
czemu można pracować w nocy lub przy nie sprzyjającym oświetleniu
zewnętrznym.
Nie można umniejszać roli ani jednych ani drugich , jedne i drugie są
tak samo porzyteczne i wszechobecne. Wyboru wyświetlacza do konkretnego
układu należy dokonać samodzielnie, rozpatrując wszystkie aspekty
- na tak i na nie.
8. Bibliografia.
W niniejszej pracy starałem się samodzielnie ukazać większość
zagadnień związanych z wyświetlaczami i sposobami wyświetlania, nie
posiadam jednak wystarczającej wiedzy, musiałem więc się podeprzeć
literaturą fachową :
Tadeusz Masewicz ,,Podstawy elektroniki i układy elektroniczne" WsiP
Warszawa 1988
Portal internetowy elektroda.pl HYPERLINK http://www.elektroda.pl
www.elektroda.pl
HYPERLINK http://mops.uci.agh.edu.pl/~sskrzyni/optyka/led.html
http://mops.uci.agh.edu.pl/~sskrzyni/optyka/led.html
Część II
Zadanie:
W układzie polaryzacji (potencjometrycznym) z pętlą prądowego
sprzeżenia zwrotnego obliczyć prądy i napięcia w punkcie pracy,
jeżeli :
D:
R1=R2=180 K
RC=1 K
RE=0,25 K
UBE=0,5 V
(=99
EC=n+10 V , gdzie n= numer z dziennika, w moim przypadku n=24, czyli
EC=34 V
Rys.1. Schemat ogólny układu potencjometrycznego.
Kożystając z twierdzenia Thevenina układ ten można przekształcić
do postaci :
I ( EC=ICRC+UCE+IERE
II ( EB=IBRB+UBE+IERE
Rys.2. Przekształcony układ potencjometryczny
R:
Podstawiając do równania oczka II , oraz ,
otrzymamy równanie postaci : , z którego to
będziemy mogli wyliczyć prąd bazy ( IB.
Przekształcając dalej :
Ostatecznie otrzymaliśmy wzór na prąd bazy :
Po podstawieniu danych do wzoru otrzymujemy :
Teraz musimy policzyć spadki napięć na poszczególnych rezystorach
oraz prądy:
O:
Tak więc podsumowując otrzymaliśmy :
W takim obwodzie mógłby więc pracować np. tranzystor BC528. Jest to
bipolarny tranzystor małej mocy.
Tab.1. Dane katalogowe tranzystora BC528
Rys.3. Charakterystyka wyjściowa IC=f(UCE) tranzystora BC528.
PAGE 1
PAGE 9
Definicja:
Wyświetlacze LED to półprzewodnikowe elementy przetwarzające
energię elektryczną na energię promieniowania świetlnego.
UWAGA!!!:
Podczas projektowania układu z wykorzystaniem wyświetlaczy LED,
należy pamiętać, aby pod rzadnym pozorem nie pdołączać
wyświetlacza do źródła napięcia bez rezystora ograniczającego,
nawet, gdy napięcie jest równe dokładnie spadkowi na diodzie, gdyż
dopuszczalny maksymalny prąd diody jest rzędu 20 mA i bardzo łatwo
jest uszkodzić bądź pojedyńczą diodę bądź cały wyświetlacz!.
Rezystory ograniczające podłączamy zawsze do wielu anod lub wielu
katod, w zależności od wyświetlacza, nigdy natomiast do wspólnej
elektrody!
CIEKAWOSTKA:
Monitorów ciekłokrystalicznych nie stosuje sie przy obróbce wideo,
gdyż z powodu dużych opóżnień w wyświetlaniu obrazu i zmniejszonej
częstotliwości odświeżania nie przedstawiają one go w sposób
płynny i tak dynamiczny jak stare monitory lampowe.