Strumenti e dispositivi di visualizzazione

I dispositivi di puntamento o gli elementi di visualizzazione sono la base dei dispositivi di visualizzazione delle informazioni progettati per convertire un segnale elettrico in una forma visibile.

Indicatori luminosi: utilizza il bagliore di un filamento incandescente riscaldato da una corrente elettrica. Sono lampade in miniatura con un filamento incandescente, che illuminano custodie colorate (filtri) di indicatori e pulsanti o determinate immagini, segni, simboli.

Indicatori elettroluminescenti: il bagliore di alcune sostanze viene utilizzato sotto l'influenza di un campo elettrico. Ad esempio gli indicatori fluorescenti sottovuoto. Sono lampade multi-anodo con un catodo che emette elettroni e una griglia che controlla la corrente dell'indicatore. Gli anodi sono realizzati sotto forma di segmenti di sintesi ricoperti di fosforo. Quando gli elettroni entrano in collisione con la superficie degli anodi, il fosforo del colore richiesto si illumina. A ciascun anodo viene applicata una tensione di alimentazione separata.

Precedentemente ampiamente utilizzati, vengono sostituiti da altri tipi di indicatori. Consentono di ottenere un gran numero di elementi e caratteri con colori diversi e alta luminosità.

Dispositivi a fascio di elettroni: basati sul bagliore dei fosfori quando vengono bombardati da elettroni.

I rappresentanti più importanti dei dispositivi a raggi catodici sono i tubi a raggi catodici (CRT). CRT è un dispositivo elettronico a vuoto che utilizza un fascio di elettroni concentrati sotto forma di fascio controllato da un campo elettrico e/o magnetico e crea un'immagine visibile su un apposito schermo (Fig. 1).

Sono utilizzati negli oscilloscopi - per monitorare i processi elettronici, in televisione (cinescopi) - per convertire un segnale elettrico contenente informazioni sulla luminosità e il colore dell'immagine trasmessa, nei dispositivi di imaging radar - per convertire segnali elettrici contenenti informazioni sullo spazio circostante in un'immagine visibile

Figura 1 — Costruzione di un tubo a fascio di elettroni

Sono intensamente sostituiti da indicatori a cristalli liquidi: la produzione di monitor CRT viene interrotta, i televisori CRT sono in calo.

Dispositivi a scarica di gas (ioni) - Il bagliore di gas viene utilizzato per una scarica elettrica.

Sono costituiti da un cilindro sigillato con elettrodi saldati al suo interno (nel caso più semplice, anodo e catodo - una lampada al neon) e riempito con gas inerti (neon, elio, argon, krypton) a bassa pressione. Quando viene applicata la tensione, si osserva il bagliore del gas. Il colore del bagliore è determinato dalla composizione del gas di riempimento. Utilizzato per indicare tensioni CA o CC.

Oggi per la produzione vengono utilizzati dispositivi a scarica di gas, pannelli al plasma.

Un pannello al plasma PDP (plasma display panel) è una matrice di celle racchiusa tra due lastre di vetro. Ogni cella è ricoperta di fosforo (le celle adiacenti formano triadi di tre colori - rosso, verde e blu R, G, B) e riempite con un gas inerte - neon o xeno (Fig. 2).Quando una corrente elettrica viene applicata agli elettrodi della cella, il gas si trasforma in uno stato di plasma e fa brillare il fosforo.

Figura 2 — Progettazione delle celle del pannello al plasma

Il vantaggio principale dei pannelli al plasma sono le grandi dimensioni dello schermo, che di solito vanno da 42 "a 65". Inoltre, i singoli pannelli possono essere assemblati in schermi di grandi dimensioni per l'utilizzo in sale da concerto, stadi, piazze, ecc.

I pannelli al plasma hanno un elevato rapporto di contrasto (differenza tra bianco e nero), un ampio angolo di visione e un'ampia gamma di temperature operative.

Insieme ai vantaggi ci sono anche degli svantaggi: solo pannelli di grandi dimensioni, graduale "combustione" del fosforo, consumo energetico relativamente elevato.

Indicatori a semiconduttore: il principio di funzionamento si basa sull'emissione di quanti di luce nella regione della giunzione p-n, a cui viene applicata una tensione.

Distinguere:

— indicatori a semiconduttore discreti (puntiformi) — LED;

— indicatori di caratteri — per visualizzare numeri e lettere;

— Matrici LED.

I LED o diodi emettitori di luce (LED — Light Emission Diodes) si sono diffusi grazie alla loro compattezza, alla capacità di ricevere qualsiasi colore di emissione, all'assenza di un fragile bulbo di vetro, alla bassa tensione di alimentazione e alla facilità di commutazione.

Il LED è costituito da uno o più cristalli (Fig. 3) che emettono radiazione e si trovano nello stesso alloggiamento con una lente e un riflettore che forma un raggio di luce diretto nella parte visibile o infrarossa (invisibile) dello spettro.

Figura 3 — Costruzione di un LED

Un esempio. La Figura 4 mostra uno schema di commutazione del LED su un'alimentazione a 12 V.La caduta di tensione attraverso il diodo quando è collegato direttamente è di circa 2,5 V, quindi è necessario accendere il resistore di spegnimento in serie. Per garantire una luminosità sufficiente, la corrente del diodo dovrebbe essere dell'ordine di 20 mA. È necessario determinare la resistenza del resistore di smorzamento R.

Figura 4 — Schema per l'accensione del LED

Per fare ciò, determiniamo la tensione che deve cadere (spegnersi) sul resistore: UR = UP — UVD = 12 — 2,5 = 9,5 V

Fornire una data corrente nel circuito a una data tensione, secondo Legge di Ohm determiniamo il valore di resistenza del resistore: R = UP / I = 9,5 / 20 • 10-3 = 475 Ohm

Viene quindi selezionato il valore del resistore standard più grande più vicino. Per questo esempio, puoi scegliere il valore più vicino di 470 ohm.

I potenti LED vengono utilizzati come sorgenti luminose nell'illuminazione interna ed esterna, nei proiettori, nei semafori e nei fari delle automobili. Le prestazioni inerziali rendono i LED indispensabili quando sono richieste prestazioni elevate.

La combinazione di sette LED in un unico alloggiamento consente di creare un indicatore di caratteri a sette segmenti che consente di visualizzare 10 numeri e alcune lettere. Nell'indicatore mostrato nel diagramma (Fig. 5), l'anodo è comune ai diodi, ad esso viene fornita la tensione di alimentazione ei catodi sono collegati a interruttori elettronici (transistor) che li collegano alla scatola. Di solito l'indicatore del carattere è controllato da un microcircuito.

Figura 5 — Indicatore iconico a semiconduttore

Matrici LED (moduli): un certo numero di LED realizzati sotto forma di un blocco completo e con un circuito di controllo. Gli stampi sono utilizzati per la produzione Schermi LED (display LED).

Display a cristalli liquidi (LCD): basati sul cambiamento delle proprietà ottiche dei cristalli liquidi sotto l'influenza di un campo elettrico.

I cristalli liquidi (LC) sono liquidi organici con una disposizione ordinata di molecole caratteristica dei cristalli. I cristalli liquidi sono trasparenti ai raggi luminosi, ma sotto l'influenza di un campo elettrico la loro struttura viene disturbata, le molecole si dispongono in modo casuale e il liquido diventa opaco.

In base al principio di funzionamento si distinguono i display LCD che funzionano a luce trasmessa (per trasmissione) creata da una sorgente di retroilluminazione (lampade a scarica o LED) e alla luce di una qualsiasi sorgente (artificiale o naturale) riflessa nell'indicatore (per riflessione ). Il lavoro sulla luce viene utilizzato nei monitor, nei display dei telefoni cellulari. Gli indicatori riflettenti si trovano in contatori, orologi, calcolatrici, display di elettrodomestici e altro ancora.

Inoltre, vengono utilizzati una serie di indicatori con retroilluminazione commutabile in condizioni luminose e con retroilluminazione attivata in condizioni di scarsa illuminazione per ridurre il consumo energetico.

Figura 6 — Indicatore di riflettanza a cristalli liquidi

La Figura 6 mostra un display LCD riflettente. Tra due lastre trasparenti c'è uno strato di cristalli liquidi (spessore dello strato 10 — 20 µm). La piastra superiore ha elettrodi trasparenti sotto forma di segmenti, numeri o lettere.

Se non c'è tensione agli elettrodi, l'LCD è trasparente, i raggi di luce dell'illuminazione naturale esterna lo attraversano, vengono riflessi dall'elettrodo a specchio inferiore e tornano indietro: vediamo uno schermo vuoto.Quando viene applicata una tensione a qualsiasi elettrodo, il display LCD sotto quell'elettrodo diventa opaco, i raggi di luce non passano attraverso quella parte del liquido, quindi vediamo un segmento, un numero, una lettera, un segno, ecc. sullo schermo.

Gli indicatori a cristalli liquidi presentano una serie di vantaggi, tra cui il consumo energetico molto basso, la durata e la compattezza.

Oggi, i monitor LCD (monitor LCD - display a cristalli liquidi - monitor a cristalli liquidi, monitor TFT - matrice LCD che utilizza transistor a film sottile) sono il principale tipo di monitor e ricevitori televisivi.