เครื่องมือและอุปกรณ์แสดงผล

อุปกรณ์ชี้ตำแหน่งหรือองค์ประกอบการแสดงผลเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์แสดงข้อมูลที่ออกแบบมาเพื่อแปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นรูปแบบที่มองเห็นได้

ไฟแสดงสถานะ - ใช้การเรืองแสงของไส้หลอดที่ให้ความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้า พวกเขาเป็นโคมไฟขนาดเล็กที่มีไส้หลอด, กล่องสีส่องสว่าง (ตัวกรอง) ของไฟแสดงสถานะและปุ่มหรือรูปภาพ, เครื่องหมาย, สัญลักษณ์บางอย่าง

ตัวบ่งชี้ที่เรืองแสงด้วยไฟฟ้า - การเรืองแสงของสารบางชนิดใช้ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ตัวบ่งชี้หลอดฟลูออเรสเซนต์สุญญากาศ พวกมันคือหลอดไฟหลายแอโนดที่มีแคโทด ปล่อยอิเล็กตรอน และกริดที่ควบคุมกระแสไฟแสดงสถานะ แอโนดถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของการสังเคราะห์ส่วนที่ปกคลุมด้วยฟอสฟอรัส เมื่ออิเล็กตรอนชนกับพื้นผิวของขั้วบวก สารเรืองแสงของสีที่ต้องการจะเรืองแสง มีการใช้แรงดันไฟฟ้าแยกต่างหากกับแต่ละแอโนด

ก่อนหน้านี้มีการใช้อย่างแพร่หลาย พวกมันถูกแทนที่ด้วยตัวบ่งชี้ประเภทอื่น ช่วยให้ได้รับองค์ประกอบและอักขระจำนวนมากที่มีสีต่างกันและความสว่างสูง

อุปกรณ์ลำแสงอิเล็กตรอน — ขึ้นอยู่กับการเรืองแสงของสารเรืองแสงเมื่อถูกโจมตีด้วยอิเล็กตรอน

ตัวแทนที่โดดเด่นที่สุดของอุปกรณ์รังสีแคโทดคือหลอดรังสีแคโทด (CRT) CRT เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สุญญากาศที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนที่มีความเข้มข้นในรูปของลำแสงที่ควบคุมโดยสนามไฟฟ้าและ/หรือสนามแม่เหล็ก และสร้างภาพที่มองเห็นได้บนหน้าจอพิเศษ (รูปที่ 1)

พวกมันถูกใช้ในออสซิลโลสโคป — เพื่อตรวจสอบกระบวนการทางอิเล็กทรอนิกส์ ในโทรทัศน์ (kinescopes) — เพื่อแปลงสัญญาณไฟฟ้าที่มีข้อมูลเกี่ยวกับความสว่างและสีของภาพที่ส่ง ในอุปกรณ์สร้างภาพด้วยเรดาร์ — เพื่อแปลงสัญญาณไฟฟ้าที่มีข้อมูลเกี่ยวกับพื้นที่โดยรอบใน ภาพที่มองเห็นได้

รูปที่ 1 — การสร้างหลอดลำแสงอิเล็กตรอน

สิ่งเหล่านี้ถูกแทนที่อย่างมากด้วยตัวบ่งชี้คริสตัลเหลว: การผลิตจอภาพ CRT หยุดลง ทีวี CRT กำลังลดลง

อุปกรณ์ปล่อยแก๊ส (ไอออน) - แก๊สเรืองแสงใช้สำหรับปล่อยไฟฟ้า

ประกอบด้วยกระบอกปิดผนึกที่มีขั้วไฟฟ้าบัดกรี (ในกรณีที่ง่ายที่สุดคือขั้วบวกและขั้วลบ - หลอดนีออน) และบรรจุก๊าซเฉื่อย (นีออน, ฮีเลียม, อาร์กอน, คริปทอน) ที่ความดันต่ำ เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า จะสังเกตการเรืองแสงของแก๊ส สีของการเรืองแสงถูกกำหนดโดยองค์ประกอบของก๊าซที่บรรจุ ใช้เพื่อแสดงแรงดันไฟฟ้า AC หรือ DC

วันนี้มีการใช้แผงพลาสม่าของอุปกรณ์ปล่อยก๊าซสำหรับการผลิต

PDP ของแผงพลาสมา (แผงแสดงพลาสมา) เป็นเมทริกซ์ของเซลล์ที่ปิดอยู่ระหว่างกระจกสองบาน แต่ละเซลล์ถูกปกคลุมด้วยสารเรืองแสง (เซลล์ที่อยู่ติดกันประกอบกันเป็นสามสี — แดง เขียว และน้ำเงิน R, G, B) และเติมด้วยก๊าซเฉื่อย — นีออนหรือซีนอน (รูปที่ 2)เมื่อใช้กระแสไฟฟ้ากับขั้วไฟฟ้าของเซลล์ ก๊าซจะเปลี่ยนสถานะเป็นพลาสมาและทำให้สารเรืองแสงเรืองแสง

รูปที่ 2 — การออกแบบเซลล์แผงพลาสมา

ข้อได้เปรียบหลักของแผงพลาสมาคือขนาดหน้าจอที่ใหญ่ โดยปกติจะมีขนาดตั้งแต่ 42 นิ้ว ถึง 65 นิ้ว นอกจากนี้ แผงแต่ละแผงยังสามารถประกอบเป็นหน้าจอขนาดใหญ่เพื่อใช้ในคอนเสิร์ตฮอลล์ สนามกีฬา จัตุรัส ฯลฯ

แผงพลาสมามีอัตราคอนทราสต์สูง (ความแตกต่างระหว่างขาวดำ) มุมมองกว้าง และอุณหภูมิการทำงานที่หลากหลาย

นอกจากข้อดีแล้วยังมีข้อเสีย: เฉพาะแผงขนาดใหญ่, การ "เผาไหม้" ของสารเรืองแสงอย่างค่อยเป็นค่อยไป, การใช้พลังงานที่ค่อนข้างสูง

ตัวบ่งชี้เซมิคอนดักเตอร์ - หลักการทำงานขึ้นอยู่กับการปล่อยควอนตัมแสงในบริเวณทางแยก p-n ซึ่งใช้แรงดันไฟฟ้า

แยกแยะ:

— ไฟแสดงสถานะเซมิคอนดักเตอร์แบบแยก (จุด) — ไฟ LED;

— ตัวบ่งชี้อักขระ — เพื่อแสดงตัวเลขและตัวอักษร

- เมทริกซ์ LED

LED หรือไดโอดเปล่งแสง (LED — Light Emission Diodes) แพร่หลายเนื่องจากความกะทัดรัด ความสามารถในการรับแสงสีใด ๆ การไม่มีหลอดแก้วที่เปราะบาง แรงดันไฟฟ้าต่ำ และการเปลี่ยนง่าย

LED ประกอบด้วยคริสตัลตั้งแต่หนึ่งคริสตัลขึ้นไป (รูปที่ 3) เปล่งรังสีและอยู่ในตัวเรือนเดียวกันพร้อมเลนส์และตัวสะท้อนแสงที่สร้างลำแสงส่องตรงในส่วนที่มองเห็นได้หรืออินฟราเรด (มองไม่เห็น) ของสเปกตรัม

รูปที่ 3 — การสร้าง LED

ตัวอย่าง. รูปที่ 4 แสดงไดอะแกรมของการเปลี่ยน LED เป็นแหล่งจ่ายไฟ 12 Vแรงดันตกคร่อมไดโอดเมื่อเชื่อมต่อโดยตรงคือประมาณ 2.5 V ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเปิดตัวต้านทานดับเป็นอนุกรม เพื่อให้แน่ใจว่ามีความสว่างเพียงพอ กระแสไดโอดควรอยู่ที่ 20 mA จำเป็นต้องกำหนดความต้านทานของตัวต้านทานการทำให้หมาด ๆ R

รูปที่ 4 — แผนการเปิดไฟ LED

ในการทำเช่นนี้เรากำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ต้องปล่อย (ปิด) บนตัวต้านทาน: UR = UP — UVD = 12 — 2.5 = 9.5 V

เพื่อให้กระแสที่กำหนดในวงจรตามแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด กฎของโอห์ม เรากำหนดค่าความต้านทานของตัวต้านทาน: R = UP / I = 9.5 / 20 • 10-3 = 475 โอห์ม

จากนั้นจึงเลือกค่าตัวต้านทานมาตรฐานที่ใหญ่กว่าที่ใกล้ที่สุด สำหรับตัวอย่างนี้ คุณสามารถเลือกค่าที่ใกล้เคียงที่สุดที่ 470 โอห์ม

ไฟ LED ที่ทรงพลังใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงในแสงในร่มและกลางแจ้ง ฟลัดไลท์ ไฟจราจร และไฟหน้ารถยนต์ ประสิทธิภาพเฉื่อยทำให้ LED ขาดไม่ได้เมื่อต้องการประสิทธิภาพสูง

การรวมไฟ LED เจ็ดดวงไว้ในตัวเรือนเดียวช่วยให้คุณสร้างตัวบ่งชี้อักขระเจ็ดส่วนที่ช่วยให้คุณแสดงตัวเลข 10 ตัวและตัวอักษรบางตัวได้ ในตัวบ่งชี้ที่แสดงในแผนภาพ (รูปที่ 5) ขั้วบวกเป็นส่วนประกอบทั่วไปของไดโอด แรงดันไฟฟ้าจ่ายให้กับมัน และแคโทดเชื่อมต่อกับสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ (ทรานซิสเตอร์) ที่เชื่อมต่อกับกล่อง โดยปกติแล้วตัวบ่งชี้อักขระจะถูกควบคุมโดยไมโครวงจร

รูปที่ 5 — ตัวบ่งชี้เซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นสัญลักษณ์

เมทริกซ์ LED (โมดูล) — LED จำนวนหนึ่งที่ทำในรูปแบบของบล็อกที่สมบูรณ์และมีวงจรควบคุม แม่พิมพ์ใช้สำหรับการผลิต จอแอลอีดี (จอแอลอีดี).

จอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD) — ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแสงของผลึกเหลวภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า

ผลึกเหลว (LC) เป็นของเหลวอินทรีย์ที่มีการจัดเรียงตัวของโมเลกุลที่มีลักษณะเฉพาะของผลึก ผลึกเหลวมีความโปร่งใสต่อรังสีของแสง แต่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า โครงสร้างของผลึกจะถูกรบกวน โมเลกุลจะถูกจัดเรียงแบบสุ่มและของเหลวจะกลายเป็นทึบแสง

ตามหลักการทำงานแล้ว จอ LCD มีความโดดเด่นที่ทำงานในแสงส่องผ่าน (ผ่านการส่งผ่าน) ที่สร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดแสงพื้นหลัง (หลอดดิสชาร์จหรือไฟ LED) และแสงจากแหล่งใด ๆ (เทียมหรือธรรมชาติ) ที่สะท้อนอยู่ในตัวบ่งชี้ (สำหรับการสะท้อน ) . การทำงานเกี่ยวกับแสงจะใช้ในจอภาพ โทรศัพท์มือถือ ตัวบ่งชี้สะท้อนแสงมีหน่วยเป็นเมตร นาฬิกา เครื่องคิดเลข หน้าจอเครื่องใช้ในบ้าน และอื่นๆ

นอกจากนี้ ไฟแสดงสถานะจำนวนหนึ่งใช้กับไฟแบ็คไลท์แบบสลับได้ในสภาพแสงจ้าและไฟแบ็คไลท์เปิดในที่แสงน้อยเพื่อลดการใช้พลังงาน

รูปที่ 6 — ตัวบ่งชี้การสะท้อนแสงของผลึกเหลว

รูปที่ 6 แสดงหน้าจอ LCD แบบสะท้อนแสง ระหว่างแผ่นใสสองแผ่นจะมีชั้นของผลึกเหลว (ความหนาของชั้น 10 — 20 µm) แผ่นด้านบนมีอิเล็กโทรดโปร่งใสในรูปแบบของส่วน ตัวเลข หรือตัวอักษร

หากไม่มีแรงดันไฟฟ้าไปยังขั้วไฟฟ้า แสดงว่า LCD โปร่งใส ลำแสงของแสงธรรมชาติภายนอกส่องผ่านเข้ามา สะท้อนโดยขั้วกระจกด้านล่างและกลับออกมา - เราเห็นหน้าจอว่างเปล่าเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากับอิเล็กโทรดใดๆ หน้าจอ LCD ด้านล่างอิเล็กโทรดนั้นจะทึบแสง ลำแสงจะไม่ผ่านส่วนนั้นของของเหลว จากนั้นเราจะเห็นส่วน ตัวเลข ตัวอักษร เครื่องหมาย ฯลฯ บนหน้าจอ

อินดิเคเตอร์คริสตัลเหลวมีข้อดีหลายประการ ได้แก่ การใช้พลังงานต่ำมาก ความทนทาน และความกะทัดรัด

ทุกวันนี้ จอภาพ LCD (จอภาพ LCD — จอภาพผลึกเหลว — จอภาพผลึกเหลว จอภาพ TFT — เมทริกซ์ LCD ที่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบฟิล์มบาง) เป็นประเภทหลักของจอภาพและเครื่องรับโทรทัศน์