Circuite De Afisare Cu Diode Electroluminiscente (LED)

CIRCUITE DE AFISARE

Circuite De Afisare Cu Diode Electroluminiscente (LED)

1.1 Introducere

Circuitele de afisare transmit omului infomatii mai simple sau mai evoluate prin emiterea de semnale luminoase cu diferite intensitati culori si forme sau prin reflectarea luminii incidente pe diferite contururi.

Diodele electroluminiscente, uzual numite LED - Light Emitting Diode - sunt unele dintre cele mai utilizate dispozitive semiconductoare. Acestea sunt adesea intalnite in echipamente in care se afiseaza ora si data, semnalizeaza functionarea si starea echipamentelor, formeaza imagini color pe ecrane de mari dimensiuni sau chiar reclame luminoase si practic au monopolizat astazi productia de semafoare rutiere.

1.2 Principiul de functionare

Lumina este o forma a energiei care poate fi eliberata, in anumite conditii, de un atom de material si are un caracter dual:

ondulatoriu, lumina putand fi caracterizata ca fiind o unda electromagnetica de o anumita frecventa ce se propaga in spatiu pe o anumita directie;

corpuscular, lumina putand fi caracterizata prin deplasarea cu foarte mare viteza (3x108 m/s) a unor particole foarte mici, fara masa, dar cu energie, numite fotoni.

In cazul LED-urilor ne intereseaza caracterul corpuscular al luminii. Fotonii sunt eliberati de atomi ca rezultat al miscarii electronilor. In oricare atom, electronii se misca pe orbite in jurul atomului la distante proportionale cu energia electronilor (cei cu energie proprie mai mare se misca pe orbite mai indepartate de nucleu). Acesti electroni se pot deplasa de pe o orbita pe alta datorita unor influente externe. Astfel, daca electronul primeste energie (de exemplu datorita unei incalziri a materialului sau a unei ciocniri cu un alt electron), acesta se deplaseaza pe o orbita superioara. Se spune ca in acest caz electronul a consumat energie din mediul inconjurator. Daca electronul cade de pe o orbita superioara pe una inferioara acesta emite energie si cu cat distanta fizica dintre cele doua orbite este mai mare cu atat energia eliberata are o frecventa mai mare.

Asa cum se cunoaste, orice dioda este formata prin alipirea a doua regiuni, una dopata cu impuritati donoare (electroni), numita de tip N si una dopata cu impuritati acceptoare (goluri), numita de tip P. In cazul in care diodei i se aplica o polarizare pozitiva, electronii se deplaseaza prin structura si apar noi posibilitati de recombinare a lor. La fiecare astfel de recombinare, electronul respectiv trece din banda de conductie in banda de valenta, adica se deplaseaza pe o orbita in jurul atomului de energie mult mai joasa, astfel ca electronul elibereaza energie sub forma de fotoni. Cu cat tensiunea aplicata diodei este mai mare cu atat curentul ce trece prin dioda este mai mare si numarul de fotoni emisi creste proportional. Acest lucru se intampla in orice dioda, dar radiatia emisa poate fi vazuta de ochiul uman numai daca frecventa sa corespunde spectrului luminii.

Pentru o emisie in spectrul vizibil este nevoie ca dioda sa fie formata din anumite materiale iar un exemplu des intalnit este combinatia GaAsP (Galiu-Arseniu-Fosfor). Intr-o dioda obisnuita realizata din Si (Siliciu), atomii sunt asezati intr-un mod care face ca saltul energetic al electronului sa fie de scurta distanta energetica, energia eliberata fiind in doemniul infrarosu.

Desi toate diodele emit radiatie luminoasa, nu intotdeauna in spectrul vizibil, ele se diferentiaza prin eficienta cu care o emit. In diodele normale, materialul semiconductor din care sunt formate absoarbe cea mai mare parte a energiei eliberate. LED-urile sunt astfel construite incat sa elibereze in afara structurii un numar cat mai mare de fotoni. Astfel, ele sunt incasetate in carcase din plastic transparent care concentreaza lumina pe o directie particulara. Pentru cresterea eficientei emisiei luminoase, unele constructii inglobeaza si o lupa.

Desi toate diodele emit radiatie luminoasa, nu intotdeauna in spectrul vizibil, ele se diferentiaza prin eficienta cu care o emit. In diodele normale, materialul semiconductor din care sunt formate absoarbe cea mai mare parte a energiei eliberate. LED-urile sunt astfel construite incat sa elibereze in afara structurii un numar cat mai mare de fotoni. Astfel, ele sunt incasetate in carcase din plastic transparent care concentreaza lumina pe o directie particulara. Pentru cresterea eficientei emisiei luminoase, unele constructii inglobeaza si o lupa.

Cele mai importante caracteristici ale LED - urilor sunt:

caracteristica intensitate luminoasa functie de curentul direct prin LED;

caracteristica spectrala.

Cele doua caracteristici, corespunzatoare unui LED de culoare rosie (λ=666 nm) sunt prezentate in figura 1.2.

1.3 Aplicatii

In mai toate aplicatiile in care sunt folosite, LED-urile sunt tratate ca si cum ar fi diode obisnuite, cu singura diferenta ca tensiunea de deschidere VD este mult mai mare decat cea a diodelor obisnuite, ajungand pana la 1,5-2V. Cateva exemple de circuite de comanda ale LED-urilor sunt prezentate in figurile 1.3 si

O alta aplicatie a LED-urilor o reprezinta asa-numitele bargrafuri, folosite pentru indicarea nivelului de semnal, de exemplu, fie prin aprinderea unor LED-uri succesive dintr-o linie (figura 1.5a), fie prin semnalizarea pozitiei unui indicator (figura 1.5b, aprinderea unui singur LED dintr-un sir de LED-uri).

O alta aplicatie consta in realizarea de matrici de LED-uri care pot face parte din panouri luminoase, asa cum este prezentat in figura 1.6.

O aplicatie extrem de intalnita este afisorul cu 7 sau 16 segmente. In acest caz, LED-urile au forma unor segmente, asa cum este prezentat in figura 1.7.

Comanda a 6 afisoare cu 7 segmente este prezentata in figura 1.8. Fiecarui segment ii corespunde un terminal de comanda notat de la a la f. Toate terminalele de segment de la toate cele 6 afisoare 7 segmente sunt scurtcircuitate intre ele, respectiv. Aceasta conduce la reducerea numarului de terminale de comanda necesare driver-ului si a numarului de decodificatoare 7 segmente.

In figura 1.8, exista un singur driver pentru comanda celor 7 segmente a f ale fiecarui afisor, notat DRIVER 7 SEG (comandat de un decodificator 7 segmente) si 6 drivere (DRIVER DIGIT) care activeaza pe rand unul din cele 7 afisoare, sub comanda unui numarator-decodificator. Activarea afisoarelor se face succesiv si rapid sub comanda numarator-decodificatorului. Cand unul din cele 6 drivere este activat, decodificatorul 7 segmente activeaza segmentele dorite pentru formarea caracterului pe afisorul respectiv. Apoi se activeaza urmatorul driver iar decodificatorul 7 segmente va activa segmentele dorite pentru cel de-al doilea afisor, s.a.m.d. Acest mod de comanda se numeste comanda multiplexata. Vizualizarea cifrelor se bazeaza pe efectul stroboscopic: daca o imagine revine periodic in fata ochiului cu o frecventa superioara frecventei stroboscopice (15-20Hz), atunci ochiul uman nu sesizeaza imaginea cu intermitente ci o imagine stabila. Pentru a nu fi totusi obositoare pentru ochi, aceasta frecventa de multiplexare trebuie sa fie de 2-3 ori mai mare decat frecventa stroboscopica.