Создавая цифровой частотомер, многие из вас будут впервые собирать устройства, показывающие некую информацию в виде цифр. Поэтому ознакомимся с деталями и схемными решениями, осуществляющими это. Начнем с деталей. Существует 4 основные и наиболее применяемые группы цифровых индикаторов.
1. Газоразрядные (неоновые) индикаторы
Основаны на том, что при некоторых условиях свечение разреженного газа при тлеющем разряде сосредоточено около отрицательного электрода. Такие индикаторы вы легко отличите от любых других по виду. Изображение формируется не всем известными семью сегментами и не матрицей, а металлическими электродами, имеющими форму требуемой цифры или иного символа. Хоть греческого алфавита - были и такие.
Цифры расположены одна за другой с таким расчетом, чтобы по возможности они не закрывали друг друга - 1 спереди, 8 - сзади. Если учесть, что светится не сам электрод, а некое пространство вокруг него, то всё хорошо видно. Общим положительным электродом является расположенная спереди всех цифр металлическая сетка - анод.
Схема включения очень проста - анод подключается к плюсу источника напряжения 150 - 200 вольт через токоограничивающий резистор сопротивлением 100 -240 кОм (эти величины зависят от размеров индикатора). Какую цифру соединим с минусом - такая и засветится.
Однако, несмотря на известные эстетические достоинства таких индикаторов (сейчас даже стали снова модными электронные часы с ними), мы их применять не станем. Неудобное и опасное питающее напряжение, ограниченная долговечность и надежность. Не очень-то надежны и высоковольтные транзисторы в микросхемах для управления такими индикаторами. Поэтому поищем что-то более современное.
2. Вакуумные индикаторы.
Даже внимательным читателям канала, возможно, уже подзабылись эксперименты с радиолампами прямого накала. А ведь эти индикаторы как раз и представляют собой подобный прибор. В вакуумном баллоне ближе к наблюдателю протянута одна или несколько нитей накала с покрытием, обеспечивающим хорошую эмиссию электронов. Далее идет сетка, а за ней - катоды в форме сегментов цифрового индикатора или же любых других символов, которые нам надо отображать. Они покрыты люминофором, светящимся под действием электронной бомбардировки.
Схема включения такова. Во-первых, нам нужен отдельный источник накала. Его напряжение составляет от 0,7 В до 3 В. Меньшие величины относятся к одноразрядным цифровым индикаторам, большие - к многоразрядным или же многофункциональным дисплеям магнитофонов, музыкальных центров и т.д. Накал можно осуществлять как постоянным, так и переменным током. Катоды прямого накала намного экономичнее косвенного накала в большинстве радиоламп. Потребляют несколько десятков миллиампер, так что вполне приемлемы и для устройств с батарейным питанием. Один из концов нити накала подключается также и к общему проводу устройства. (самый шикарный вариант с точки зрения долговечности катода - к общему проводу подключается середина накальной обмотки).
Нормальный режим и яркость свечения получаются при анодном напряжении в 9 В для одноразрядных индикаторов и около 27 В - для более сложных.
Но данные индикаторы еще круче. Они представляют собой лампу-триод, то есть имеют еще и сетку. Сетка расположена практически посредине между катодом и анодами, так что усиления на ней не получишь (сам проверял))). По этой же причине, ее не надо запирать отрицательным смещением. Логика такая: при нулевом напряжении на сетке индикатор погашен, а если подать на сетку положительное напряжение, близкое к анодному - горит.
Недостатки понятны. Необходимость иметь источники накального и повышенного анодного напряжения. Как и любая радиолампа, такой индикатор имеет ограниченную долговечность. После нескольких тысяч часов наработки из-за снижения эмиссионной способности катода (а также из-за деградации люминофора под действием электронной бомбардировки) яркость индикатора снижается. Сильный удар, особенно в работающем состоянии, может оборвать нить накала или привести к разгерметизации стеклянного баллона. Все же такие индикаторы достаточно доступны и, на вкус автора, приятны для глаза. Так что после описания всего прибора я планирую дополнительную статью, как выполнить индикацию именно на таком приборе. Но изначально ориентироваться будем на следующий тип.
3. Светодиодные индикаторы.
Никаких хлопот с подключением и долговечностью! Ведь эти индикаторы - не более, чем набор обычных светодиодов. А как рассчитывать их включение мы уже рассказывали в одной старой статье. Так что по одному токоограничивающему резистору на каждый сегмент - вот и все хлопоты.
Итак,7 сегментов и запятая. Итого 8 светодиодов и 16 выводов. Вроде бы не проблема вывести каждый отдельно - расположение выводов таких индикаторов унифицированное с микросхемами, а среди них 16-выводных - навалом. Но все-таки обычно так не делают. Одни из одноименных выводов всех диодов соединяют вместе. Поэтому такие цифровые индикаторы бывают с общим катодом и общим анодом. Общий провод на всякий случай выводят обычно на 2 ножки.
Сразу скажем, что нам для частотомера удобнее индикаторы с общим катодом (схема сверху). Приятнее для глаза индикаторы с зеленым или желтым свечением. Впрочем, дело вкуса.
Недостатки у светодиодных индикаторов все же имеются. У многоразрядных индикаторов может набежать огромный ток потребления - сотни мА. А резкое одновременное переключение режимов, например при сбросе или гашении, может создать большую встряску цепей питания и сбой цифровых устройств.
Кроме того, поверхности сегментов сами по себе довольно светлые. При дневном свете вам может быть трудно различать светящиеся и несветящиеся элементы знаков. Так что закройте отверстие индикатора в лицевой панели прибора оргстеклом соответствующего цвета или затяните тканью от черных женских колготок.
4. Жидкокристаллические индикаторы.
Появились позднее прочих, но сейчас мы на них смотрим постоянно. Рекордсмены экономичности. Если вам нужно что-то, годами показывающее какую-то информацию, питаясь от крошечной батарейки, то вам - сюда. Происходит это поскольку такие индикаторы в отличие от предыдущих типов только меняют прозрачность, а не излучают световую энергию. То, что такой индикатор светится в вашем телефоне - дело рук специальной подсветки, отдельной от собственно индикатора.
Использовать их непросто. Их нельзя питать постоянным током, так как это приведет к электролизу и химическому разложению жидких кристаллов. Только дергать переменным током. Не все микросхемы индикации поддерживают подобные режимы. Впрочем, это только отсрочка. Срок службы таких индикаторов велик, но не безграничен. Особенно для сделанных по старым советским технологиям. Так что через несколько лет на них станут появляться разрастающиеся черные пятна.
Среди жидкокристаллических индикаторов очень мало с металлическими выводами под пайку. Обычно их выводы - крошечные площадки полупрозрачной металлизации на стекле. Соединяются со схемой гребенкой из токопроводящей резины, прижимаемой к точно соответствующим им дорожкам на плате. А ввиду своей экономичности такие индикаторы чувствительны к токопроводящим загрязнениям на плате - остаткам флюса, конденсации влаги. В общем, вариант не для слабо оснащенного начинающего радиомастера. Мы на них ориентироваться не будем.
Однако, чтобы индикатор выдавал осмысленную цифровую информацию, вам надо будет также познакомиться с некоторыми деталями и схемными решениями. Но об этом - в следующий раз.
