Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Анализ конструктивно - технологических, электрических свойств тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов и индикаторных устройств
1.1. Тонкоплёночные электролюминесцентные конденсаторы 10
1.2. Типы и конструкции тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов 13
1.3. Электрические характеристики тонкопленочных электролюминесцентных источников излучения 17
1.4. Светотехнические характеристики тонкопленочных электролюминесцентных структур 23
1.5. Методы и средства управления индикаторными устройствами
на основе тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов 25
1.6. Выводы и постановка задач исследований 33
Раздел 2. Электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах в схемах управления индикаторами 35
2.1. Электрические характеристики тонкопленочных структур при возбуждении электролюминесценции переменным напряжением 35
2.2. Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением в схемах управления 41
2.2.1. Электрические характеристики электролюминесцентных конденсаторов с последовательным сопротивлением при возбуждении симметричным пилообразным напряжением 44
2.2.2. Электрические характеристики электролюминесцентных конденсаторов с последовательным сопротивлением при возбуждении гармоническим напряжением 49
2.3. Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением и параллельно включенным конденсатором в схемах управления 51
2.3.1. Электрические характеристики электролюминесцентных конденсаторов с последовательным сопротивлением и параллельно включенным конденсатором при возбуждении симметричным пилообразным напряжением 54
2.3.2. Электрические характеристики электролюминесцентных конденсаторов с последовательным сопротивлением и параллельно включенным конденсатором при возбуждении гармоническим напряжением 58
2.4. Основные результаты и выводы 61
Раздел 3. Исследование электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов в электрических цепях схем управления 62
3.1. Схемотехническое моделирование электрических процессов в тонкопленочных электролюминесцентных индикаторных устройствах 62
3.1.1. Системы автоматизированного проектирования и моделирования аналоговых и цифровых устройств 63
3.1.2. Схемотехнический анализ индикаторных устройств на основе тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов с использованием программы Electronics Workbench 67
3.1.3. Моделирование электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов в электрических цепях 71
3.2. Исследование характеристик электрических схем замещения тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов 77
3.3. Экспериментальные исследования электрических и светотехнических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов 80
3.3.1. Получение и свойства тонкопленочных электролюминесцентных структур 80
3.3.2. Экспериментальные измерения электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов 82
3.3.3. Экспериментальные измерения светотехнических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов 84 3.4. Основные результаты и выводы 87
Раздел 4. Разработка устройств управления тонкопленочными электролюминесцентными панелями 88
4.1. Обобщенная структура индикаторного устройства на базе тонкопленочной электролюминесцентной панели 89
4.2. Методы и схемы управления матричными электролюминесцентными панелями 92
4.2.1. Классификация методов управления 92
4.2.2. Метод восстановления поля изображения 94
4.2.3. Метод смены полей изображения 98
4.3. Транзисторное устройство управления тонкопленочной
электролюминесцентной панелью 103
4.3.1. Работа схемы управления тонкопленочной электролюминесцентной панели в NP - поле изображения 105
4.3.2. Работа схемы управления тонкопленочной электролюминесцентной панелью в PN - поле изображения 110
4.4. Основные результаты и выводы 113
Заключение
Список используемых источников
- Типы и конструкции тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов
- Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением в схемах управления
- Системы автоматизированного проектирования и моделирования аналоговых и цифровых устройств
- Методы и схемы управления матричными электролюминесцентными панелями
Введение к работе
Актуальность проблемы. Индикаторные устройства, преобразующие электрические сигналы в видимое излучение заданного спектрального состава и пространственного распределения, являются основными частями современных средств отображения информации. К числу наиболее перспективных относятся индикаторные устройства на основе электролюминесцентных излучателей, которые занимают особое место среди активных индикаторных устройств, благодаря своей плоской твердотельной конструкции, высокому быстродействию, широкому диапазону рабочих температур, К достоинствам тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов относятся также высокие яркость, контрастность, разрешающая способность, радиационная стойкость, большой угол обзора и др. Благодаря перечисленным достоинствам, тонкопленочные электролюминесцентные индикаторные устройства находят широкое применение в средствах отображения информации.
К настоящему времени достигнуты значительные успехи в разработке и производстве индикаторов на основе тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов: определены материалы с требуемыми свойствами и разработаны конструкции и технологии получения элементов и устройств, методы контроля параметров материалов и источников излучения. Особенностью тонкопленочных электролюминесцентных излучателей является необходимость возбуждения электролюминесценции знакопеременным напряжение достаточно большой амплитуды для достижения в люминесцентном слое необходимого значения напряженности электрического поля. В связи с этим проводятся исследования электрических процессов в многослойных тонкопленочных излучающих структурах и разрабатываются высоковольтные генераторы переменного напряжения для управления индикаторными устройствами, в состав которых электролюминесцентные конденсаторы входят как элементы электрических цепей. Однако до сих пор в технической литературе отсутствуют сведения об электрических характеристиках тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов в схемах управления индикаторами, а в электротехнике не изучены переходные процессы в электрических цепях с нелинейными элементами. Для создания надежных и эффективных индикаторных устройств необходимо изучение электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов в составе схемы управления, влияние на них различных элементов электрической цепи и режимов возбуждения свечения, разработка схем управления индикаторами.
Цель и задачи исследований. Целью данной диссертационной работы являлось исследование электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов, как элементов электрической цепи в составе схемы управления индикаторными устройствами, для повышения быстродействия и снижения энергопотребления индикаторов.
Для достижения этой цели в ходе выполнения диссертационной работ были поставлены и решены следующие задачи.
1. Теоретический анализ переходных электрических процессов в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах в составе схемы управления с последовательным сопротивлением и параллельной емкостью при возбуждении знакопеременным симметричным, линейно изменяющимся и гармоническим напряжением.
2. Схемотехническое моделирование электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов с использованием программы проектирования электронных схем.
3. Изучение электрических процессов в экспериментальных схемах замещения тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов.
4. Экспериментальные исследования электрических процессов в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах.
5. Разработка электрических схем управления индикаторными устройствами на основе тонкопленочных электролюминесцентных копд.ейЬжауя в положения, выносимые на защиту. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов позволяют вынести на защиту следующие основные положения.
1. Анализ переходных электрических процессов в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением цепи и параллельно включенным конденсатором в схеме управления и полученные аналитические соотношения для падения напряжения на электролюминесцентном конденсаторе и тока через него при возбуждении знакопеременным симметричным, линейно изменяющимся и гармоническим напряжением позволяют определить требования к значениям параметров элементов цепи управления индикаторами на основе тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов.
2. Результаты проведенных экспериментальных исследований, численного и натурного моделирования показали возможность описания электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов с использованием схем замещения.
3. Экспериментальные исследования влияния последовательного сопротивления цепи на светотехнические характеристики тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов и результаты моделирования позволяют предложить рекомендации для согласования параметров схемы управления и светоизлучающих элементов на основе тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов.
4. Разработанные на основе проведенных исследований устройства управления индикаторными панелями на основе тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов позволяют создавать средства отображения информации с высокими значениями функциональных параметров.
Научная новизна. Впервые детально исследованы характеристики тонкопленочных электролюминесцентных индикаторных устройств как элементов электрических цепей и эффективность их возбуждения при использовании знакопеременного напряжения. При этом получены следующие новые научные результаты.
1. На основе теории нелинейных электрических цепей разработан математический аппарат исследования электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных индикаторных элементов при различных условиях возбуждения индикаторных устройств;
2. На основе результатов исследований, схем замещения тонкопленочных источников излучения, и проведенных на математической модели вычислительных экспериментов обнаружены общие закономерности переходных электрических процессов в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов в схемах управления индикаторными устройствами; 3. Впервые проведены экспериментальные исследования электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов и макетов их схем замещения с учетов влияния параметров схемы управления;
4. На основе результатов исследований предложены устройства управления электролгоминесцентными индикаторными панелями с улучшенными техническими показателями, необходимые для создания эффективных средств отображения информации.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в следующем:
1. Анализ переходных электрических процессов в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением цепи и параллельно включенным конденсатором в схеме управления и полученные аналитические соотношения для падения напряжения на электролюминесцентном конденсаторе и тока через него при возбуждении знакопеременным симметричным, линейно изменяющимся и гармоническим напряжением позволяют определить требования к значениям параметров элементов цепи управления индикаторами на основе тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов.
2. Математические модели тонкопленочных конденсаторов и элементов электролюминесцентных панелей и соответствующие алгоритмы и программы могут быть непосредственно использованы в лабораториях и конструкторских бюро, занимающихся проектированием и исследованием электролюминесцентных источников излучения.
3. Полученные аналитические соотношения для электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов применимы для разработки методик производственного контроля и расчета значений функциональных параметров, характеризующих свойства тонкопленочных электролюминесцентных элементов и индикаторных приборов.
4. Определенные по данным теоретических и экспериментальных исследований и по результатам математического моделирования рекомендации по выбору способов, режимов и средств управления электролюминесцентными излучателями обеспечивают требуемые значения параметров индикаторных устройств. 5. Предложенная схема создания изображения на матричных индикаторных устройствах повышает эффективность разрабатываемых средств отображения информации за счет снижения их энергопотребления и времени сканирования строки.
Личный вклад, В диссертации изложены результаты работ, которые были выполнены соискателем лично под научным руководством профессора Самохвал ова М.К.. Автор разрабатывал методики исследований, проводил теоретические расчеты и эксперименты, осуществлял обработку, анализ и обобщение получаемых результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 3-й Всероссийской научно-практической конференции (с участием стран СНГ) (Ульяновск, 2001 г.), 6-й Военной научно-технической конференции, посвященной 40-летию 29 Испытательного полигона МО РФ (Ульяновск, 2001 г.), 4-й и 6-й школы семинара «Актуальные проблемы физической и функциональной электроники» (Ульяновск, 2001 г., 2003 г.), 5-й Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2002 г.), Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (Ульяновск, 2003), а также на ежегодных научно-технических конференциях УлГТУ в 2002-2004 гг.
Публикации. Содержание работы изложено в 13 печатных работах, в том числе в 6 статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка используемых источников. Она изложена на 126 листах, содержит 38 рисунков и 5 таблиц. Библиографический список содержит 90 наименований.
Типы и конструкции тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов
Типы и конструкции тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов различаются составом и пространственным расположением слоев тонкопленочных структур, конфигурацией и взаимным расположением электродов, обусловленных требованиями к назначению и функциональным характеристикам индикаторных устройств [6, 7, 10].
Наиболее типичная конструкция электролюминесцентных конденсаторов содержит пять слоев, нанесенных на диэлектрическую подложку: проводящий нижний, диэлектрический нижний, люминесцентный, верхний диэлектрический, верхний проводящий (рис. 1.1.). Толщина пленок проводников составляет 0.1 - 0.2 мкм, диэлектрических пленок - 0.2 - 0.5 мкм и пленок люминофора - 0.6 - 1.5 мкм. При этом состав материала и толщина верхних и нижних диэлектрических и проводящих слоев могут быть различными. Подобная тонкопленочная светоизлучающая система обладает высокими значениями функциональных параметров и высокой надежностью. Впервые представленные в 1974 году фирмой "Sharp" промышленные тонкопленочные электролюминесцентные экраны имели наработку на отказ около 20.000 часов, современные плоские индикаторы имеют долговечность свыше 100.000 часов [3].
Кроме указанной конструкции разработаны и исследованы другие типы источников излучения, имеющих меньшее число диэлектрических слоев [9] (рис. 1.2.).
К достоинствам индикаторных устройств таких типов относятся, как правило, меньшие значения управляющего напряжения, а к недостаткам - более низкая яркость и светоотдача, меньшая надежность. В частности, структуры типа проводник - люминофор - проводник обладают яркостью, на порядок меньшей яркости излучателей типа проводник - диэлектрик - люминофор -диэлектрик - проводник, пробой люминофора и выгорание электродов у них происходит при напряжениях чуть больше порогового значения [9]. Поэтому тонкопленочные светоизлучающие устройства, в которых люминесцентный слой не изолирован от обоих электродов, не нашли широкого практического применения.
Выпускаемые промышленные тонкопленочные электролюминесцентные индикаторы изготавливаются на прозрачных стеклянных подложках, через которые происходит выход излучения. Поэтому нижние электроды, расположенные на подложке, должны обладать высокой прозрачностью. Верхние электроды могут быть как прозрачными, так и непрозрачными металлическими [10].
Если же подложкой является непрозрачная керамическая или ситалло-вая пластина, то прозрачными должны быть верхние электроды, через которые производится вывод излучения. Однако для таких индикаторов требуется защита и герметизация прозрачным покрытием, и оптические потери в нем больше, а надежность работы меньше, чем для типичных тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов на стеклянной подложке. Одним из конструктивных решений тонкопленочных индикаторов является светоизлу-чающая структура, в которой подложка выполняет функции диэлектрического слоя [12] (рис. 1.2.). В таких структурах в качестве материала диэлектрической подложки используется сегнетоэлектрическая керамика с высокой диэлектрической проницаемостью. Данная конструкция излучателя также обладает вышеуказанными недостатками, а также имеет более низкую разрешающую способность вследствие значительной паразитной емкости между соседними светоизлучающими ячейками в плоских экранах.
В тонкопленочных структурах, представленных на рис. 1.1. и 1.2., диэлектрические и люминесцентные слои могут состоять из двух или даже трех пленок различного состава [10], Двухслойные диэлектрики используются для улучшения изолирующих свойств: повышению устойчивости к электрическому пробою и снижению потерь, а также для увеличения инжектирующей способности границы раздела люминофор - диэлектрик. В многослойных люминесцентных слоях используются пленки сульфида цинка с различной величиной проводимости, связанной с легированием разными примесями, пленок се-ленида цинка и других полупроводников [3]. Целью данных конструктивных решений является повышение эффективности возбуждения люминесценции и увеличения яркости и светоотдачи индикаторов.
Область светящегося поля индикатора определяется размерами, формой и взаимным расположением верхних и нижних электродов, свечение люминофора возникает в местах пересечения этих электродов в плоскости поверхности индикаторов [4, 5]. В зависимости от формы и расположения светоиз-лучающих элементов различают мнемонические, знаковые, шкальные и матричные индикаторы. Мнемонические индикаторные устройства показывают светящиеся фигуры простой или сложной формы. Знаковые индикаторы высвечивают различные буквы, цифры и другие символы. Шкальные индикаторы обычно используются в измерительных приборах для непрерывной регистрации уровня сигнала. Матричные индикаторные устройства являются наиболее сложными и позволяют отображать самую различную информацию. Наиболее высокие требования предъявляются к матричным индикаторам большого формата, или экранам, предназначенным для отображения динамической информации на статическом фоне. Свечение элементов (пикселей) возникает, когда на пересекающиеся строки и столбцы подается возбуждающее напряжение.
Разрешающая способность тонкопленочных электролюминесцентных экранов, определенная как максимальное количество различных элементов информации на линейный размер, обуславливается минимальными размерами светящихся пикселей и минимальным расстоянием между соседними элементами. Минимальные размеры ограничиваются возможностями тонкопленочной технологии, в частности процессов фотолитографии, и для используемых тонкопленочных электролюминесцентных экранов эти величины составляют 10- 100 мкм.
Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением в схемах управления
При возбуждении электролюминесценции в тонкопленочном конденсаторе знакопеременным симметричным, пилообразным напряжением скорость изменения напряжения постоянна по величине a = dV/dt = const. Значение скорости развертки определяется амплитудой VA и периодом Т (частотой f) изменения напряжения a = VA/(T/4) = 4VA/T . Для начального состояния (t = 0) были заданы условия: V = at, V(0) = 0, Vc = 0, J = 0. Тогда решение уравнения (2Л2) для напряжения и тока имеет следующий вид: Vc = V-aRC(l-et/RC), J = CdVc/dt = CdV/dt(l - e/RC). (2.14)
Для t» RC - J = CdV/dt = aC. Распределение напряжения Vc между слоями диэлектрика и люминофора на этом участке роста напряжения определяется значениями емкостей Со и Со VD(t) = Vc(t) C/CD , VL(t) = Vc(t)C/Cb где С = (CD 1 + CL"1) 1 - емкость тонкопленочного электролюминесцентного конденсатора.
Данное решение используется для описания электрических характеристик, когда напряжение на электролюминесцентном конденсаторе не превышает порогового значения VCT = VLTCJC = ELT ад/С, (2.15) где VLT и ELT - пороговое напряжение и пороговое поле, определяемые свойствами люминофора, dL - толщина люминесцентной пленки. Соответствующее значение внешнего порогового напряжения равно VT = VCT + JR = Vcr + aRC, (2.16) если t» RC. Когда напряжение превышает пороговое значение, решение уравнения (2.13) принимает вид: Vc = V - aRCD + aR(CD - C)exp(-(tT)/RCD), J = aCD [1 - (CD - C)/CD x exp(-(tT)/RCD)]. (2.17)
Этот ток является зарядным током для конденсатора Со и активным током в слое люминофора, обуславливающим возбуждение свечения в люминесцентном слое.
Когда Vc VCTJ напряжение на слое люминофора остается постоянным VL = VLT, что обеспечивается открытым состоянием шунтирующего стабилитрона. В этом случае рост напряжения Vc полностью определяется приращением напряжения на диэлектрических слоях. VD(t) = Vc(t) - VLT или VD = V - VLT - aRCD + aR(CD-C) exp (-(tT)/RCD) Если t - tT » RCD, то J = aCD для t - tT T/4, где T - период изменения напряжения. Для амплитудного значения приложенного напряжения V = VA, когда t = T/4,Vc=VA-aRCD. Когда Т/4 t ЗТ/4, V = VA - a(t - Т/4), т.е. dV/dt = - а, Vc = V + aRC - aR(CD + С) є , J = - аС (1 - (CD + C)/C) єшс. (2.18) Таким образом, в этой части периода изменения внешнего напряжения Vc V для V 0 и Vc V для Vc 0.
Величина напряжения на обкладках конденсатора при уменьшении внешнего напряжения некоторое время увеличивается выше значения VCA = V - aRCD. Максимальное значение напряжения, на обкладках конденсатора определяется из условия dVc/dt - 0, т.е. J = 0, и составляет VCM - VA -aRC ln(l + CD/C) для VM = VCM = VA - aRC ln(l + CD/C), т.е. для tM - T/4 = RCln (1 + CD/C). Величина напряжения VCM ограничивается значением пробивного напряжения диэлектрических слоев Vonp, т.е. максимальное напряжение на слоях диэлектрика VDM = VCM - VLT должно быть меньше Vonp = EDnp dD, где ЕОПР и dD -электрическая прочность и толщина диэлектрика, соответственно это требование ограничивает амплитудное значение возбуждающего напряжения. Значение тока изменяется от J = CD dV/dt для t = Т/4 до J= - CdV/dt для t - Т/4 » RC.
Режим квазистационарного экранирования люминофора продолжается до достижения максимального значения напряжения на обкладках электролюминесцентного конденсатора VCM - VL = VLT, после достижения времени tm начинается уменьшение напряжения на слоях люминофора и диэлектрика в соответствии с соотношением (2.18) вследствие того, что стабилитрон переходит в закрытое состояние.
Напряжение переключения для этой части периода изменения напряжения VP = Vj, вследствие заряда конденсатора Со в предыдущей части изменения напряжения [42]
Системы автоматизированного проектирования и моделирования аналоговых и цифровых устройств
Система PSPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) разработана в начале 70-х годов и предназначалась для анализа аналоговых электронных схем. К началу 80-х годов она не имела модулей для выполнения оптимизации, статистического анализа и анализа на наихудший случай [47] .Первая версия программы PSPICE , предназначенная для работы на персональной ЭВМ, была выпущена в 1984 году. При помощи этой программы дополнительно можно было рассчитывать спектральные плотности внутренних шумов. Начиная с четвертой версии, выпущенной в 1989г., программа позволяет моделировать аналоговые, цифровые и аналого-цифровые схемы. Пятая версия и ее модификация PSPICE 5.1, 5.2, 5.3, выпущены в начале 90-х годов. Эта версия включает графический постпроцессор PROBE, позволяющий представлять результаты анализа в графической форме, редактор входных сигналов StmEd, программу расчета математических моделей и компонентов Parts, управляющую оболочку Shell. После версии 5.3 программа допускает как текстовый, так и графический ввод принципиальных схем.
В версии 6.3 и предшествующих ей версиях отсутствует статистический анализ, анализ наихудшего случая, учет задержек распространения, отсутствует интерфейс с редактором входных сигналов STMED и программой идентификации параметров математических моделей PARTS, нет целевых функций в программе PROBE. Существует упрощенный вариант программы PSPICE A / D Basics + для анализа аналого - цифровых устройств при ограниченных возможностях программы [48].
Система Micro - Сар Система схемотехнического моделирования Micro - Сар фирмы Spectrum Software развивалась так: Micro - Сар I (1982), Micro - Сар II (1984), III (1988), IV (1992), V (1995). Вторая версия программы Micro - Сар V выпущена в августе 1997 г. [49]. Последняя версия программы работает под управлением Windows 95/NT/98. В отличие от системы PSPICE, Micro - Сар имеет более удобный интерфейс с обширной справочной системой. Надписи на всех этапах проектирования поддерживают кириллицу. Система позволяет анализировать аналоговые, цифровые и аналого-цифровые схемы, выполняет графический и текстовый ввод схемы, используя при этом формат SPICE. При помощи программы выполняется анализ статического (DC), переходного (transient) и частотного (АС) режимов работы схем, Фурье - анализ, расчет шумов, спектров, статистический анализ по методу Монте - Карло и расчет наихудшего случая, учет задержек распространения сигналов в цифровых устройствах. Анализ может выполняться при заданном значении температуры окружающей среды. Включает модуль MODEL для расчета параметров моделей аналоговых компонентов и модуль PROBE для графического отображения результатов анализа, имеет редактор схем, компонентов, моделей, форм. Библиотека системы включает до 10 000 моделей электрорадиоэлементов. Ввод сложных принципиальных схем осуществляется многостраничным графическим редактором, поддерживающим иерархические структуры. Позволяет моделировать динамические системы, заданные не только принципиальными, но и функциональными схемами, передаточные функции которых заданы в операторной форме. В формате PSPICE программа читает и сохраняет текстовые файлы описания схем и задания на моделирование, библиотеки математических моделей и отсчеты цифровых сигналов. Micro - Сар занимает 67,6 Мбайт памяти на жестком диске. Аппаратно - инструментальный комплекс LabView
Система LabView фирмы National Instruments Corp. является аппаратно -инструментальным комплексом [50]. Позволяет проводить проектирование и исследование объектов (систем), заданных в виде блок - схем. В этом язык программирования задания похож на языки объектно-ориентированного программирования, как Delphi и Visual Basic. Имеет обширные библиотеки модульных элементов (DLL). Блок - схема является графическим отображением исследуемого устройства, а также исходным кодом реализации виртуального прибора. Система позволяет осуществлять функции многих электроизмерительных приборов различного назначения, а также прием и обработку результатов измерений от реальных физических объектов. Версия программы LabView v.5.1 включает ряд новых возможностей. Благодаря новой архитектуре можно создавать модули меньших размеров и лучше использовать память. Появилась возможность опубликования передней панели виртуальных приборов на страницах WEB. Новая технология DataSocet позволяет быстро распределять данные среди различных Internet - приложений. Вследствие применения технологии ActiveX (Com) появилась возможность полнее использовать математические и диалоговые средства пакетов MathLAB фирмы MathWorks и HiQ фирмы National Instruments. Может работать под управлением Windows 95/NT/98, UNIX, Power Macintosh.
Программа ELECTRONICS WORKBENCH ffiWB)
Программа проектирования электронных схем Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies Ltd., позволяет моделировать аналоговые, простые цифровые и аналого - цифровые схемы электронных устройств, устройств автоматики, электромеханических устройств (двигатели постоянного тока), а также схем, состоящих из функциональных блоков с заданными передаточными функциями [51], Программа позволяет выполнять разработку печатных плат при помощи программы EWB Layout, входящей в комплект; имеется обширная библиотека моделей аналоговых и цифровых устройств, включая модели интегральных схем и полевых транзисторов и удобный интерфейс в виде системы расширяющихся меню. При этом основные пункты меню имеют всплывающие пояснения их назначения. Позволяет создавать и редактировать принципиальную схему, подключать измерительные приборы и выполнять указанные виды анализа. Возможность подключения в схему измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам, приближающимся к промышленным образцам, является одной из отличительных особенностей программы. В качестве контрольно - измерительных приборов можно использовать мультиметр, осциллограф, измеритель АЧХ и ФЧХ, логический анализатор, логаческий преобразователь, генератор слова, функциональный генератор.
Методы и схемы управления матричными электролюминесцентными панелями
С помощью синхронизирующего сигнала "Синхр" регистр RS формирует сигналы, управляющие включением МОП транзисторов SS, соединенных с соответствующей строкой тонкопленочной электролюминесцентной панели. Данные об участвующих в изображении столбцах вводятся в сдвиговый регистр RD последовательным кодом, а затем выдаются одновременно на МОП транзисторы драйвера столбцов SD. Один кадр изображения формируется за Зт + 1 временных интервала, причем первые три периода - заряда (Ті), разряда/модуляции (Т2.1 и Т22) и записи (Т3), - повторяются последовательно для всех строк экрана, после чего, в четвертый период, производится "восстановление" поля изображения.
Управление свечением индикаторного элемента осуществляется следующим образом. В течение первого периода заряжаются все емкостные электролюминесцентные элементы тонкопленочной матрицы до напряжения, равного половине напряжения модуляции Vm /2. После заряда индикаторного элемента соединенные с не участвующими в формировании изображения столбцами, разряжаются до 0, а затем перезаряжаются до того же значения Vm /2 противоположной полярности. В период записи транзисторы драйвера строк коммутируют сканируемый электрод таким образом, чтобы разность потенциалов на выводах выбранных индикаторных элементах составляла Vw + Vm/2, а на невыбранных равнялась Vw - Vn/2. Так как значение Vw + Vm /2 превышает пороговый уровень электролюминесценции Vth, то этот индикаторный элемент излучает свет; невыбранный индикаторный элемент на сканируемой строке остается в выключенном состоянии, поскольку (Vw-Vm/2) Vth[72-76].
Следует отметить, что напряжение записи Vw подается не непосредственно на сканируемый электрод, а через подключенные к соседним строкам тонкопленочные электролюминесцентные конденсаторы, тем самым возбуждение индикаторного элемента знакопеременным напряжением и формирование обоих полей изображения производится с использованием источника напряжения записи постоянной амплитуды только одной полярности. Импульс восстановления Vr, равный по амплитуде и противоположный по знаку напряжению записи Vw, прикладывается сразу ко всем строкам панели по окончании цикла их сканирования. Напряжение чании цикла их сканирования. Напряжение восстановления, накладываясь на напряжение, обусловленное поляризацией выбранных в первом поле индикаторных элементов, приводит к их повторному высвечиванию. Происходит восстановление поля изображения, имевшего место при сканировании строк, а формирование второго поля реализуется приложением ко всем строкам импульса восстановления Vr.
В таблице 4.1. указаны состояния транзисторов SS и SD, входящих соответственно в драйверы строк и столбцов, а также потенциалы электродов и напряжения на индикаторном элементе за время формирования одного кадра. Из таблицы видно, что разности потенциалов на выводах индикаторных элементов всех четырех групп, о которых говорилось ранее, постоянны во всех кадрах при сканировании всех строк панели вне зависимости от числа выбранных на электроде пикселей, причем значения напряжений на невыбран-ных индикаторных элементах всегда ниже порогового уровня.
Поэтому рассмотренный вариант метода восстановления поля относится также к группе методов с фиксированными уровнями напряжения.
Бесспорное достоинство всех методов управления тонкопленочными электролюминесцентными панелями с фиксированными уровнями напряжений - это отсутствие эффекта поджига, поэтому требования к крутизне вольт -яркостной характеристике могут быть менее жесткими. Основной их недостаток - повышенное энергопотребление вследствие введения дополнительных периодов (предварительного заряда и разряда / модуляции), на долю которых приходится до 70 % от общей потребляемой экраном мощности. Поэтому одна из наиболее важных задач разработки схем управления с фиксированными уровнями - это снижение потребляемой тонкопленочной электролюминесцентной панелью мощности от источника напряжения модуляции за время заряда и перезаряда без существенного усложнения схемы и алгоритма работы. Одним из способов решения этой задачи является ступенчатая подача напряжения модуляции на емкостные элементы [76]. Если их заряд и перезаряд до напряжения Vm /2 производить в два этапа - сначала до Vm /4, а только после этого до Vm 12, то энергопотребление в этих периодах снизится на 25 %. Кроме того, можно предусмотреть и ступенчатую подачу напряжения записи (вначале Vw /2, а затем Vw) [67].
Гораздо более жесткие требования к вольт - яркостной характеристике тонкопленочного электролюминесцентного конденсатора предъявляются при управлении панелью по методу восстановления поля с произвольными уровнями [78]. В этом случае напряжения на невыбранных индикаторных элементах различных групп изменяются от кадра к кадру и от строки к строке в зависимости от числа пикселей, формирующих изображение. Если крутизна вольт -яркостной характеристики мала, то поджиг невыбранных элементов может быть весьма заметным. Достоинство этого метода - простой алгоритм получения изображения, заключающийся в том, что напряжение записи Vw прикладывается последовательно к каждому электроду сканирования с одновременной подачей на необходимые электроды данных (столбцы) противоположного по знаку напряжения модуляции Vm. Разность потенциалов на выводах выбранных индикаторных элементов составляет Vw + Vm, что превышает пороговое напряжение Vth, и эти элементы светятся. После сканирования всех строк на них поступает напряжение восстановления Vr = - (Vw + V, , в результате чего выбранные в первом поле индикаторные элементы еще раз загораются, как и в методе восстановления поля с фиксированными уровнями.
Существенный недостаток всех методов восстановления поля заключается в том, что форма напряжений положительной и отрицательной полярностей, прикладываемых к индикаторным элементам, несимметрична на протяжении всего времени управления, в том числе в период модуляции, отчего происходит деградация электролюминесцентного слоя вследствие поляризации и снижение срока службы панели. Этот недостаток полностью устраняется при управлении тонкопленочной электролюминесцентной панелью по методу смены полей.
