P O D Z E S P O A
Y
W związku z dułym zainteresowaniem jaki wywołał artykuł na temat moduł�w
wyświetlaczy VFD, zdecydowałem kontynuowaĘ temat.
Tym razem si�gnąłem jednak nie po gotowe moduły wyświetlaczy z wbudowanym
kontrolerem, lecz po same wyświetlacze, rzec by mołna �nagiej lampy�, bez ładnego
sterownika.
W tym miejscu chciałbym podzi�kowaĘ r�wnieł firmie Futaba, jednemu z najwi�kszych
producent�w wyświetlaczy VFD, za udost�pnienie pr�bek wyświetlaczy 7-LT-109 do test�w.
Aplikacja powstała bardziej z myślą o tych wszystkich, kt�rzy zastanawiają si� w jaki
spos�b ułyĘ posiadanego VFD nił jako kit oferowany dla elektronik�w amator�w.
Wyświetlacze VFD od podstaw,
część 1
Zasilanie wyświetlacza VFD
Na początku przypomn� najwałniej-
sze moim zdaniem szczeg�ły, kt�re
pozwolą zrozumieĘ zjawiska fizyczne
zachodzące w wyświetlaczach VFD.
Wyświetlacz VFD to rodzaj tr�j-
elektrodowej lampy pr�łniowej. Ty-
powo zbudowany jest z anody wyko-
nanej na przykład z grafitu, pokrytej
substancją b�dącą związkiem fosforu
i zwaną luminoforem. Nad anodą
umieszczona jest siatka oraz bezpo-
średnio łarzona katoda (brak jest
osobnego łarnika - drut łarnika peł-
ni jednocześnie funkcj� katody - rys.
1). Elektrony zgromadzone wok�ł ka-
tody, wybite ze swych orbit na sku-
tek jej bardzo wysokiej temperatury,
są przyspieszane w kierunku anody
przez dodatnie napi�cie na siatce.
Elektrony bombardujące anod� są po-
wodem świecenia luminoforu.
Obecnie wytwarzane są wyświetla-
cze o r�łnych kolorach świecenia,
zalełnych od rodzaju ułytego lumi-
noforu. Najpopularniejsze są te, o ko-
lorze zielonym ale mołna r�wnieł
spotkaĘ si� z kolorem świecenia
białym, pomara�czowym lub niebies-
kim.
Rys. 2. Sekwencja załączenia seg-
Rys. 1. Uproszczony schemat budowy wyświetlacza VFD mentu wyświetlacza VFD
Elektronika Praktyczna 4/2004
77
P O D Z E S P O A
Y
Napi�cie siatki r�łnych metod jego wytwarzania, do
Segment wyświetlacza VFD świeci, kt�rych przystosowana jest wi�kszośĘ
gdy przyłołone jest napi�cie łarzenia wyświetlaczy VFD. Do analizy wyst�-
o odpowiedniej wartości, przyłołone jest pujących zjawisk musimy przypo-
dodatnie napi�cie anodowe oraz dodat- mnieĘ sobie fakt, łe łarnik to bardzo
nie napi�cie siatki. W praktyce nie wy- długi drut oporowy rozciągni�ty
twarza si� osobnych �r�deł napi�cia za- ponad segmentami VFD pełniący jed-
silającego dla siatki oraz dla anody. nocześnie rol� katody. Producenci sto-
Najcz�ściej napi�cie siatki jest r�wne sują r�wnoległe połączenie kilku dru-
Rys. 3. Regulacja jasności świece-
napi�ciu anodowemu. Mołna oczywiście t�w w celu zapewnienia r�wnomier-
nia wyświetlacza VFD
zmieniaĘ wartośĘ napi�cia anodowego ności świecenia całego znaku.
w celu regulacji jasności świecenia, jed-
Wyświetlacz VFD charakteryzuje si� nak najcz�ściej stosowane jest rozwiąza- �arnik zasilany napi�ciem
bardzo dobrą widocznością wyświetla- nie, w kt�rym jasnośĘ świecenia VFD stałym
nych znak�w. Są one doskonale czy- regulowana jest za pomocą zmiany cza- Rzadko stosowaną techniką jest zasi-
telne nawet w złych warunkach su załączenia świecenia segmentu. Za- lanie łarnika napi�ciem stałym. W prak-
oświetlenia. Dodatkowo jest mołliwa sad� t� zilustrowano na rys. 2. Jest to tyce rozwiązanie te stosowane jest dla
regulacja jasności świecenia znak�w. uzasadnione zar�wno od strony ekono- bardzo małych wyświetlaczy o niewiel-
Jest ona realizowana bąd� to przez micznej (ta�sze �r�dło napi�cia) jak teł kich znakach. Z kilku stosowanych
zmian� wartości napi�cia anodowego, zbiełne z zasadami działania kontrole- przez mnie modeli r�łnych firm tylko
bąd� to przez zmian� czasu świecenia r�w wyświetlaczy. Przy okazji opisu jeden, bardzo stary, uływał tego rodza-
znaku (PWM). B�dzie o tym mowa cech charakterystycznych dla napi�cia ju napi�cia łarzenia. Rozwiązanie to
w dalszej cz�ści artykułu. Wadą tego siatki jedna bardzo wałna uwaga. Sek- wydaje si� wi�c zanikaĘ aczkolwiek jest
rodzaju wyświetlacza jest bardzo duły wencja załączająca wyświetlacza, pod bardzo wygodne w stosowaniu. Na rys.
pob�r energii, kt�ry praktycznie umoł- gro�bą uszkodzenia drivera wyjściowego, 4 ukazano symboliczny układ połącze�.
liwia stosowanie go jedynie w urzą- powinna wyglądaĘ tak, jak przedstawio- �arnik b�dący jednocześnie katodą,
dzeniach stacjonarnych, zasilanych no to na rys. 2: przy załączeniu świe- jest wykonany z drutu oporowego.
z sieci energetycznej. Energia prądu za- cenia jako pierwsze musi byĘ przyłoło- Zmiana rezystancji takiego drutu jest
silającego konsumowana jest gł�wnie ne napi�cie siatki, dopiero p��niej mo- stała na jednostk� długości i przez to
przez łarnik, kt�ry w bardzo dułym łe si� pojawiĘ napi�cie anodowe. Od- rozkład potencjału jest liniowy, wzdłuł
wyświetlaczu pobiera nawet i 20 W. wrotnie post�pujemy gasząc segment: całego łarnika: najwyłszy od strony
najpierw musi zostaĘ odłączone napi�- przyłołenia napi�cia dodatniego (prawa
Napi�cie anodowe cie siatki dopiero p��niej wolno nam strona rysunku), najniłszy od strony
WartośĘ napi�cia anodowego jak wyłączyĘ napi�cie anodowe. podłączenia potencjału ziemi. Dla sze-
i maksymalnego prądu dla pojedyn- rokich p�l odczytowych owocuje to
czego segmentu znaku, podana jest Napi�cie łarzenia zmianą jasności świecenia najcz�ściej
w karcie katalogowej konkretnego Napi�cie łarzenia ma ogromny wszerz pola odczytowego. W praktyce
modelu wyświetlacza. Najcz�ściej, wpływ na jakośĘ funkcjonowania wy- zmiana świecenia kompensowana jest
dla nowoczesnych miniaturowych świetlacza VFD. Brak zasilania łarze- umieszczeniem ko�c�w łarnika na r�ł-
wyświetlaczy VFD, wartośĘ napi�cia nia uniemołliwia prac� wyświetlacza. nych wysokościach - innej dla ko�ca
anodowego waha si� w okolicach 18 Jego niewłaściwa wartośĘ lub pozytywnego, innej dla uziemionego
do 24 V, a prąd anodowy ma nat�łe- kształt (!) mogą doprowadziĘ do sytu- jak r�wnieł zmianą rozmiar�w oczek
nie kilku miliamper. Oczywiście war- acji, gdy nie b�dzie mołliwe uzyska- siatki. Czasami stosowane jest zasilanie
tośĘ prądu zaleły od takich czynni- nie poprawnego i r�wnomiernego łarnika prądem stałym o modulowanej
k�w jak chociałby wielkośĘ wyświet- świecenia segment�w znaku. W prak- szerokości impuls�w (PWM).
lanych znak�w i jasnośĘ ich świece- tyce mołe si� to objawiaĘ na przykład
nia. Elektronik konstruktor łatwo zo- migotaniem lub �widmowym� świece- �arnik zasilany napi�ciem
rientuje si�, łe nie jest trudno zbu- niem segment�w, kt�re powinny byĘ przemiennym
dowaĘ �r�dło napi�cia zasilania wyłączone. W związku z tym, łe na- Najcz�ściej stosowaną techniką za-
o podanych wyłej parametrach, prze- pi�cie łarzenia to tak wałny czynnik, silania łarnika VFD jest przyłołenie
znaczone do zasilania anody VFD. chciałbym przedyskutowaĘ tutaj kilka napi�cie przemiennego. Na rys. 5 i 6
Rys. 4. Zasilanie żarnika VFD napięciem stałym
Elektronika Praktyczna 4/2004
78
P O D Z E S P O A
Y
Rys. 5. Zasilanie żarnika prądem przemiennym, jeden z końców z
ródła napięcia uziemiony
Rys. 6. Zasilanie żarnika prądem przemiennym, środek uzwojenia transformatora uziemiony
ukazano spos�b połączenia łarnika - ne, poniewał łarnik ma stosunkowo omawiano to wcześniej, segmenty
katody. małą rezystancj� (kilkadziesiąt - kil- znaku świecą, gdy do siatki oraz
W układzie z rys. 5 wyst�pują proble- kaset &!), jednak trzeba pami�taĘ, łe anody zostanie niemal jednocześnie
my zbliłone do układu zasilanego prą- wszelkiego rodzaju impulsy szpilko- przyłołone pozytywne napi�cie (pa-
dem stałym. Podczas gdy po jednej we mogą powodowaĘ miejscowe mi�tajmy o warunkach załączenia!).
stronie łarnika wyświetlacza przyłoło- zmiany jasności świecenia oraz efekt Gdy napi�cie siatki lub anody jest
ne jest napi�cie Ea, po drugiej panuje �w�drującego� obrazu. niłsze od napi�cia katody (łarzenia),
napi�cie Ea - 2x21/2*Ef. Mołe to powo- Pewna sprzecznośĘ wyst�puje po- w�wczas świecenie segmentu mołe
dowaĘ zmiany jasności świecenia i wy- mi�dzy notami aplikacyjnymi r�łnych byĘ zupełnie przypadkowe. W związ-
maga podobnej kompensacji jak w przy- producent�w. Jedni z nich zalecają aby ku z tym aby z całą pewnością wyłą-
padku zasilania napi�ciem stałym. cz�stotliwośĘ napi�cia wyjściowego czyĘ prąd anodowy, napi�cie anodo-
Znacznie mniejsze zmiany napi�cia wy- przetwornicy zasilającej łarzenie była we musi byĘ niłsze nił napi�cie ła-
st�pują, gdy środek uzwojenia transfor- niłsza nił 30 kHz, inni aby mieściła rzenia. Ten ujemny potencjał zwany
matora zasilającego łarnik zostanie si� w granicach od 10 do 100 kHz. jest napi�ciem odci�cia. W statycznie
uziemiony. Te drobną modyfikacj� zi- Moim zdaniem powinna byĘ co naj- sterowanych wyświetlaczach wyłącz-
lustrowano na rys. 6. Układ taki mniej 20 kHz, poniewał czasami łar- nie anoda wymaga napi�cia odci�cia,
z drobnymi modyfikacjami jest prefero- niki niekt�rych wyświetlaczy na sku- natomiast w wyświetlaczach sterowa-
wany w praktyce i najcz�ściej stosowa- tek zmian płynącego prądu funkcjonu- nych dynamicznie jest to warunek
ny. Łatwo jest z jego pomocą skompen- ją jak... głośnik. Łle wykonany układ konieczny dla prawidłowej pracy za-
sowaĘ ewentualne nier�wnomierności zasilania łarzenia owocuje cichym ale r�wno siatki jak i anody.
świecenia, poniewał rozkład napi�cia słyszalnym i niezbyt miłym dla ucha
na łarniku jest symetryczny i niezaleł- piskiem. W wykonanej aplikacji dostar-
ny od strony podłączenia potencjału czane z przetwornicy napi�cie łarzenia
ziemi. Kompensacj� mołna wi�c prze- ma cz�stotliwośĘ ał 300 kHz i nie za-
prowadziĘ przez zwykłą zmian� wiel- uwałyłem ładnego wpływu na jakośĘ
kości oczek elektrody siatki. pracy układu. �wiadczy to o tym, łe
W przypadku zasilania prądem parametr ten nie jest krytyczny dla
przemiennym najcz�ściej stosowane pracy VFD.
są układy przetwornic z transformato-
rem wyjściowym. Naleły zadbaĘ o to Napi�cie odci�cia
aby napi�cie wyjściowe z takiej prze- Opis warunk�w zasilania nie był-
Rys. 7. Praktyczna metoda realiza-
twornicy zawierało minimalną by pełny bez om�wienia tzw. napi�-
cji układu wypracowywania napię-
ilośĘ zniekształce�. Nie jest to trud- cia odci�cia prądu anodowego. Jak
cia odcięcia
Elektronika Praktyczna 4/2004
79
P O D Z E S P O A
Y
tości napi�cia segment nie świeci
si� r�wnomiernie. Zdarzają si� jaśniej-
sze i ciemniejsze miejsca: napi�cie
jest po prostu zbyt niskie. Nie pr�bo-
wałem, co wydarzy si� gdy przyłoło-
ne zostanie zbyt wysokie napi�cie.
Potrafi� sobie jednak wyobraziĘ, łe
mołe to zaowocowaĘ uszkodzeniem
anody lub luminoforu na skutek zbyt
dułego prądu anodowego. Dodatkową
trudnośĘ stanowi odpowiednie wyko-
nanie przetwornicy zasilającej. W mo-
jej aplikacji transformator wypracowu-
jący napi�cie anodowe i łarzenia jest
wsp�lny. W związku z tym zmiana
Rys. 8. Połączenia wewnątrz wyświetlacza sterowanego dynamicznie (na jednego z napi�Ę (w mojej aplikacji
przykład Futaba 7-LT-109)
p�tla sprz�łenia zwrotnego kontroluje
napi�cie anodowe) pociąga za sobą
Typowo wartośĘ napi�cia odci�cia Zasilenie siatki odpowiada tak jak- zmian� drugiego. Chcąc wi�c zacho-
to 0 do -4 V. Napi�cie to dla anody by załączeniu wsp�lnej anody czy waĘ idealne warunki zasilania, nale-
zaleły od właściwości fizycznych po- katody tradycyjnego wyświetlacza łałoby oba te napi�cia wytwarzaĘ od-
krywających ją związk�w fosforu, na- LED. Oczywiście spotyka si� r�wnieł dzielnie. Komplikuje to układ prze-
tomiast dla siatki od energii elektro- wyświetlacze VFD, gdzie kałda twornicy i podnosi jej koszt. Znacznie
n�w emitowanych przez katod�. Za- z anod wyprowadzona jest oddziel- łatwiejszą do realizacji jest metoda
zwyczaj napi�cie odci�cia siatki jest nie, jednak jest to rzadkośĘ. Znacz- wymieniona jako druga, to znaczy
niłsze od napi�cia odci�cia anody. nie cz�ściej spotkamy w praktyce te zmiana szerokości impulsu załączają-
Upraszczając mołna powiedzieĘ, łe sterowane dynamicznie, o układzie cego wyświetlanie. Jej stosowanie,
temperatura i spos�b wykonania ka- połącze� zbliłonym do ukazanego na aczkolwiek r�wnieł posiadające pew-
tody limitują wartośĘ napi�cia od- rys. 8. ne limity, ogranicza si� do zmian
ci�cia. W praktycznych zastosowa- Przy sterowaniu takiego wyświetla- przeprowadzanych w aplikacji sterują-
niach, mimo omawianych wyłej r�ł- cza, połądana jasnośĘ świecenia mo- cej. Metod� t� limituje fakt, łe poni-
nic, stosowane jest pojedyncze napi�- łe byĘ osiągni�ta przez ułycie jednej łej pewnej szerokości impulsu świe-
cie odci�cia dla siatki i anody o war- z dw�ch metod: cenie segmentu znaku nie b�dzie wi-
tości właściwej napi�ciu odci�cia - zmian� wielkości napi�cia anodo- doczne a powyłej mogą si� pojawiĘ
siatki. wego i siatki, �prześwity� pomi�dzy sąsiednimi zna-
- zmian� szerokości impulsu załącza- kami. Karty katalogowe kałdego
Dynamiczne sterowanie jącego świecenie. z producent�w zawierają najcz�ściej
wyświetlaczem VFD Stosując t� pierwszą metod� naleły dane dotyczące wsp�łczynnika wypeł-
Wyświetlacze VFD, posiadające pami�taĘ, łe zmiana napi�cia anodo- nienia, tzw. duty factor. Dla wyświet-
wi�cej nił jeden znak, najcz�ściej po- wego mołe wyst�powaĘ tylko w pew- lacza firmy Futaba jako maksymalna
łączone są w układ, gdzie anody po- nych granicach. Moje eksperymenty wartośĘ podawany jest stosunek cza-
szczeg�lnych segment�w są zwarte doprowadziły mnie do wniosk�w, łe su załączenia do czasu wyłączenia
a siatki zasilane oddzielnie sterują raczej niech�tnie ułyj� tej metody. r�wny 1/8,75.
wyświetlaniem poszczeg�lnych zna- Zmiana jasności świecenia jest wi- Jacek Bogusz, EP
k�w. doczna, jednak poniłej pewnej war- [e-mail]
Elektronika Praktyczna 4/2004
80