荧光屏显示和驱动原理

荧光屏显示和驱动原理1、VFD的结构及工作原理VFD种类繁多，以其中最被广泛应用的3极管构造为例说明其基本构造与原理。图1是VFD结构的分解斜视图，图2为剖面图，其构造以玻盖和基板形成一真空容器，在真空容器内以阴极CATHODE（灯丝FILAMENT）、栅极GRID及阳极ANODE为基本电极，还有一些其它的零件（如消气剂等）。图1.VFD的分解斜视图图2.VFD的剖面图图3.VFD的基本工作原理灯丝是在不妨碍显示的极细钨丝蕊线上，涂覆上钡（Ba）、锶（Sr）、钙（Ca）的氧化物（三元碳酸盐），再以适当的张力安装在灯丝支架（固定端）与弹簧支架（可动端）之间，在两端加上规定的灯丝电压，使阴极温度达到6000C左右而放射热电子。栅极也是在不妨碍显示的原则下，将不锈钢等的薄板予以光刻蚀（PHOTO-ETHING）后成型的金属网格（MESH），在其上加上正电压，可加速并扩散自灯丝所放射出来的电子，将之导向阳极；相反地，如果加上负电压，则能拦阻游向阳极的电子，使阳极消光。阳极是指在形成大致显示图案的石墨等导体上，依显示图案的形状印刷荧光粉，於其上加上正电压后，因前述栅极的作用而加速，扩散的电子将会互相冲击而激发荧光粉，使之发光。图3即表示其基本工作原理。发光色为绿色（峰值波长505nm），低工作电压的氧化锌：锌(ZnO：Zn)荧光粉则是目前最被广为使用的荧光粉。另外，通过改变荧光粉种类，可以获得自红橙色到蓝色的各种不同颜色。除了以上3种基本电极之外，如图2所示，在玻璃盖内表面形成透明导电膜（NESA），并且接上灯丝电位或正电位，形成静电屏蔽层可以防止因外部的静电影响而降低显示品质。图1的消气剂（GETTER）是维持真空的重要零件。在排气工程的最后阶段，可利用高频产生的涡流损耗对消气剂加热，在玻璃盖的内表面形成钡的蒸发膜，可用来进一步吸收管内的残留气体（GAS）。2,真空荧光显示屏(称VFD）能显示外文、中文、图形（如商标），并在单片机CPU及驱动IC的共同控制下，可产生静止、闪动、移动等特技效果。它具有高亮度、宽视角、高对比度，宽温、色鲜、抗干扰等特点，已广泛应用于影碟机、功放机、组合音响、仪表等。VFD由灯丝、栅极、阳极三个基本电极组成，其中灯丝极为热电子发射源，栅极用于加速和控制电子，阳极上的荧光粉受电子撞击而发光。VFD的工作原理与电子管的工作原理基本相同。VFD分为静态屏和动态屏两种。静态屏采用静态工作方式，动态屏采用动态工作方式。静态工作方式的特点是栅极始终加有正电压，所有阳极（笔段）都单独与电极端子连接。根据这种工作方式，设计出没有栅极引出脚的静态屏以降低成本。动态工作（多路扫描工作）方式的特点是将栅极分成若干个组（位），每一位有一个引出脚，各栅极内的相应阳极（笔段）均连接在一起，只有一个引出脚，通过时间分配来同步栅极和阳极开通时间，使要显示的阳极（笔段）发光。由于阳极（笔段）引出脚公用，动态屏的引出脚数量少于静态屏。当有复杂显示时，采用动态屏较好。静态屏驱动原理图如图1所示。图中画出了5条阳极G1～G5，其中G1常亮。在灯丝电压正常的情况下，VFD通电后阳极G1所指示的笔段因加有＋30V阳极电压而发光，其余阳极G2～G5因没有阳极电压而不发光。通过开关控制（电子开关或机械开关）将阳极电压＋30V合上或断开，其相应笔段就会发光或不发光。①动态屏驱动原理图如图2所示。图中画出了三条栅极P1～P3，六条阳极G1～G6，每条栅极对应两条阳极（一条栅极可对应多条阳极）。在灯丝电压正常的情况下，动态驱动系统通过时间分配把脉冲电压加到栅极上，而通过阳极脉冲电压和栅极脉冲电压，二者驱动显示器。这种系统就是动态扫描显示方式。在某一时刻，只让一位栅极（例如P1）处于选通状态，而其它各位的栅极（P2～P3）处于关闭状态，同时，阳极（例如笔段G1）引脚上输入相应显示字符的字型码脉冲，这样在同一时刻，只有选通的那一位显示字符（例如笔段G1发光)，而其它位（G2）则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位栅极（例如P2）处于选通状态，而其它各位（P1、P3）的栅极处于关闭状态，同时，在阳极（例如笔段G4）引脚上输入相应位将要显示字符的字型码脉冲，则同一时刻，只有选通位（例如笔段G4）显示出相应的字符，而其它位（G3）则是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位栅极显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻显示，而且同一时刻只有一位显示，其它各位熄灭，但由于人眼有视觉暂留现象，只要每位显示间隔足够短，则可造成各位同时亮的假象，达到显示的目的。②动态（扫描）驱动系统中，栅极扫描脉冲的脉冲宽度要等于或大于荧光屏推荐的脉冲宽度，扫描频率大于100Hz以上，以保证稳定显示图案，扫描信号在满足占空系数条件下应设计10～20μs的消隐时间，以防止产生错误的显示或漏发光。图3是常见的普及型功放驱动荧光屏的原理框图。荧光屏两端引脚F1和F2是灯丝，G1～G9是阳极功能引出脚，其中G1是常亮引出脚（如显示商标、字符、图案等），通电后即点亮，G2～G9（如输入选择、OK、DSP声场等功能）受控制电路输出电平的控制（图中用计数器CD4017产生0V和5V两种高低电平)：当输出5V高电平时，用两只集成运放(LM324或HA17324)等组成的8个比较器输出30V电压加到阳极点亮相应笔段。VL1、VL2、VL3、VL4和VL5是左声道电平指示引出脚，VR1、VR2、VR3、VR4和VR5是右声道电平指示引出脚。左声道是用集成运放LM324作信号放大，经整流滤波同时加到用LM324组成的5个驱动比较器，作5级电平显示。右声道是用电平集成电路KA3884或KA6884作显示，由于该集成电路工作电源电压小于18V，所以30V电压经3.9kΩ电阻降压后加到⑨脚，输出脚①、②、③、④和⑥还需要三极管9015驱动才能输出＋30V电压点亮荧光屏。在AV功放实际电路中，左右声道电平驱动电路相同，以减少元器件的种类。③图4是豪华型功放驱动荧光屏的原理框图，采用的驱动IC是MN12510。荧光屏两端F1、F2是灯丝，G0～G11是阳极引出脚，P0～P11是栅极引出脚。驱动集成电路MN12510的引脚功能如图4所示，K0～K4和SG0～SG3组成5×4动态扫描键控矩阵，各按键功能由CPU定义。SG0～SG11、DT0～DT7、P00～P03输出脚根据IC内部电子开关电路确定是否外接100kΩ上拉电阻到－30V电源。P20～P24可外接功能扩展，或者驱动多引脚荧光屏。本例是驱动4个发光二极管。该驱动IC②、③脚接4MHz晶体振荡器，负载电容30pF；第⑤、⑥、⑦、⑧脚接CPU，所有的控制功能以串行数据来完成。有关CPU的知识，以及与VFD的显示有关的遥控与接收，本文不作介绍。④使用VFD时应注意以下问题：(1)虚像。虚像是指VFD工作时，有些不应发光的图形发光，但亮度比其应显示的图形暗得多。克服虚像的方法是要加规范规定的足够的截止电压，栅极扫描脉冲的位与位之间要留有10～20μs的消隐时间，用晶体管阵列IC做驱动接口时，与VFD的阳极和栅极连接输出端必须分别加下拉电阻，在开发有VFD驱动接口的单片微机时，要掩膜下拉电阻。(2）阴影。阴影是指VFD工作时，显示图形的周围或端部比中央部位暗，产生阴影的主要原因是工作电压不合适。灯丝的加热电压偏低（超过额定值的10％的范围），截止电压偏低（等于或略小于标准值），阳栅极电压波动过大（超过额定值的10％的范围）都会产生阴影。(3）电磁干扰。VFD用低压交流灯丝加热，在脉冲信号的驱动下进行字符显示，它对周围将辐射出许多电磁场干扰。必须对VFD采用单独供电，在处理好接地和滤波的条件下，仍不能消除时可采取屏蔽措施。(4）VFD是玻璃制品，在使用和搬运中不能使产品受到冲击和碰撞。在安装时，须采取必要的防震措施。管脚焊接后，尽可能避免超声波清洗，长时间使用强超声波，会震断灯丝和导致荧光粉剥落。在储存时，避免高温和潮湿环境，或长时间暴露在含盐、硫量高的环境中。