1.5　光電及顯示元件

工控電路板常見(jiàn)的光電及顯示器件有LED、數(shù)碼管、紅外發(fā)射及接收器件、光電耦合器、顯示器、光纖組件、激光元件和模塊，我們將光電耦合器放在集成電路類別里單獨(dú)介紹。

1.5.1　LED（發(fā)光二極管）和數(shù)碼管

在工控電路板中，各種顏色的LED用來(lái)指示電路的工作狀態(tài)，通常，綠色LED用來(lái)指示電源開(kāi)啟或是機(jī)器的正常運(yùn)行狀態(tài)，紅色LED用來(lái)指示錯(cuò)誤及報(bào)警狀態(tài)。通過(guò)觀察LED的亮燈狀態(tài)，結(jié)合機(jī)器操作手冊(cè)，可以大致清楚機(jī)器的故障類型，為維修入手提供依據(jù)。發(fā)光二極管是極不容易損壞的器件，即使損壞，對(duì)電路的正常工作也不會(huì)構(gòu)成實(shí)質(zhì)影響。

白光LED因?yàn)榘l(fā)光效率高，壽命長(zhǎng)，近些年來(lái)得到很大發(fā)展。

數(shù)碼管也是由若干LED組成，通過(guò)芯片控制不同的發(fā)光段組合來(lái)得到顯示的字符或圖形。LED管和數(shù)碼管外形見(jiàn)圖1.32。

1.5.2　紅外發(fā)射及接收器件

紅外線發(fā)射管屬于二極管類，正向通電后可以發(fā)射某個(gè)波長(zhǎng)的紅外線，并有一定的輻射范圍。如圖1.33所示。

紅外線接收管有兩種，一種是光電二極管，另一種是光電三極管。光電二極管是在反向電壓作用下工作的，沒(méi)有光照時(shí)，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時(shí)，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，成為光電傳感器件。

光電三極管在將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的同時(shí)，也把電流放大了。因此，光電三極管也分為兩種，分別是NPN型和PNP型。

紅外發(fā)射及接收器件可以組合成很多應(yīng)用，如紅外線遙控、數(shù)據(jù)傳輸、光強(qiáng)檢測(cè)、安全控制等。

1.5.3　顯示器

工控行業(yè)中，早期的顯示器是CRT（陰極射線管）顯示器，現(xiàn)在多使用LCD（液晶顯示器）。CRT顯示器體積較大、笨重，相對(duì)耗電及故障率高，但色度還原較LCD要好，對(duì)顯示顏色要求比較苛刻的場(chǎng)合還有用到；液晶顯示器體積小、耗電少、相對(duì)壽命長(zhǎng)、故障率低，在很多顯示場(chǎng)合已經(jīng)取代CRT顯示器。如圖1.34所示。

CRT主要有五部分組成：電子槍（Electron Gun），偏轉(zhuǎn)線圈（Deflection coils），蔭罩（Shadow mask），熒光粉層（Phosphor）及玻璃外殼。它是通過(guò)陰極發(fā)射電子束轟擊熒光屏來(lái)發(fā)光的，電子束的發(fā)射方向由偏轉(zhuǎn)線圈通電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)控制。

CRT顯示器的常見(jiàn)故障有：屏幕無(wú)顯示、水平一條亮線、垂直一條亮線、屏幕顯示模糊、屏幕有消隱線等，這些故障的維修可以參照顯像管電視機(jī)的維修，早期各類維修書(shū)籍也都有介紹。

LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)面。液晶本身不發(fā)光，需要背景光源，所以我們看到的LCD都離不開(kāi)背景燈，有些背景燈使用高壓燈管，其原理和日常所見(jiàn)日光燈相同；現(xiàn)在有些LCD已經(jīng)使用LED光源做背景燈，做到更加節(jié)能并增加可靠性。

工控行業(yè)常見(jiàn)的LCD液晶屏包括以下幾部分：

①高壓板：將主板的5V或12V電壓轉(zhuǎn)換為幾百伏以上的高壓供燈管使用。

②燈管：提供顯示背景光。

③控制電路：負(fù)責(zé)主機(jī)與液晶屏的數(shù)據(jù)處理。

④排線：負(fù)責(zé)主機(jī)與控制電路的數(shù)據(jù)傳遞。

⑤液晶屏部分：最基本有背光紙（反光用），光導(dǎo)板，柔光膜、聚光膜2～3張，最后（也就是面對(duì)的最前面一層）是液晶板；根據(jù)液晶屏的檔次，這些結(jié)構(gòu)還有些不同。

液晶屏產(chǎn)生的故障大致有這樣幾種：白屏、花屏、黑屏、屏暗、發(fā)黃、顯示模糊等。

這些故障中相對(duì)而言較容易維修的是屏暗、發(fā)黃、白斑。屏暗其實(shí)就是燈管老化了，直接更換就行。發(fā)黃和白斑均是背光源的問(wèn)題，通過(guò)更換相應(yīng)背光片或?qū)Ч獍寰山鉀Q。

白屏、花屏、黑屏基本均是由于電路故障產(chǎn)生的。首先應(yīng)該排除屏線的斷裂，而后看電壓是否已經(jīng)加到屏上，再依次檢查后級(jí)是否有高壓及負(fù)壓輸出、主控制芯片是否工作等。有相當(dāng)一部分花屏是由于行驅(qū)動(dòng)沒(méi)有工作，少部分的花屏是由于行或列的驅(qū)動(dòng)模塊損壞。

顯示模糊、若有若無(wú)，甚至看不到顯示字符或圖像，是屏的對(duì)比度發(fā)生變化。而對(duì)比度與屏上電路的負(fù)電壓有關(guān)，改變負(fù)壓的大小可以調(diào)節(jié)屏的對(duì)比度。某些屏可以通過(guò)相應(yīng)電路的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，某些屏是通過(guò)軟件來(lái)調(diào)節(jié)的，如果不能調(diào)整，則要從分析負(fù)壓電路結(jié)構(gòu)入手查找。

1.5.4　光纖組件、激光元件

光纖在工控設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用越來(lái)越多，如在數(shù)字伺服和傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信中使用SERCOS總線，就使用光纖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。另外某些設(shè)備的激光束也使用光纖來(lái)傳輸。如圖1.35（a）所示。

最常見(jiàn)的激光元件是激光二極管，如圖1.35（b）所示，其本質(zhì)上也是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，具有二極管的特點(diǎn)。激光二極管常見(jiàn)故障就是老化，測(cè)量判斷方法如下。

用指針萬(wàn)用表R×1k或R×10k擋測(cè)量其正、反向電阻值。正常時(shí)，正向電阻值為20～40kΩ，反向電阻值為∞（無(wú)窮大）。若測(cè)得正向電阻值已超過(guò)50kΩ，則說(shuō)明激光二極管的性能已下降。若測(cè)得的正向電阻值大于90kΩ，則說(shuō)明該二極管已嚴(yán)重老化，不能再使用了。