Шим что это такое простыми словами
Перейти к содержимому

Шим что это такое простыми словами

  • автор:

Что такое ШИМ? Как широтно-импульсная модуляция используется в автоматизации?

Широтно-импульсная модуляция, или PWM (pulse-width modulation) — это тип цифрового сигнала, который модулируется для управления мощностью, скоростью и/или положением устройств в автоматизированной системе. PWM работает путем создания серии импульсов включения и выключения, которые подаются на устройство, при этом время включения или рабочий цикл импульса определяет количество подаваемой мощности.

Широтно-импульсная модуляцияДля чего используется?

Широтно-импульсная модуляция может быть использована для множества различных применений, включая управление двигателями, регулировку яркости освещения и даже управление источниками питания. Сигнал, промодулированный по ширине импульса, также может применяться для регулирования скорости двигателей или других устройств без изменения уровня напряжения. Таким образом, ШИМ становится идеальным вариантом для управления широким спектром устройств в системах автоматизации.

Принцип работы

Принцип работы ШИМ-сигнала заключается в посылке регулярных импульсов через определенные интервалы времени с изменяющимся рабочим циклом (процентное соотношение времени «включения»). В зависимости от рабочего цикла на управляемое устройство подается больше или меньше энергии, что влияет на его скорость или положение в автоматизированной системе. Путем увеличения или уменьшения определенных параметров, таких как частота, амплитуда и длительность импульсов, эти параметры могут быть настроены в соответствии с любыми требованиями приложения и обеспечивают точный контроль над выходом устройства без изменения уровня напряжения. Широтно-импульсная модуляция является важным и широко используемым методом управления выходной мощностью в различных приложениях. Она может быть реализована с помощью цифровых или аналоговых систем управления. В цифровом варианте сигналы генерируются с помощью программных алгоритмов, которые определяют ширину импульсов; в то время как в аналоговом PWM сигналы генерируются аппаратными компонентами, такими как транзисторы и конденсаторы, которые создают желаемую ширину импульсов без необходимости программирования. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки, но при правильной реализации оба обеспечивают надежную работу с низким уровнем искажений.

Как работает ШИМ-контроллер в источнике питания?

ШИМ-контроллер работает путем переключения между различными уровнями электрического тока в зависимости от того, какой тип выхода требуется от системы, которую он питает — постоянный ток (DC) или переменный ток (AC). Контроллер регулирует это переключение с помощью широтно-импульсной модуляции, которая посылает регулярные импульсы через определенные промежутки времени с различными рабочими циклами (процентное время «включения»). Таким образом, различные уровни энергии могут подаваться к любому устройству, нуждающемуся в ней, сохраняя при этом стабильность системы в целом — т. е. без электрических скачков, которые могут повредить компоненты в дальнейшем.

Применение широтно-импульсной модуляции

Широтно-импульсная модуляция имеет множество вариаций по практическому использованию в различных отраслях промышленности, таких как авиация, автомобилестроение, робототехника и т. д. Некоторые возможности применения ШИМ-сигнала: управление скоростью и положением двигателя, регулирование яркости света, регулирование напряжения переменного и постоянного тока, обеспечение регулируемых профилей ускорения и замедления для двигателей, снижение электромагнитных помех, обеспечение точной передачи сигналов на большие расстояния и т. д.. Данный вид модуляции является бесценным инструментом, когда речь идет о системах автоматизации, требующих точного контроля над своими выходами без ущерба для стабильности в целом.

Применение широтно-импульсной модуляции в автоматизации

Применение широтно-импульсной модуляции в автоматизации

В системах автоматизации широтно-импульсная модуляция имеет множество преимуществ благодаря своей способности точно регулировать выходные параметры, не оказывая слишком сильного влияния на уровень напряжения. Управляющие ШИМ-сигналы широко используется во многих типах машин, включая роботизированные манипуляторы и роботизированные транспортные средства, а также бытовую технику, такую как стиральные машины, духовые шкафы и т. д.. Широтно-импульсная модуляция часто используется для получения синусоидальной формы волны. Она также может быть использована для регулирования работы инвертора. Помимо автоматической регулировки скорости и положения двигателя с помощью цифровых сигналов, они также обеспечивают регулируемые профили ускорения и замедления, что делает их идеальными при работе с хрупкими компонентами, где необходимо избегать резких изменений. Среди других преимуществ — снижение электромагнитных помех, повышение эффективности, усиление мер безопасности благодаря надежным методам обнаружения неисправностей, большая точность при передаче сигналов на большие расстояния и многое другое. В заключение следует отметить, что широтно-импульсная модуляция — это метод контроля и регулирования количества энергии, подаваемой на устройство, путем изменения ширины электрического импульса. Данный метод применяется в автоматизации и робототехнике, от управления двигателями до обеспечения точного контроля над системами освещения. PWM способен обеспечить точное регулирование при минимальных потерях энергии по сравнению с традиционными методами. В каталоге UnitMC вы найдете актуальные устройства и системы АСУ ТП. Подробную информацию и консультацию можно получить у наших сотрудников. Другие статьи Четыре устройства, использующие ШИМ для автоматизации

Что такое шим в смартфоне и как он работает: понятное объяснение

Что такое шим в смартфоне и как он работает: понятное объяснение

Шим — это технология, используемая на сегодняшних экранах смартфонов, которая позволяет создавать более яркие и четкие изображения. Особенно это стало актуально с развитием AMOLED-экранов, которые являются одними из самых популярных и качественных типов дисплеев.

Что же такое шим? Шим (или Pulse Width Modulation) — это метод управления яркостью светодиодов, которые составляют пиксели на AMOLED-экране. Другими словами, шим изменяет интенсивность света, который излучается пикселем, путем изменения его времени включения и выключения. Таким образом, мы видим изображение с разной яркостью в зависимости от времени, на которое пиксель светится или не светится.

AMOLED-экраны используют шим для управления яркостью нескольких тысяч светодиодов, которые расположены в каждом пикселе. Благодаря этому, они могут создавать очень глубокий черный цвет и яркие цвета при высокой разрешающей способности. Однако, некоторые люди могут ощущать неприятные эффекты при просмотре экрана с использованием шим, такие как мерцание или усталость глаз.

Что такое ШИМ в смартфоне и как он работает

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — это метод управления яркостью экранов в смартфонах, особенно на AMOLED дисплеях. Этот технологический процесс позволяет регулировать яркость путем изменения скорости и продолжительности импульсов света.

Суть ШИМ заключается в том, что экран разделен на множество пикселей, каждый из которых имеет свою яркость. Когда экран должен отобразить яркое изображение, пиксели светятся на полную мощность и держатся такими в течение всего времени отображения. Но когда экран должен отобразить темное изображение или контрастные цвета, пиксели светятся на меньшей мощности или полностью отключаются на краткий период времени.

Что такое ШИМ на

При использовании ШИМ на AMOLED экранах возникает некоторая проблема, называемая «морганием». Поскольку пиксели мигают, чтобы изменить яркость, некоторые пользователи могут заметить этот эффект и почувствовать дискомфорт. Особенно это может быть заметно при низкой яркости экрана.

Регулировка яркости с помощью ШИМ является энергоэффективным способом управления экраном, поскольку длительность мигания пикселей очень мала. Кроме того, благодаря такому подходу экраны можно делать тоньше и легче, что важно для смартфонов, где каждый миллиметр и грамм важны.

В целом, ШИМ является неотъемлемой частью современных смартфонов, позволяющей управлять яркостью экрана с высокой точностью, энергоэффективно и без ущерба для качества изображения.

Понятное объяснение

Что такое шим в смартфоне? Сокращение ШИМ расшифровывается как Широтно-Импульсная Модуляция. ШИМ – это метод управления светодиодной подсветкой экрана. Он используется в различных типах экранов, включая LCD и AMOLED.

Что такое AMOLED экраны и зачем они нужны? AMOLED (Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode) – это тип дисплея, в котором каждый пиксель состоит из органических светодиодов, которые светятся при подаче электрического сигнала. Они позволяют получить более яркие и насыщенные цвета, лучшую контрастность и глубину черного, а также низкое потребление энергии. AMOLED экраны часто используются в смартфонах высокого класса.

lux

На что влияет шим и как он работает? ШИМ контролирует яркость светодиодов подсветки экрана. При высокой яркости светодиоды горят на всю мощность, а при низкой – выключаются. Это происходит настолько быстро, что глаз человека не замечает мерцания. ШИМ может иметь различную частоту, чем выше частота – тем меньше мерцание экрана. У каждого человека есть индивидуальная частота глаза, при которой он перестает замечать мерцание.

Таким образом, шим в смартфоне контролирует яркость экрана с помощью метода импульсной модуляции светодиодной подсветки. Это позволяет достичь высокой яркости и глубины черного на AMOLED экранах, а также экономить энергию, так как светодиоды выключаются при низкой яркости.

Как работает ШИМ на Амолед экранах

Для понимания, как работает ШИМ (широтно-импульсная модуляция) на Амолед экранах, нам необходимо разобраться в том, что такое ШИМ и что означает технология Амолед.

Что такое ШИМ?

ШИМ – это метод управления яркостью светодиодов (или других устройств), который основан на изменении ширины импульсов сигнала питания. При ШИМ, сигнал питания включается и отключается очень быстро, создавая эффект мигания, которому наш зрительный аппарат не способен догадаться.

Что такое Амолед?

Что такое ШИМ на Xiaomi - Как убрать негативный

Амолед (Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode) – это технология дисплеев, основанная на использовании органических светодиодов. Данные светодиоды самосветящиеся, что позволяет им отображать яркие и насыщенные цвета без необходимости подсветки.

Такие экраны обладают высокой контрастностью, быстрой реакцией и потребляют меньшее количество энергии по сравнению с традиционными ЖК-дисплеями.

Как работает ШИМ на Амолед экранах?

На Амолед экранах использование ШИМ позволяет регулировать яркость отображения путем изменения времени горения каждого пикселя. С помощью ШИМ показывается эффект «пульсации» света на пикселе при низкой яркости.

Например, если нам требуется отобразить черный цвет на экране, то ШИМ будет применяться таким образом, что пиксель будет выключаться на определенное время, создавая иллюзию черного цвета. Если же требуется отобразить более яркий цвет, то пиксель будет включаться в течение большего времени.

Таким образом, использование ШИМ позволяет сохранять качество изображения и максимальную яркость даже при низком уровне освещения на экране Амолед.

Преимущества и недостатки ШИМ

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — это метод управления яркостью экрана, используемый во многих смартфонах и других устройствах с AMOLED экранами. Он основан на быстром изменении яркости пикселей путем периодического включения и выключения светодиодов.

Преимущества ШИМ:

  • Энергоэффективность: использование ШИМ позволяет значительно сэкономить энергию, так как яркость пикселей регулируется, только когда это необходимо.
  • Большие контрастность: благодаря ШИМ, AMOLED экраны обеспечивают глубокие черные и насыщенные цвета, что повышает общую контрастность изображения.
  • Более долгий срок службы: поскольку светодиоды в экране выключаются и включаются с большой скоростью, они менее нагружены и имеют более длительный срок службы по сравнению с другими типами экранов.

Недостатки ШИМ:

  • Мерцание экрана: некоторые пользователи могут заметить мерцание на экране с использованием ШИМ, особенно на низкой яркости. Это может вызывать дискомфорт и усталость глаз.
  • Возможные проблемы со здоровьем: некоторые люди могут испытывать головные боли или даже эпилептические приступы при взаимодействии с экранами, использующими ШИМ.
  • Ограничения при отображении движущихся объектов: ШИМ может вызывать артефакты и нечеткость при отображении быстро движущихся объектов на экране.

Несмотря на некоторые недостатки, ШИМ остается популярным методом управления яркостью экрана благодаря его преимуществам, таким как энергоэффективность и контрастность изображения. Однако, при выборе смартфона с AMOLED экраном, важно учитывать индивидуальные потребности и чувствительность к мерцанию экрана.

Как настроить ШИМ на смартфоне

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) – это метод управления яркостью экрана, используемый на большинстве современных смартфонов. Особенно он применяется на AMOLED-экранах, которые широко используются в смартфонах.

Что такое AMOLED? AMOLED – это технология экранов, которая использует органические светодиоды (ОСД) для отображения изображения. Такие экраны обладают высокой контрастностью, насыщенными цветами и глубокими черными цветами. Однако они требуют правильной настройки ШИМ для обеспечения комфортного использования.

Настройка ШИМ на смартфоне позволяет управлять яркостью экрана, чтобы достичь лучшего качества изображения и снизить нагрузку на глаза пользователей.

Вот несколько шагов, которые помогут вам настроить ШИМ на вашем смартфоне:

  1. Перейдите в настройки смартфона.
  2. Найдите раздел «Дисплей» или «Экран».
  3. В этом разделе вы должны найти опцию «Яркость» или «Яркость экрана».
  4. Вы можете регулировать яркость экрана с помощью ползунка или выбрать автоматическую настройку яркости.
  5. Некоторые смартфоны также предлагают дополнительные настройки ШИМ, которые можно найти в разделе «Дополнительные настройки» или «Дополнительные функции». Здесь вы можете настроить длительность импульсов и частоту ШИМ для достижения наилучшего качества изображения.

Настройка ШИМ на смартфоне может помочь вам получить наилучший визуальный опыт при использовании вашего устройства. Однако помните, что каждый смартфон может иметь свои собственные настройки, поэтому рекомендуется ознакомиться с руководством пользователя или обратиться к производителю для получения дополнительной информации о настройке ШИМ на конкретной модели смартфона.

Форум: Мобильная помощь

Как работает шим в смартфоне?

ШИМ (Широтно-импульсная модуляция) – это метод управления яркостью свечения экрана с помощью мерцаний светодиодов. Он работает следующим образом: смартфон подает на светодиоды короткие импульсы, при этом время, в течение которого светодиод светит, и время, в течение которого он не светит, меняются в зависимости от яркости, заданной пользователем. Таким образом, множество быстрых мерцаний создает визуальное впечатление постоянной яркости.

Зачем в смартфонах используется шим?

ШИМ используется для регулировки яркости экрана в смартфоне. Он позволяет управлять яркостью свечения светодиодов экрана и, следовательно, продлевает время работы аккумулятора. Благодаря тому, что светодиоды не горят постоянно, а мерцают, уровень энергопотребления снижается, что позволяет экономить заряд батареи. Кроме того, использование ШИМ позволяет достичь более высокой контрастности и глубины черного цвета на экране.

Как ШИМ влияет на качество изображения?

ШИМ может оказывать негативное влияние на качество изображения, так как мерцание светодиодов может вызывать раздражение глаз и приводить к утомляемости зрения. Особенно чувствительные пользователи могут заметить мерцание на экране, особенно при низкой частоте ШИМ. Однако, современные смартфоны все чаще используют высокие частоты ШИМ, что значительно снижает негативное воздействие на глаза пользователей.

Что такое ШИМ на Amoled-экранах?

ШИМ на Amoled-экранах работает аналогично ШИМ на других типах экранов. Он используется для регулировки яркости светодиодов в матрице Amoled-дисплея. В случае Amoled-экранов, каждый пиксель освещается отдельным светодиодом, и ШИМ позволяет управлять яркостью каждого пикселя по отдельности. Это позволяет достичь высокой контрастности и глубины черного цвета на экране.

Как включить DC Dimming на других смартфонах без root

В Android 8 Oreo разработчики Google ограничили возможности экранных фильтров. В Android 8 и 9 приложения, использующие фильтры, больше не могут распространить их действие на верхнюю область с часами и уведомлениями, что сводит их практическую полезность на нет.

Спустя некоторое время нашелся обходной путь: оказалось, что использование сервиса Accessibility позволяет это ограничение обойти. На сегодня мне известны всего три приложения, которые умеют использовать для затемнения экрана сервис Accessibility.

Однако оптимальным решением будет, пожалуй, бесплатное приложение OLED Saver, обладающее рядом достоинств по сравнению с конкурентами:

  1. Работает в том числе и в зоне уведомлений.
  2. Есть настройка порогового значения аппаратной регулировки уровня яркости (как в Lux).
  3. Есть быстрый переключатель для временного отключения сервиса.
  4. Регулировка яркости как ползунком, так и кнопками (удобно).
  5. Собственная реализация автояркости (она работает, хоть и неидеально).
  6. Несмотря на то что приложение использует службу Accessibility, оно доступно в Google Play.

На самом деле есть исследования, где люди смогли различить и 480 к/с и даже больше в некоторых условиях.

Что такое ШИМ в смартфоне. Что такое шим в смартфоне

В Российской Федерации существует закон о защите прав потребителей. Согласно этому закону, пользователь может вернуть телефон в магазин в течение 14 дней с момента покупки. Статья 25 несет за это ответственность, и, соответственно, владелец магазина не может отказать в приеме товара обратно, если товар цел и находится в отличном состоянии.

Сегодня экраны AMOLED используются не только во всех флагманах, но и все чаще встречаются в среднем классе (серия Galaxy A от Samsung — отличный пример). А это значит, что все больше и больше пользователей открывают для себя эту прекрасную технологию.

Но помимо ярких цветов, изысканных углов обзора и бесконечной контрастности, пользователи обнаруживают еще одну интересную особенность OLED-дисплеев: неприятный дискомфорт для глаз, усталость и даже головные боли.

И самое обидное (или лучше сказать — опасное?) в этой ситуации Дело в том, что не все ощущают этот негативный эффект, на них влияют менее удачливые люди.

В этой статье подробно рассматривается, что не так с экранами AMOLED и есть ли способы решения этой проблемы.

Немного теории

Представьте себе небольшую схему, состоящую из трех компонентов: источника питания, регулятора (например, линейного резистора) и нагрузки. Задача первого элемента — подавать питание на нагрузку. Регулятор, с другой стороны, должен плавно изменять эту мощность и передавать ее в нагрузку только тогда, когда это необходимо (не все ресурсы потребляются).

Для регулировки яркости экрана необходимо подать соответствующее напряжение на нагрузку от источника питания. Но дело в том, что при использовании обычных линейных регуляторов большая часть этой энергии просто рассеивается в виде тепла и никогда не достигает конечной точки.

Инженеры задались вопросом, как уменьшить эти потери и повысить общую эффективность этой схемы, чтобы не терять большое количество энергии на регулятор (резистор), КПД которого составляет всего 20-30%.

Для решения этой проблемы вместо линейных регуляторов были использованы импульсные регуляторы. При использовании напряжение, подаваемое на экран, является не постоянным (как объяснено в примере выше), а импульсным. Каждый цикл импульса имеет свой период и частоту, измеряемую в герцах.

В то время как простые линейные контроллеры всегда экономят энергию, просто рассеивая ее в виде тепла, импульсные контроллеры используют хитрость человеческого глаза, поскольку в них не наблюдается никакого мерцания на частотах выше 60 Гц. По этой причине он экономит ресурсы, постоянно включая и выключая экран на частотах от 150 до 400+ Гц.

Реклама режима DC Dimming для Xiaomi Mi 9 с китайского сайта

В чем суть проблемы?

Суть проблемы заключается в постоянном мерцании экранов смартфонов. Это мерцание похоже на мерцание дешевых люминесцентных ламп, особенно когда срок их службы подходит к концу. Мерцание действительно очень неприятно — многие люди убедились в этом на собственном опыте.

Единственная разница со смартфонами заключается в том, что экран переворачивается гораздо чаще и поэтому не воспринимается глазом.

Можно ли обойтись без мерцания?

А можно ли вообще избавиться от мерцания, полностью переведя панели на прямое управление яркостью? Сегодня и это проделать можно, а вот еще два-три года назад тебе пришлось бы терпеть слишком много компромиссов. Я до сих пор помню смартфон Lumia 930, OLED-экран которого на минимальной яркости становился нежно-розового цвета — и это несмотря на мерцание.

Пока же нам приходится иметь дело с мерцающими экранами — и пытаться что-то с этим сделать самостоятельно.

Береги глаза! Активируем DC Dimming в iPhone Xs, Pixel 3 XL, Xiaomi Mi 9 и других смартфонах

А знаешь ли ты, что львиная доля OLED-панелей для телевизоров многих известных производителей — от SONY и Philips до самой LG включительно — выпускается на заводах LG? Все эти панели используют структуру пикселей RGBW и не мерцают ни на каком уровне яркости — в отличие от подавляющего большинства LCD-экранов для телевизоров. Забавный парадокс, правда?

При цифровой фотосъемке для уменьшения шума можно использовать более длинную выдержку. В случае же с излучающим светодиодом можно увеличить ток, заставив светодиод светиться ярче, испуская значительно большее количество фотонов. Логичным решением стало использование схемы управления яркостью на основе широтно-импульсной модуляции.

Примерно так работает управление яркостью на уровне контроллера

Так, панели Samsung в смартфонах Galaxy S8+ мерцают всегда, даже на яркости в 99% от максимальной. Убедиться в этом можно на следующем изображении.

В Samsung Galaxy S8+ значимая модуляция дисплея присутствует даже при яркости в 75% от максимума (источник: ixbt.com)

Со стороны Samsung это вполне сознательный подход, как можно убедиться, изучив патентную заявку US9269294B2.

На уровнях яркости 50% и выше колебания яркости можно игнорировать: их амплитуда невелика, и светодиод никогда не гаснет полностью. Видимого мерцания на этих частотах нет (источник: ixbt.com)

Кстати, у собак и кошек этот порог выше — в районе 70-80 Гц, а у мух так вообще 250-300 Гц.

Почему некоторые люди ощущают мерцание, в то время, как большинство — нет?

Если вы будете светить на него лампой каждую секунду и заставлять его исчезать, вы, конечно, увидите мерцание света. И чем быстрее вы это делаете, тем быстрее появляется мерцание. Однако при определенных частотах (примерно 60 раз в секунду, т.е. 60 Гц) мозг больше не воспринимает мерцание, и кажется, что лампа горит постоянно.

Другими словами, вам не нужно обладать сверхспособностями, чтобы различить мерцание выше 60 Гц. Однако даже те, кто не разбирается в этих частотах и не имеет проблем с экранами AMOLED, могут испытывать негативное воздействие низких частот (или световых импульсов).

Опторецепторы могут улавливать световые импульсы частотой до 300 Гц (или 300 раз в секунду), и во время стимуляции мозг постоянно обрабатывает данные. Этот порог (300 Гц) является минимальным пределом, рекомендованным в соответствии с ГОСТ Р 54945-2012.

Световые импульсы выше 300 Гц не влияют на общую и зрительную работоспособность

ГОСТ Р 54945-2012

Таким образом, даже если мерцание AMOLED-экрана на смартфоне не вызывает боли в глазах, оно все равно может повлиять на эмоциональное состояние и работоспособность.

Что такое ШИМ — широтно-импульсная модуляция

Модуляция – нелинейный электрический процесс, при котором параметры одного сигнала (несущего) изменяются при помощи другого сигнала (модулирующего, информационного). В связной технике широко применяется частотная, амплитудная, фазовая модуляция. В силовой электронике и микропроцессорной технике распространение получила широтно-импульсная модуляция.

Что такое ШИМ (широтно-импульсная модуляция)

При широтно-импульсной модуляции исходного сигнала неизменными остаются амплитуда, частота и фаза исходного сигнала. Изменению под действием информационного сигнала подвергается длительность (ширина) прямоугольного импульса. В англоязычной технической литературе обозначается аббревиатурой PWM – pulse-width modulation.

Принцип работы ШИМ

Сигнал, промодулированный по ширине импульса, формируется двумя способами:

При аналоговом способе создания ШИМ-сигнала несущая в виде пилообразного или треугольного сигнала подается на инвертирующий вход компаратора, а информационный – на неинвертирующий. Если мгновенный уровень несущей выше модулирующего сигнала, то на выходе компаратора ноль, если ниже – единица. На выходе получается дискретный сигнал с частотой, соответствующей частоте несущего треугольника или пилы, и длиной импульса, пропорциональной уровню модулирующего напряжения.

Пример модуляции по ширине импульса треугольного сигнала линейно-возрастающим.

В качестве примера приведена модуляция по ширине импульса треугольного сигнала линейно-возрастающим. Длительность выходных импульсов пропорциональна уровню выходного сигнала.

Аналоговые ШИМ-контроллеры выпускаются и в виде готовых микросхем, внутри которых установлен компаратор и схема генерации несущей. Имеются входы для подключения внешних частотозадающих элементов и подачи информационного сигнала. С выхода снимается сигнал, управляющий мощными внешними ключами. Также имеются входы для обратной связи – они нужны для поддержания установленных параметров регулирования. Такова, например, микросхема TL494. Для случаев, когда мощность потребителя относительно невелика, выпускаются ШИМ-контроллеры со встроенными ключами. На ток до 3 ампер рассчитан внутренний ключ микросхемы LM2596.

Читайте также: Полное описание жизни и основные изобретения Томаса Эдисона

Цифровой способ осуществляется применением специализированных микросхем или микропроцессоров. Длина импульса регулируется внутренней программой. Во многих микроконтроллерах, включая популярные PIC и AVR, «на борту» имеется встроенный модуль для аппаратной реализации ШИМ, для получения PWM-сигнала надо активировать модуль и задать параметры его работы. Если такой модуль отсутствует, то ШИМ можно организовать чисто программным методом, это несложно. Этот способ дает более широкие возможности и предоставляет больше свободы за счёт гибкого использования выходов, но задействует большее количество ресурсов контроллера.

Характеристики ШИМ сигнала

Важными характеристиками ШИМ сигнала являются:

  • амплитуда (U);
  • частота (f);
  • скважность (S) или коэффициент заполнения D.

Амплитуда в вольтах задается в зависимости от нагрузки. Она должна обеспечивать номинальное напряжение питания потребителя.

Частота сигнала, модулируемого по ширине импульса, выбирается из следующих соображений:

  1. Чем выше частота, тем выше точность регулирования.
  2. Частота не должна быть ниже времени реакции устройства, которым управляют с помощью ШИМ, иначе возникнут заметные пульсации регулируемого параметра.
  3. Чем выше частота, тем выше коммутационные потери. Он возникают из-за того, что время переключения ключа конечно. В запертом состоянии на ключевом элементе падает все напряжение питания, но ток почти отсутствует. В открытом состоянии через ключ протекает полный ток нагрузки, но падение напряжения невелико, так как проходное сопротивление составляет единицы Ом. И в том, и в другом случае рассеяние мощности незначительно. Переход от одного состояния к другому происходит быстро, но не мгновенно. В процессе отпирания-запирания на частично открытом элементе падает большое напряжение и одновременно через него идёт значительный ток. В это время рассеиваемая мощность достигает высоких значений. Этот период невелик, ключ не успевает значительно разогреться. Но с повышением частоты таких временных промежутков за единицу времени становится больше, и потери на тепло повышаются. Поэтому для построения ключей важно использование быстродействующих элементов.
  4. При управлении электродвигателем частоту приходится уводить за пределы слышимого человеком участка – 25 кГц и выше. Потому что при более низкой частоте ШИМ возникает неприятный свист.

Эти требования часто находятся в противоречии друг к другу, поэтому выбор частоты в некоторых случаях – это поиск компромисса.

Коэффициент заполнения ШИМ сигнала.

Величину модуляции характеризует скважность. Так как частота следования импульсов постоянна, то постоянна и длительность периода (T=1/f). Период состоит из импульса и паузы, имеющих длительность, соответственно, tимп и tпаузы, причем tимп+tпаузы=Т. Скважностью называется отношение длительности импульса к периоду – S=tимп/T. Но на практике оказалось удобнее пользоваться обратной величиной – коэффициентом заполнения: D=1/S=T/tимп. Еще удобнее выражать коэффициент заполнения в процентах.

В чём отличия ШИМ от ШИР

В зарубежной технической литературе нет отличия между широтно-импульсной модуляцией и широтно-импульсным регулированием (ШИР). Российские же специалисты эти понятия пытаются разграничить. На самом деле ШИМ – это вид модуляции, то есть изменения несущего сигнала под действием другого, модулирующего. Несущий сигнал выполняет роль переносчика информации, а модулирующий задает эту информацию. А широтно-импульсное регулирование – это регулирование режима нагрузки с помощью ШИМ.

Причины и области применения ШИМ

Принцип широтно-импульсной модуляции используется в регуляторах частоты вращения мощных асинхронных двигателей. В этом случае модулирующий сигнал регулируемой частоты (однофазный или трехфазный) формируется маломощным генератором синусоиды и накладывается на несущую аналоговым способом. На выходе получается ШИМ-сигнал, который подается на ключи потребной мощности. Дальше можно пропустить получившуюся последовательность импульсов через фильтр низкой частоты, например через простую RC-цепочку, и выделить исходную синусоиду. Или можно обойтись без нее – фильтрация произойдет естественным образом за счёт инерции двигателя. Очевидно, что чем выше частота несущей, тем больше форма выходного сигнала близка к исходной синусоиде.

Возникает естественный вопрос – а почему нельзя усилить сигнал генератора сразу, например, применением мощных транзисторов? Потому что регулирующий элемент, работающий в линейном режиме, будет перераспределять мощность между нагрузкой и ключом. При этом на ключевом элементе впустую рассеивается значительная мощность. Если же мощный регулирующий элемент работает в ключевом режиме (тринистор, симистор, RGBT-транзистор), то мощность распределяется во времени. Потери будут намного ниже, а КПД – намного выше.

ШИМ-сигнал, сформированный с помощью синусоиды.

В цифровой технике особой альтернативы широтно-импульсному регулированию нет. Амплитуда сигнала там постоянна, менять напряжение и ток можно лишь промодулировав несущую по ширине импульса и впоследствии усреднив её. Поэтому ШИМ применяют для регулирования напряжения и тока на тех объектах, которые могут усреднять импульсный сигнал. Усреднение происходит разными способами:

  1. За счет инерции нагрузки. Так, тепловая инерция термоэлектронагревателей и ламп накаливания позволяет объектам регулирования заметно не остывать в паузах между импульсами.
  2. За счёт инерции восприятия. Светодиод успевает погаснуть от импульса к импульсу, но человеческий глаз этого не замечает и воспринимает как постоянное свечение с различной интенсивностью. На этом принципе построено управление яркостью точек LED-мониторов. Но незаметное мигание с частотой несколько сот герц все же присутствует и служит причиной усталости глаз.
  3. За счет механической инерции. Это свойство используется при управлении коллекторными двигателями постоянного тока. При правильно выбранной частоте регулирования двигатель не успевает затормозиться в бестоковых паузах.

Поэтому ШИМ применяют там, где решающую роль играет среднее значение напряжения или тока. Кроме упомянутых распространенных случаев, методом PWM регулируют средний ток в сварочных аппаратах и зарядных устройствах для аккумуляторных батарей и т.д.

Если естественное усреднение невозможно, во многих случаях эту роль на себя может взять уже упомянутый фильтр низкой частоты (ФНЧ) в виде RC-цепочки. Для практических целей этого достаточно, но надо понимать, что без искажений выделить исходный сигнал из ШИМ с помощью ФНЧ невозможно. Ведь спектр PWM содержит бесконечно большое количество гармоник, которые неизбежно попадут в полосу пропускания фильтра. Поэтому не стоит строить иллюзий по поводу формы восстановленной синусоиды.

Управление RGB-светодиодом с помошью ШИМ.

Очень эффективно и эффектно управление методом ШИМ RGB-светодиодом. Этот прибор имеет три p-n перехода – красный, синий, зеленый. Изменяя раздельно яркость свечения каждого канала, можно получить практически любой цвет свечения LED (за исключением чистого белого). Возможности по созданию световых эффектов с помощью PWM безграничны.

Наиболее употребительная сфера применения цифрового сигнала, промодулированного по длительности импульса – регулирование среднего тока или напряжения, протекающего через нагрузку. Но возможно и нестандартное использование этого вида модуляции. Все зависит от фантазии разработчика.

Похожие статьи:

Чем отличаются аналоговый сигнал от цифрового — примеры использования

Что такое импульсный блок питания и где применяется

Преобразователи напряжения с 12 на 220 вольт

Режимы работы, описание характеристик и назначение выводов микросхемы NE555

Что такое выпрямитель напряжения и для чего нужен: типовые схемы выпрямителей

Подбор стабилизатора напряжения для жилого помещения: как выбрать подходящее устройство для дома и квартиры

Что такое шим простыми словами

Что происходит и для чего?

Модуляция – нелинейный электрический процесс, при котором параметры одного сигнала (несущего) изменяются при помощи другого сигнала (модулирующего, информационного). В связной технике широко применяется частотная, амплитудная, фазовая модуляция. В силовой электронике и микропроцессорной технике распространение получила широтно-импульсная модуляция.

Что такое ШИМ (широтно-импульсная модуляция)

При широтно-импульсной модуляции исходного сигнала неизменными остаются амплитуда, частота и фаза исходного сигнала. Изменению под действием информационного сигнала подвергается длительность (ширина) прямоугольного импульса. В англоязычной технической литературе обозначается аббревиатурой PWM – pulse-width modulation.

Принцип работы ШИМ

Сигнал, промодулированный по ширине импульса, формируется двумя способами:

При аналоговом способе создания ШИМ-сигнала несущая в виде пилообразного или треугольного сигнала подается на инвертирующий вход компаратора, а информационный – на неинвертирующий. Если мгновенный уровень несущей выше модулирующего сигнала, то на выходе компаратора ноль, если ниже – единица. На выходе получается дискретный сигнал с частотой, соответствующей частоте несущего треугольника или пилы, и длиной импульса, пропорциональной уровню модулирующего напряжения.

shim

В качестве примера приведена модуляция по ширине импульса треугольного сигнала линейно-возрастающим. Длительность выходных импульсов пропорциональна уровню выходного сигнала.

Аналоговые ШИМ-контроллеры выпускаются и в виде готовых микросхем, внутри которых установлен компаратор и схема генерации несущей. Имеются входы для подключения внешних частотозадающих элементов и подачи информационного сигнала. С выхода снимается сигнал, управляющий мощными внешними ключами. Также имеются входы для обратной связи – они нужны для поддержания установленных параметров регулирования. Такова, например, микросхема TL494. Для случаев, когда мощность потребителя относительно невелика, выпускаются ШИМ-контроллеры со встроенными ключами. На ток до 3 ампер рассчитан внутренний ключ микросхемы LM2596.

Цифровой способ осуществляется применением специализированных микросхем или микропроцессоров. Длина импульса регулируется внутренней программой. Во многих микроконтроллерах, включая популярные PIC и AVR, «на борту» имеется встроенный модуль для аппаратной реализации ШИМ, для получения PWM-сигнала надо активировать модуль и задать параметры его работы. Если такой модуль отсутствует, то ШИМ можно организовать чисто программным методом, это несложно. Этот способ дает более широкие возможности и предоставляет больше свободы за счёт гибкого использования выходов, но задействует большее количество ресурсов контроллера.

Характеристики ШИМ сигнала

Важными характеристиками ШИМ сигнала являются:

Амплитуда в вольтах задается в зависимости от нагрузки. Она должна обеспечивать номинальное напряжение питания потребителя.

Частота сигнала, модулируемого по ширине импульса, выбирается из следующих соображений:

Эти требования часто находятся в противоречии друг к другу, поэтому выбор частоты в некоторых случаях – это поиск компромисса.

shim2

Величину модуляции характеризует скважность. Так как частота следования импульсов постоянна, то постоянна и длительность периода (T=1/f). Период состоит из импульса и паузы, имеющих длительность, соответственно, tимп и tпаузы, причем tимп+tпаузы=Т. Скважностью называется отношение длительности импульса к периоду – S=tимп/T. Но на практике оказалось удобнее пользоваться обратной величиной – коэффициентом заполнения: D=1/S=T/tимп. Еще удобнее выражать коэффициент заполнения в процентах.

В чём отличия ШИМ от ШИР

В зарубежной технической литературе нет отличия между широтно-импульсной модуляцией и широтно-импульсным регулированием (ШИР). Российские же специалисты эти понятия пытаются разграничить. На самом деле ШИМ – это вид модуляции, то есть изменения несущего сигнала под действием другого, модулирующего. Несущий сигнал выполняет роль переносчика информации, а модулирующий задает эту информацию. А широтно-импульсное регулирование – это регулирование режима нагрузки с помощью ШИМ.

Причины и области применения ШИМ

Принцип широтно-импульсной модуляции используется в регуляторах частоты вращения мощных асинхронных двигателей. В этом случае модулирующий сигнал регулируемой частоты (однофазный или трехфазный) формируется маломощным генератором синусоиды и накладывается на несущую аналоговым способом. На выходе получается ШИМ-сигнал, который подается на ключи потребной мощности. Дальше можно пропустить получившуюся последовательность импульсов через фильтр низкой частоты, например через простую RC-цепочку, и выделить исходную синусоиду. Или можно обойтись без нее – фильтрация произойдет естественным образом за счёт инерции двигателя. Очевидно, что чем выше частота несущей, тем больше форма выходного сигнала близка к исходной синусоиде.

Возникает естественный вопрос – а почему нельзя усилить сигнал генератора сразу, например, применением мощных транзисторов? Потому что регулирующий элемент, работающий в линейном режиме, будет перераспределять мощность между нагрузкой и ключом. При этом на ключевом элементе впустую рассеивается значительная мощность. Если же мощный регулирующий элемент работает в ключевом режиме (тринистор, симистор, RGBT-транзистор), то мощность распределяется во времени. Потери будут намного ниже, а КПД – намного выше.

shim3

В цифровой технике особой альтернативы широтно-импульсному регулированию нет. Амплитуда сигнала там постоянна, менять напряжение и ток можно лишь промодулировав несущую по ширине импульса и впоследствии усреднив её. Поэтому ШИМ применяют для регулирования напряжения и тока на тех объектах, которые могут усреднять импульсный сигнал. Усреднение происходит разными способами:

Поэтому ШИМ применяют там, где решающую роль играет среднее значение напряжения или тока. Кроме упомянутых распространенных случаев, методом PWM регулируют средний ток в сварочных аппаратах и зарядных устройствах для аккумуляторных батарей и т.д.

Если естественное усреднение невозможно, во многих случаях эту роль на себя может взять уже упомянутый фильтр низкой частоты (ФНЧ) в виде RC-цепочки. Для практических целей этого достаточно, но надо понимать, что без искажений выделить исходный сигнал из ШИМ с помощью ФНЧ невозможно. Ведь спектр PWM содержит бесконечно большое количество гармоник, которые неизбежно попадут в полосу пропускания фильтра. Поэтому не стоит строить иллюзий по поводу формы восстановленной синусоиды.

shim4

Очень эффективно и эффектно управление методом ШИМ RGB-светодиодом. Этот прибор имеет три p-n перехода – красный, синий, зеленый. Изменяя раздельно яркость свечения каждого канала, можно получить практически любой цвет свечения LED (за исключением чистого белого). Возможности по созданию световых эффектов с помощью PWM безграничны.

Наиболее употребительная сфера применения цифрового сигнала, промодулированного по длительности импульса – регулирование среднего тока или напряжения, протекающего через нагрузку. Но возможно и нестандартное использование этого вида модуляции. Все зависит от фантазии разработчика.

Что такое импульсный блок питания и где применяется

Что такое аттенюатор, принцип его работы и где применяется

Что такое частотный преобразователь, основные виды и какой принцип работы

Преобразователи напряжения с 12 на 220 вольт

Что такое диодный мост, принцип его работы и схема подключения

Что такое триггер, для чего он нужен, их классификация и принцип работы

Что такое ШИМ — максимально просто

Принцип ШИМ часто встречается в системе Умный Дом, поэтому объясню вкратце, что он собой представляет.

Расшифровывается как Широтно-Импульсная Модуляция. По-английски ШИМ — PWM. Но не надо вдумываться в эту расшифровку.

ШИМ — это принцип управления, который плавно регулирует результат работы того, что не умеет регулироваться плавно, а умеет только включаться и выключаться.

Например, светодиодная лента. Мы хотим иметь возможность регулировать яркость свечения ленты, но принцип работы светодиодов таков, что они либо светят на номинальную яркость, либо не светят вообще.

ledlenta

Но зато лента при подаче напряжения мгновенно загорается, а при пропадании мгновенно гаснет. Мы можем подать напряжение на ленту на короткое время, потом убрать, потом снова подать, потом снова убрать. И делать это очень быстро: подаём на 20 миллисекунд, затем убираем на 20 миллисекунд, затем снова подаём на 20 миллисекунд. Тогда глаз человека не будет замечать мерцание ленты, а будет видеть только, что лента светит ровно вдвое тусклее, чем постоянно включенная. То есть, мы получаем возможность регулировать яркость ленты, меняя промежуток времени, когда на неё подаётся питание. Попеременное включение на 30 миллисекунд и выключение на 10 миллисекунд будет соответствовать яркости ленты 75% от полной. А включение на 10 миллисекунд и выключение на 40 миллисекунд — 20% от полной яркости. То есть, мы регулируем яркость ленты шириной подаваемого импульса, отсюда и название. Правильнее, возможно, сказать не «шириной», а «длиной», или «временем», но принято говорить «шириной», так как её удобно видеть на графике.

shim1

Эти прямоугольники и есть импульсы, когда на нагрузку (ленту, в нашем примере) идёт напряжение.

Раз мы поняли, что такое ШИМ, введём удобное понятие скважность. Скважность — это как раз отношение времени, когда лента включена, ко времени всего периода. Период — это время включения+выключения. То есть, то, что я называл яркостью, говоря о ленте, на самом деле называется скважность. Как раз эти 10, 50 или 90%. Эта же цифра отражает среднее значение высоты (амплитуды) импульса на выходе.

Это и есть способ регулировки яркости светодиодных лент. Нужен ШИМ-диммер, на который подаётся напряжение питания ленты (12 или 24 вольта) и какое-то управление (0-10 вольт, TRIAC или ModBus), а он часто включает и выключает транзистор, подавая напряжение на ленту, меняя её яркость за счёт изменения ширины импульсов.

Ещё пример. Возьмём электрический тёплый пол с обычным термостатом.

thermostat

Тёплый пол либо греет, когда на него приходит напряжение 230 вольт от термостата, либо не греет вообще, он не умеет «немножко греть». Мы выставляем на термостате температуру, скажем, 28 градусов, а в пол опускаем датчик температуры. Когда температура пола ниже заданной, термостат подаёт питания не пол, и пол греет. Температура достигла 28 градусов — термостат выключил нагрев. Температура пола упала — снова греет. И так далее. Человек не чувствует при этом, что пол становится то холоднее, то теплее, для человека он ровно заданной температуры, но есть колебания температуры в пару градусов. Вот такой получается график:

grafik

Если мы зимой откроем окно, пол после выключения будет почти сразу остывать и снова включаться, тогда длительность нагрева станет выше длительности охлаждения. И чем больше мощность самого пола, тем быстрее он будет нагреваться до нужной температуры.

То есть, тут принцип управления — тот же ШИМ. Но, в отличие от светодиодной ленты, длительность периода составляет не 1 секунду, а несколько десяткой минут. Система тёплого пола инертная, то есть, долго сохраняет тепло после отключения нагрева. А светодиодная лента не инертная, так как сразу перестаёт светить.

Система Умный Дом работает как термостат — подаёт и убирает питание с греющего кабеля, ориентируясь по температуре датчика пола.

Аналогично осуществляется управление радиаторами или водяным тёплым полом — установка на радиатор или на коллектор приводов.

kollector

Приводы точно так же открываются и закрываются. За счёт инертности системы колебания температуры воздуха в помещении незаметны человеку, за редкими случаями, в которых лучше использовать приводы с плавной регулировкой сигналом 0-10 вольт (это уже будет не ШИМ).

В ШИМ вариантов сигнала только два — включено или выключено. А соотношением интервалов определяется среднее значение.

Что ещё в доме управляется по принципу ШИМ? Кондиционеры неинверторного типа, которые либо дуют холодом, либо не дуют (очень неприятная штука, покупайте только инверторные), холодильники, которые либо холодят (и тарахтят при этом), либо не холодят, СВЧ печки, которые в зависимости от заданной мощности периодами греют, а периодами не греют.

280,936 просмотров всего, 48 просмотров сегодня

Что такое ШИМ и почему мерцает OLED? РАЗБОР

ШИМ, все вокруг говорят про ШИМ. Ну фиг знает — я его не вижу. Что хотите сказать, если понижу яркость дисплея, это как-то будет меня утомлять? Кажется тут есть в чём разобраться!

Сегодня мы объясним как на самом деле работает ШИМ. Узнаем сколько FPS видит человек, а сколько муха. Проведём тесты ШИМ на осциллографе. И, конечно, расскажем как избавиться от ШИМа на Samsung и на iPhone.

OLED дисплеи фактически во всём превзошли IPS. Но некоторые люди просто физически не могут пользоваться OLED, ведь они чувствуют усталость глаз, сухость и даже головные боли.

Почему так? Дело в том, что в отличие от большинства IPS-экранов большинство OLED-матриц мерцают. Примерно как дешевые люминесцентные лампы. И это не очень хорошо сказывается на зрении.

Но стоп! Лично у меня нет никаких проблем с OLED-дисплеями, да и мои друзья ходят с OLED и не жалуются.

Действительно, по статистике большинство (примерно 90%) людей не ощущают мерцания OLED-дисплеев. Мы даже провели опрос: Устают ли у Вас глаза от OLED дисплеев? Устают ли у вас глаза от IPS дисплеев? И получили вот такие результаты: примерно четверть — 27% сообщила, что у них глаза устают. Меньшинство, но всё же — четверть!

Тем не менее есть люди, которые не просто чувствуют ШИМ, но даже отчетливо его видят. Как так получается?

ШИМ в кинопроекторах

Movie projector retro style 1920x1200

Чтобы ответить на этот вопрос давайте поговорим про кино. В старых кинопроекторах, в которых еще были бобины с плёнкой, крутили кино со скоростью 24 кадра в секунду.

Так вот, для того чтобы при смене кадров изображение не смазывалось и вы не видели момент перемотки пленки, в этот момент поток света перекрывался. Это приводило к адскому мерцанию, так как изображение постоянно обрывал «черный кадр».

Так как ускорить процесс смены кадров не было технической возможности киноделы придумали другой хак. Они стали перекрывать изображение дважды: не только во время смены кадра, но и когда на экране отображался статический кадр. Ммм. И какой в этом смысл?

Такое чередование изображения и дополнительных “черных кадров” позволяло искусственно увеличить частоту мерцания до 48 раз в секунду. Чего было достаточно, чтобы обмануть мозг. Видя постоянно мелькающую картинку, мозг просто «отключает» восприятия мерцания и мы видим плавную картинку. Кстати в немом кино, где использовалась частота 16 К/с, вообще перекрывали 3 раза и получилось мерцание — 48 раз в секунду.

Сколько мы видим кадров?

1

Этот невероятный эффект человеческого зрения называется порогом слияния мерцаний и этот порог равен 60 Гц. Это значит, всё что мерцает чаще чем 60 раз в секунду человек будет воспринимать как непрерывное изображение.

Кстати, у собак и кошек этот порог выше — в районе 70-80 Гц, а у мух так вообще 250-300 Гц.

01 7

Что же это получается, игровые мониторы 144 Гц и выше — это всё маркетинг? Нет, 60 кадров в секунду — это минимальный порог, при котором человек перестает видеть мерцание.
А люди с натренированным зрением, например, пилоты истребителей на тестированиях различают кадры, появившиеся на 4 мс. Что соответствует 250 кадрам в секунду. К хардкорным геймерам это тоже относится.

На самом деле есть исследования, где люди смогли различить и 480 к/с и даже больше в некоторых условиях.

Но в целом если верить ГОСТАм: Пульсация освещенности свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность. ГОСТ Р 54945-2012

Зачем нужен ШИМ?

Итак, со зрением разобрались. Но зачем вообще мерцают OLED-дисплеи и на какой частоте?

Сначала ответим на вопрос “Зачем?”

Существует два способа регулировки яркости дисплея:

Первый и самый очевидный способ, при помощи понижения напряжения. Чем меньше мы подаем энергии на дисплей, тем меньше он светится.

Именно так регулируется яркость в большинстве IPS-дисплеев в наших смартфонах, ноутбуках и мониторах.

lg g flex 2 wide

Но почему бы на OLED-дисплеях не делать также? На самом деле можно, и так даже делали раньше. Например в смартфоне LG G Flex 2 использовался именно такой подход. Но есть проблема! На OLED-дисплеях при уменьшении напряжения сильно страдает картинка. Возникает так называемый мура-эффект, более известный как эффект “наждачной бумаги”. Мы подробно рассказывали об этом в материале про OLED.

Поэтому чтобы избежать такой деградации изображения используется второй подход: регулировка яркости при помощи мерцания или ШИМ. ШИМ — это широтно-импульсная модуляция, или PWM по-английски. Это буквально значит — регулировка ширины, ну или длительности, импульса.

Так, стоп, что еще за импульс? Дело в том, что напряжение в дисплеях, использующих ШИМ, не постоянное, а прерывистое. Оно подаётся при помощи вот таких всплесков или импульсов.

Количество импульсов в секунду называется частотой и измеряется в Гц. А время, которое занимает каждый цикл пульсации, называется периодом.

К примеру, возьмем частоту 250 Гц, в этом случае период будет 4 мс. Частота и период — это фиксированные значения, и с изменением яркости дисплея они не меняются. А вот ширина каждого импульса — это как раз то, что мы можем регулировать. Это значение называется рабочим циклом, и он выражается в процентах.

image1

Если рабочий цикл 100%, импульс будет длиться 100% своего периода, то есть 4 мс. Это соответствует 100% яркости дисплея. Если мы сократим ширину импульса до 50% или 2 мс, воспринимаемая яркость дисплея также упадет до 50%. А на яркости 1% фактически 99% будет отображаться просто черный экран, но наше зрение это интерпретирует как просто очень тусклую картинку. Получается, чем меньше яркость дисплея, тем более выражен эффект мерцания. И тем это вреднее для глаз.

Частота ШИМ в разных дисплеях

На самом деле ШИМ используется не только в OLED-дисплеях, но и в IPS. Но в отличие от OLED в IPS-экранах используют очень высокую частоту мерцания, свыше 2000 Гц. Естественно, столь быстрое мерцание не сможет заметить ни человек, ни муха. А значит и глазки уставать не будут.

А какая частота ШИМ в OLED?

Тут всё зависит от конкретной модели, но есть определенные закономерности. Во-первых, желательно чтобы частота ШИМ была кратной частоте обновления дисплея. Потому на 60 Гц или 120 Гц дисплеях, как правило частота ШИМ — 240 Гц, а на 90 Гц дисплеях 360 Гц.

Мы решили убедиться в этом самостоятельно и отправились в Санкт-Петербург. Там ребята из компании ЛЛС подготовили для нас осциллограф с высокоскоростным фотодетектором.

Так мы проверили на ШИМ на iPhone 11 Pro и Pixel 4.

Тесты показали, что iPhone 11 Pro, вопреки общему мнению, немного мерцает даже на максимальной яркости, с частотой 240 Гц. При снижении яркости до 50%, мерцание становится менее выраженным, а значит до этого момента на iPhone используется уменьшение напряжения. Ну а дальше в бой вступает ШИМ. На осциллографе очень хорошо видно, как при снижении яркости уменьшается ширина импульса, а значит увеличивается мерцание.

В Pixel 4 вплоть до 70% яркости мы не обнаружили ШИМа совсем, видно только обновление экрана 90 Гц. А дальше начинается ШИМ с частотой 360 Гц. Но так как частота обновления экрана в Pixel 4 после 40% падает до 60 Гц, видно как каждый четвёртый импульс немного скачет. Это потому что частота обновления не совпадает с частотой модуляции.

Samsung Galaxy A50:

На самом деле, частоту мерцания OLED-дисплеев можно увеличить, пусть не до 2000 Гц, но хотя бы до 500 Гц. Кстати, именно такая частота ШИМ была в древнем Windows Phone — Lumia 950. Но это удорожает производство, а так как страдающих людей мало, производители воровать у себя из кармана не готовы.

Кстати, практически все современные LCD-телевизоры тоже ШИМят на частоте 240 Гц. И в теликах этот эффект даже более заметен, чем в телефонах.

Разве что SONY не поскупились установить в свои LCD модели контроллеры управления яркостью либо совсем без мерцания, либо с мерцанием на частоте 720 Гц.

Как проверить ШИМ самому?

Но как проверить ШИМ на вашем телефоне, ноутбуке или телевизоре самостоятельно? Если у вас нет под рукой осциллографа с высокоскоростным кремниевым фотодетектором.

На самом деле очень просто! Вам нужно снять экран на видео в замедленной съемке 240 к/с или больше. Сейчас почти любой телефон так может. Если на всех значениях яркости вы не увидите мерцания в виде перемещающихся полос. Значит ШИМа нет.

Что такое DC Dimming?

Тем не менее проблема есть и первой её осознал Xiaomi, представив функцию DC Dimming в Black Shark 2 Pro. Эта тема настолько хорошо зашла, что очень быстро подсуетились OnePlus, OPPO и Huawei. И начиная с прошлого года во всех флагманах точно есть DC Dimming.

Само название расшифровывается как Direct Current Dimming, что переводится как затемнение постоянным током. Иными словами в этом случае яркость регулируется как и положено снижением напряжения.

СТОП! Но также нельзя! Картинка же убьется! На самое деле, так нельзя было делать раньше, потому как качество OLED-дисплеев оставляло желать лучшего. Но теперь всё иначе.

Уже давно многие производители стали использовать гибридный способ регулировки яркости. Например на iPhone до 50% яркости используется снижение напряжения, и только потом включается ШИМ. А телефоны с функцией DC Dimming пошли дальше и стали регулировать яркость исключительно снижением напряжения.

Да, включив DC Dimming на низких яркостях могут немного поплыть цвета и появиться шум. Но это совсем не критично.

И тесты показывают, что функция реально работает. Хотя колебания яркости и не сглаживаются полностью, всё равно такой подход позволяет многократно снизить нагрузку на наши с вами глаза.

По нашим замерам на Xiaomi Mi 10 ШИМ с включенным DC Dimming исчезает полностью! А значит ваши глазки смогут отдохнуть.

Убираем ШИМ для всех

Но что делать, если вам DC Dimming не завезли? Например у вас Samsung, который ШИМит даже на 100% яркости, или iPhone который начинает ШИМить на 50%?

На самом деле решение есть и оно программное. Имя ему экранные фильтры!

Android. Например, на любой Android можно поставить программу OLED Saver. Она умеет накладывать полупрозрачный серый фильтр поверх всего изображения. Регулируя прозрачность фильтра, регулируется яркость. Это программа умеет имитировать функцию автояркости. Можно довольно быстро из шторки регулировать прозрачность фильтра и настроить автозапуск после перезагрузки.

Не могу сказать что это очень удобно. Но может быть очень полезно, если любите позалипать в телефон перед сном в темноте.

iPhone. А на iPhone вообще есть специальный режим встроенный в систему. Он называется “понижение точки белого” и прячется в разделе “Универсальный Доступ”. Путь такой: Настройки > Универсальный доступ > Дисплей и размер текста > Понижение точки белого

А чтобы постоянно не лезть в настройки можно назначить включение режима на тройное нажатие кнопки питания с помощью такого пути: Настройки > Универсальный доступ > Быстрая команда.

В iOS 14 можно даже назначить тоже самое на постукивание по задней крышке. Но я бы не рекомендовал так делать, будут ложные срабатывания.

Ну и напоследок можно вынести ярлык с этой функцией в пункт управления. Для этого идём в Настройки > Пункт управления и перетаскиваем иконку “Команды для универсального доступа”.

Итоги

maxresdefault 1 4

Что в итоге? ШИМ, конечно, зло. Хоть я его и не вижу, и мои глаза не устают, эта штука всё равно напрягает мозг. А с возрастом может появиться и усталость глаз.

С другой стороны, благодаря ШИМ вообще стал возможен прогресс в развитии технологии OLED. Если б его не было сидели бы мы на IPS и о всех прелестях классных OLED-дисплеев даже бы и не знали.

Очень надеемся, что DC Dimming станет стандартом и мы забудем о ШИМ в смартфонах и телевизорах точно также, как забыли о нём в настольных мониторах с появлением Flicker Free мониторов от BenQ. Это, кстати, та же самая технология что и DC Dimming.

В основу ролика легла статья с портала deep-review.com и материал Олега Афонина для журнала Хакер. Ребята проделали отличную работу, а мы продолжаем их дело.

Спасибо компании ЛЛС за оборудование и теплый приём в Питере! Очень приятно вместе с вами делать крутой науч-поп контент. На этом сегодня всё!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *