触摸屏的工作原理是什么吗?手机、平板电脑、电脑

业界
2021
10/22
06:20
网络整理
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我们每天都使用触摸屏电子设备,例如手机和平板电脑。你知道触摸屏的工作原理是什么吗?它如何知道我们手指的位置?为什么手机带贴膜可以用智能手机触屏棒,戴手套就不能正常使用?

目前市场上使用的触摸屏大多为电容式触摸屏。为了理解它是如何工作的,我们首先解释一下什么是电容器。

电容

1745年,荷兰莱顿大学的马森布罗克教授发明了莱顿瓶来储存电荷。

莱顿瓶的基本原理是:通过导电金属棒和金属链将电荷引入瓶内,瓶内外分别贴上金属箔。这样,电荷就会储存在瓶子里。现在我们知道,当瓶子里的金属箔带上正电荷时,如果瓶子外面的金属箔接地,外面的金属箔也会吸引同样数量的负电荷。正负电荷相互吸引,但由于玻璃瓶是绝缘体,防止它们被中和,因此电荷被储存起来。

1752年,印在百元钞票上的美国独立战争领袖富兰克林用莱顿瓶做了著名的“风筝实验”。他用风筝将天上的闪电引入莱顿瓶,证明闪电和天上地面的电是同一种物质。

事实上,一瓶不是用来储存电荷的。只要两个绝缘且靠近的导体能起同样的作用,我们就称它为电容器。最简单的电容器是平行板电容器。将两个金属板彼此靠近放置。一个板带正电,另一板带负电。由于电荷之间的吸引力,只要两个电极不通过外电路连接,电荷就不会跑掉。

电容器的中心是绝缘的。理论上,电流不能通过电容器。但是,在电容器充放电过程中,电容器极板上的电荷量会发生变化,可视为通过电容器的电流。

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例如,如果我们在电池的两极接一个不带电的电容,电容就会带电,即正电荷流入电容的上极板,负电荷流入电容的底板。电容器。除了电容器两极板之间的部分外,电路的其余部分都有电流。电流的方向定义为正电荷移动的方向。所以我们可以说电路中出现了顺时针方向的充电电流。该电流是瞬时的。当电容器的电压与电池的电压相同时,电流消失。类似于通讯设备,最初左侧的水位较高,水会流动。当两侧的水高度相同时,水将不再流动。

当电容器充满电后,即使我们断开电源,电容器上的电荷也不会消失。但是,如果我们直接用导线将电容器的两极板连接起来,正负电荷就会找到一条可以中和的路径,所以正负电荷就会通过这条路径中和,在电路中就会出现逆时针电流。电路。,此电流称为放电电流。放电电流也是瞬时的。电荷中和后,放电电流消失。

如果电容器反复充放电,电路中就会反复出现充电电流和放电电流,充电电流和放电电流的方向相反。这种电流就是我们之前讲的交流电。现在我们知道交流电可以通过电容器。

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我们知道测试笔可以测量电线是否带电。你有没有想过如果你站在椅子上用测试笔接触带电的电线,测试笔会不会亮?

由于人和地球是导体,椅子是绝缘体,家用电是交流电,所以可以通过电容器。即使你站在椅子上用测试笔接触火线,测试笔仍然会测量,表明仍有电流通过测试笔。还有人体。只是电流比较小,人体没什么感觉。

电容屏

现在我们终于可以解释电容式触摸屏的原理了。简单的电容屏是四层复合玻璃板加上一层ITO材料。ITO是一种铟锡氧化物材料,透明导电,适用于制造触摸屏。

当手指触摸屏幕的某一部分时,它会与ITO材料形成耦合电容,并改变接触处的电容。屏幕的四个角会有电线。由于交流电可以通过电容器,因此四根导线的电流会流向触点,电流的大小与到触点的距离有关。手机内部的芯片可以分析四个角的电流,通过计算就可以得到触点的位置。

更精致的电容屏是投射式电容屏。它使用蚀刻蜡烛的 ITO 阵列,蚀刻这些 ITO 层以形成多个水平和垂直电极。每个部分的ITO元件也有感应功能。

当手指触摸某个部位时,它与阵列电容耦合,改变屏幕上的电场。传感器和芯片分析电场中的电流变化,然后可以感测接触位置。与之前的四角电容屏相比,这款电容屏可以实现多点触控,应用范围更广。

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人的手指是导体,会影响电容屏,使用绝缘材料触摸电容屏将无法操作手机。手机贴膜也可以用。这是因为手指和ITO层原本不需要接触。中间有玻璃绝缘层。绝缘膜的效果和玻璃一样厚,电流依然可以流过手指和屏幕。由导体形成的电容器。但是,如果手套太厚,触摸触摸屏时手指离屏幕中的导体太远,电容比较小智能手机触屏棒,不足以被传感器感应到,所以不能用厚的手机操作手机。手套。

其实生活中电容式传感器有很多,比如厕所里常见的自动冲水装置和自动干手器,很多都采用了电容式感应。当人体靠近或离开时,人体与设备形成的电容会发生变化。传感器感应到这种变化,控制电路执行某些操作。

传感器在生活中几乎无处不在!

作者:李永乐:北京大学物理经济学双学士,清华大学电子工程硕士;北京中学物理教师/物理竞赛教练。经过十年的执教,先后培养了清华、北大两校学生200余人,其中国际奥运会、亚运会、全国奥运会金牌十余枚。“米提课堂”主讲人。

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