ورقة بيانات شاشة LED مقطعية 7 أجزاء LTC-2723JF - ارتفاع رقم 0.28 بوصة - لون أصفر برتقالي - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

LTC-2723JF هو وحدة عرض أبجدية رقمية عالية الأداء، رباعية الأرقام، مقطعية 7 أجزاء. وظيفتها الأساسية هي توفير قراءات رقمية وأبجدية محدودة واضحة ومشرقة في مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية. التطبيق الأساسي هو في الأجهزة التي تتطلب شاشة رقمية متعددة الأرقام مدمجة مع وضوح رؤية ممتاز، مثل أدوات القياس والاختبار، ولوحات التحكم الصناعية، ونقاط البيع، والإلكترونيات الاستهلاكية.

يتمثل التموضع الرئيسي للجهاز في توازنه بين الحجم والسطوع وكفاءة الطاقة. بارتفاع رقم 0.28 بوصة (7 مم)، يوفر عرضًا مقروءًا دون احتلال مساحة لوحة زائدة. يعد استخدام تقنية LED من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) ميزة كبيرة، حيث توفر كفاءة إضاءة فائقة ولونًا أصفر برتقاليًا متميزًا ومشبعًا مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل LED GaAsP القياسي. وينتج عن ذلك الفوائد الأساسية المتمثلة في السطوع العالي، والتباين الممتاز، وزاوية مشاهدة واسعة، مما يضمن إمكانية القراءة حتى في البيئات المضاءة بشكل ساطع أو من زوايا مائلة.

يشمل السوق المستهدف مصممي ومهندسي الأنظمة المدمجة، وأدوات القياس، والأجهزة الصناعية الذين يحتاجون إلى حل عرض موثوق وسهل الواجهة. يبسط تصميم المهبط المشترك متعدد الإرسال دائرة القيادة، مما يقلل من عدد دبابيس I/O الدقيقة المطلوبة والمكونات الخارجية، وهي ميزة حاسمة للتطبيقات الحساسة للتكلفة والمقيدة بالمساحة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تعريف الأداء البصري عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. المقياس الأساسي هو متوسط شدة الإضاءة (I_V)، وله قيمة نموذجية تبلغ 600 ميكروكانديلا عند تشغيله بتيار أمامي (I_F) قدره 1 مللي أمبير لكل قطعة. توفر المواصفات نطاقًا من حد أدنى 200 ميكروكانديلا إلى حد أقصى، مما يضمن مستوى أساسيًا من السطوع. يتم قياس هذه الشدة باستخدام مستشعر ومرشح معايرين لوظيفة لمعان CIE الضوئية، والتي تقارب الحساسية الطيفية للعين البشرية.

يتم تعريف خصائص اللون بواسطة معايير الطول الموجي. ذروة الطول الموجي للانبعاث (λ_p) هي نموذجيًا 611 نانومتر، والتي تقع ضمن المنطقة الصفراء البرتقالية من الطيف المرئي. الطول الموجي السائد (λ_d)، وهو مقياس أكثر ارتباطًا بالإدراك للون، هو نموذجيًا 605 نانومتر. عرض النصف الطيفي (Δλ) البالغ 17 نانومتر يشير إلى نطاق انبعاث ضيق نسبيًا، مما يساهم في نقاء وتشبع اللون الأصفر البرتقالي. نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m) محددة كحد أقصى 2:1، مما يعني أن فرق السطوع بين القطع يجب ألا يتجاوز عامل اثنين، مما يضمن مظهرًا موحدًا عبر الشاشة.

2.2 المعايير الكهربائية والحرارية

الخصائص الكهربائية حاسمة لتصميم الدائرة. الجهد الأمامي لكل قطعة (V_F) هو نموذجيًا 2.6 فولت عند تيار اختبار قياسي قدره 20 مللي أمبير. الحد الأدنى مدرج كـ 2.05 فولت. هذه المعلمة أساسية لحساب قيم مقاومات تحديد التيار ومتطلبات مصدر الطاقة. التيار العكسي لكل قطعة (I_R) هو حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت، مما يشير إلى خصائص التسرب للجهاز في حالة الإيقاف.

تحدد التصنيفات القصوى المطلقة الحدود التشغيلية. التيار الأمامي المستمر لكل قطعة مقدر بـ 25 مللي أمبير، ولكن يجب تخفيضه خطيًا فوق 25 درجة مئوية بمعدل 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية. للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة قدره 60 مللي أمبير في ظل ظروف محددة (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). الحد الأقصى لتبديد الطاقة لكل قطعة هو 70 ميلي واط. الجهاز مصنف لنطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية والبيئية الموسعة. تصنيف درجة حرارة اللحام يحدد أن الجهاز يمكنه تحمل 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ على مسافة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس، وهي معلومات بالغة الأهمية لعمليات تجميع PCB.

3. نظام التصنيف والفرز

تذكر ورقة البيانات بوضوح أن الجهاز "مصنف حسب شدة الإضاءة". يشير هذا إلى عملية فرز إنتاجية حيث يتم تصنيف الوحدات بناءً على قياس خرج الضوء في ظروف اختبار قياسية (على الأرجح I_Fالإرشاد الأساسي للتجميع المقدم هو مواصفة درجة حرارة اللحام: يمكن للجهاز تحمل 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ عند نقطة 1/16 بوصة (1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس. هذا تصنيف قياسي لعمليات لحام الموجة أو إعادة التدفق. يجب على المصممين التأكد من أن ملف تعريف تجميع PCB لا يتجاوز هذا الإجهاد الحراري. للحام اليدوي، يجب استخدام مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مع وقت تلامس أدنى لكل طرف.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات قسمًا لـ "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". على الرغم من أن المنحنيات المحددة غير مرفوعة في النص المقدم، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I_F-V_F):تُظهر هذه العلاقة غير الخطية كيف يزداد الجهد مع التيار. إنه أمر حيوي لتصميم دائرة القيادة لضمان عمل LED ضمن منطقته الآمنة والفعالة.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى I_V-I_F):يُظهر هذا المنحنى اعتماد خرج الضوء على تيار القيادة. يكون خطيًا بشكل عام على مدى معين ولكنه سيشبع عند التيارات الأعلى. وهذا يُعلم القرارات المتعلقة بقيادة الشاشة للحصول على سطوع مثالي مقابل استهلاك الطاقة والعمر الافتراضي.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا المنحنى كيف ينخفض خرج الضوء مع زيادة درجة حرارة التقاطع لـ LED. فهم هذا التخفيض بالاستطاعة أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يوضح الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة، متمركزًا حول الذروة 611 نانومتر، موضحًا نقاء اللون.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

يأتي الجهاز في عبوة شاشة LED قياسية. يوفر قسم "أبعاد العبوة" الرسم الميكانيكي التفصيلي، على الرغم من أن الأبعاد المليمترية المحددة غير مدرجة في مقتطف النص. تشير الملاحظة إلى أن جميع الأبعاد بالمليمترات مع تفاوتات ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذا الرسم أساسي لتصميم بصمة PCB، مما يضمن أن القطع في اللوحة الأمامية بحجم صحيح، وأن الأطراف تتماشى مع وسادات PCB.

تتميز العبوة بمظهر "وجه رمادي وقطع بيضاء"، مما يعزز التباين عن طريق تقليل الانعكاسات من المناطق غير المضاءة (الوجه) مع توفير سطح ناشر نظيف للقطع المضاءة. النقطة العشرية اليمنى مدمجة في العبوة. يتم تعريف القطبية بوضوح من خلال مخطط الأطراف وهندسة المهبط المشترك.

6. توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يستخدم LTC-2723JFتكوين مهبط مشترك متعدد الإرسال. هذا جانب تصميم حاسم. سيكشف مخطط الدائرة الداخلية (المشار إليه ولكن غير معروض) أن كل رقم من الأرقام الأربعة يشترك في اتصال المهبط الخاص به. يتم توصيل المصاعد للقطع المقابلة (A, B, C, D, E, F, G, DP) عبر جميع الأرقام معًا داخليًا.

التوصيل التفصيلي للأطراف هو كما يلي: الطرف 1 هو المهبط المشترك للرقم 1، الطرف 8 للرقم 4، الطرف 11 للرقم 3، والطرف 14 للرقم 2. الطرف 12 هو مهبط مشترك خاص لقطع النقطتين السفلى اليسرى، والوسطى السفلى، واليمنى السفلى (L1, L2, L3)، والتي تُستخدم على الأرجح لفصل الوقت (مثال: 12:34). يتم توزيع مصاعد القطع عبر أطراف أخرى (مثال: الطرف 13 لمصعد A و L1، الطرف 15 لمصعد B و L2، الطرف 2 لمصعد C و L3، الطرف 3 لـ DP، إلخ.). الأطراف 4 و 9 و 10 معلمة كـ "لا اتصال" أو "لا طرف". يجب اتباع مخطط الأطراف هذا بدقة لكي تعمل خطة الإرسال المتعدد بشكل صحيح.

7. إرشادات اللحام والتجميع

The primary assembly guideline provided is the soldering temperature specification: the device can withstand 260\u00b0C for 3 seconds at a point 1/16 inch (1.6 mm) below the seating plane. This is a standard rating for wave soldering or reflow soldering processes. Designers must ensure their PCB assembly profile does not exceed this thermal stress. For manual soldering, a temperature-controlled iron should be used with minimal contact time per pin.

تنطبق احتياطات التعامل العامة مع LED: تجنب الإجهاد الميكانيكي على عدسة الإيبوكسي، والحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) أثناء التعامل، والتخزين في بيئات مضادة للكهرباء الساكنة ومسيطر عليها الرطوبة إذا لم يتم الاستخدام فورًا بعد فتح العبوة المغلقة.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

التطبيق الأكثر شيوعًا يتم تشغيله بواسطة متحكم دقيق. بسبب تصميم المهبط المشترك متعدد الإرسال، يجب على المتحكم الدقيق استخدام تقنية المسح. يقوم بتعيين النمط لرقم واحد على خطوط المصعد المشتركة (القطع A-G, DP) ثم ينشط (يسحب التيار إلى الأرض) طرف المهبط المشترك المقابل لذلك الرقم. بعد فترة قصيرة (مثال: 1-5 مللي ثانية)، ينتقل إلى الرقم التالي، دائرًا عبر جميع الأرقام الأربعة بسرعة. تدرك العين البشرية هذا كشاشة مضاءة باستمرار بسبب استمرارية الرؤية. تقلل هذه الطريقة عدد دبابيس I/O المطلوبة من (7 قطع + 1 DP) * 4 أرقام = 32 طرفًا إلى 7 أطراف قطع + 4 أطراف أرقام + 3 أطراف نقطتين = 14 طرفًا، وهو توفير كبير.

تشمل المكونات الخارجية عادةً مقاومات تحديد التيار على التوالي مع كل خط مصعد قطعة. يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. لمصدر طاقة 5 فولت، V_Fنموذجي 2.6 فولت، و I_Fمطلوب 10 مللي أمبير، سيكون المقاوم (5 - 2.6) / 0.01 = 240 أوم. نظرًا لأن الشاشة متعددة الإرسال، يمكن أن يكون التيار اللحظي خلال وقت النشاط لكل رقم أعلى لتحقيق نفس متوسط السطوع؛ على سبيل المثال، التشغيل بذروة 40 مللي أمبير خلال دورة عمل 25% ينتج متوسط 10 مللي أمبير.

8.2 ملاحظات التصميم وأفضل الممارسات

• اختيار السائق:تأكد من أن المتحكم الدقيق أو IC السائق المخصص يمكنه سحب تيار كافٍ لأطراف المهبط المشترك (مجموع التيارات لجميع القطع المضاءة في رقم واحد).
• معدل التحديث:حافظ على معدل تحديث إجمالي أعلى من 60 هرتز لتجنب الوميض المرئي. مع 4 أرقام، يجب أن يكون وقت مسح كل رقم أقل من ~4 مللي ثانية.
• التحكم في السطوع:يمكن التحكم في السطوع بسهولة في البرنامج عن طريق ضبط دورة عمل الإرسال المتعدد أو تيار القيادة الذروة (ضمن الحدود المطلقة).
• تسلسل الطاقة:تجنب تطبيق إشارات على مصاعد القطع عندما لا يكون أي مهبط نشطًا، لأن هذا يمكن أن يسبب حالات غير محددة وإغلاقًا محتملًا.
• زاوية المشاهدة:استفد من زاوية المشاهدة الواسعة عن طريق تركيب الشاشة بشكل عمودي على خط البصر الأساسي المتوقع للمستخدم.

9. المقارنة التقنية والمزايا

مقارنة بشاشات LED الحمراء القديمة من نوع GaAsP، توفر تقنية AlInGaP في LTC-2723JF كفاءة إضاءة أعلى بكثير. وهذا يعني أنها تنتج ضوءًا أكثر (خرج كانديلا أعلى) لنفس تيار الإدخال الكهربائي، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة لسطوع معين أو سطوع أقصى أعلى. غالبًا ما يُنظر إلى اللون الأصفر البرتقالي (605-611 نانومتر) بشكل ذاتي على أنه أكثر سطوعًا وجذبًا للانتباه من الأحمر القياسي، وقد يقدم أداءً أفضل في البيئات ذات الضوء الأحمر المحيط.

مقارنة بشاشات الأرقام الأكبر حجمًا، يوفر الحجم 0.28 بوصة بصمة مدمجة مثالية للأجهزة المحمولة أو المزدحمة بكثافة. مقارنة بشاشات الكريستال السائل (LCD)، توفر شاشة LED هذه سطوعًا فائقًا، وزوايا مشاهدة أوسع، وأوقات استجابة أسرع، ولا تتطلب إضاءة خلفية، مما يبسط التصميم. المقايضة الرئيسية لها هي استهلاك طاقة أعلى من شاشة LCD، خاصة عندما تكون عدة قطع مضاءة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: كيف أحسب قيمة مقاوم تحديد التيار الصحيحة؟

ج: استخدم الصيغة R = (V_CC- V_F) / I_F. استخدم V_Fالنموذجي من ورقة البيانات (2.6 فولت) للحساب الأولي. اختر I_Fبناءً على السطوع المطلوب، مع البقاء أقل من الحد الأقصى المستمر 25 مللي أمبير. تذكر أن هذا لكل قطعة. للتصميم متعدد الإرسال، سيكون I_Fاللحظي أعلى لتحقيق نفس متوسط السطوع.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بتيار ثابت (غير متعدد الإرسال)؟

ج: تقنيًا نعم، عن طريق توصيل مهبط كل رقم على حدة بالأرض وتشغيل القطع مباشرة. ومع ذلك، يتطلب هذا العديد من دبابيس I/O الإضافية (32+) وغير فعال للغاية من حيث موارد المتحكم الدقيق واستهلاك الطاقة. تصميم الإرسال المتعدد هو حالة الاستخدام المقصودة والمثلى.

س: ما هو الغرض من "نسبة مطابقة شدة الإضاءة"؟

ج: تضمن هذه النسبة 2:1 التوحيد البصري. تضمن عدم أن تكون أي قطعة داخل الجهاز أكثر سطوعًا بمرتين من أي قطعة أخرى عند التشغيل في نفس الظروف. هذا يمنع ظهور بعض الأرقام أو القطع بشكل ملحوظ أكثر خفوتًا أو سطوعًا، مما قد يشتت الانتباه بصريًا.

س: هل مبرد حراري مطلوب؟

ج: للتشغيل العادي ضمن حدود التيار ودرجة الحرارة المحددة، لا يلزم مبرد حراري. الحد الأقصى لتبديد الطاقة 70 ميلي واط لكل قطعة يتم إدارته بسهولة بواسطة عبوة الجهاز ومسارات PCB في الظروف النموذجية. تأكد من التهوية الكافية إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية قريبة من الحد الأقصى للتصنيف.

11. مثال عملي للتصميم والاستخدام

سيناريو: تصميم قراءة مقياس رقمي متعدد.LTC-2723JF هو خيار ممتاز لعرض مقياس متعدد 4 أرقام. سيتضمن التصميم متحكمًا دقيقًا مع محول تناظري إلى رقمي (ADC) يقيس الجهد، التيار، أو المقاومة. يعالج المتحكم الدقيق القراءة ويحولها إلى رموز مقطعية 7 أجزاء مناسبة للأرقام الأربعة، معالجة موضع النقطة العشرية بناءً على النطاق.

ينفذ البرنامج الثابت مقاطعة مؤقت لإدارة مسح الإرسال المتعدد. يتم تكوين أربعة دبابيس متحكم دقيق كمخرجات مفتوحة المصرف أو سحب قوية متصلة بمهبطات الأرقام الأربعة (الأطراف 1، 14، 11، 8). يتم تكوين سبعة دبابيس أخرى كمخرجات دفع-سحب متصلة عبر مقاومات تحديد تيار 180 أوم إلى مصاعد القطع (A، B، C، D، E، F، G). سيتم توصيل مصعد DP (الطرف 3) إلى طرف ثامن إذا لزم الأمر.

كل 2.5 مللي ثانية (لمعدل تحديث إجمالي 100 هرتز)، تنطلق مقاطعة المؤقت. يقوم البرنامج الثابت بإيقاف جميع مهبطات الأرقام، وتحديث مخرجات مصاعد القطع لعرض النمط للرقم التالي في التسلسل، ثم ينشط فقط طرف المهبط لذلك الرقم. تتكرر هذه العملية باستمرار. يوفر اللون الأصفر البرتقالي تباينًا عاليًا مقابل الوجه الرمادي، مما يضمن إمكانية القراءة في ظروف إضاءة مختلفة يواجهها المقياس المحمول باليد.

12. مبدأ التشغيل

المبدأ الأساسي هو الإضاءة الكهربائية في وصلة P-N شبه موصلة. مادة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) هي شبه موصل ذو فجوة نطاق مباشرة. عند انحياز أمامي (جهد موجب على المصعد بالنسبة للمهبط)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع N والثقوب من المنطقة من النوع P في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث — في هذه الحالة، أصفر برتقالي (~605-611 نانومتر). يعمل الوجه الرمادي ومادة القطعة البيضاء كمشتت ومعزز تباين، يشكلان ويوجهان الضوء من رقائق LED الصغيرة إلى القطع المعروفة.

13. اتجاهات السياق والتكنولوجيا

تمثل تقنية LED من نوع AlInGaP تقدمًا كبيرًا مقارنة بمواد LED السابقة مثل GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم) للألوان الحمراء والبرتقالية والصفراء. توفر كفاءة كمية داخلية فائقة للغاية واستقرارًا حراريًا، مما يعني تحويل المزيد من الطاقة الكهربائية إلى ضوء والحفاظ على السطوع بشكل أفضل على نطاق درجة حرارة واسع. مكنت هذه التكنولوجيا من تطوير LED عالي السطوع والكفاءة مناسب للتطبيقات الخارجية والسيارات قبل وقت طويل من اعتماد LED الأبيض عالي الطاقة على نطاق واسع.

بينما تستخدم الشاشات الحديثة غالبًا OLED مصفوفة النقاط أو TFT LCD للرسومات الكاملة، تظل شاشة LED المقطعية 7 أجزاء ذات صلة عالية بسبب بساطتها الشديدة، ومتانتها، وتكلفتها المنخفضة، وملاءمتها المثالية للقراءات الرقمية البحتة. يركز اتجاه تطورها على زيادة الكفاءة (لومن لكل واط)، وتحسين نسب التباين (وجوه أغمق، قطع أكثر سطوعًا)، وتقديم مجموعة أوسع من أحجام العبوات والألوان ضمن أنظمة مواد AlInGaP و InGaN (للأزرق/الأخضر/الأبيض). تقنية الإرسال المتعدد المستخدمة في أجهزة مثل LTC-2723JF هي حل كلاسيكي ودائم لمشكلة التحكم في عناصر عرض متعددة بعدد محدود من خطوط التحكم.