ورقة بيانات شاشة العرض LED طراز LTS-313AJD - ارتفاع الرقم 0.3 بوصة - لون أحمر مفرط - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات وحدة عرض أبجدية رقمية مدمجة ذات رقم واحد وسبعة مقاطع. تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب إشارة رقمية واضحة وساطعة مع استهلاك طاقة ضئيل. تتمحور فلسفة التصميم الأساسية حول توفير قابلية قراءة وموثوقية ممتازة في شكل صغير الحجم.

يستخدم العرض مواد أشباه موصلات متقدمة لتحقيق ناتجه المميز. يتم تصنيفه لشدة إضاءة متسقة، مما يضمن الانتظام في الإنتاج على دفعات والأداء المتوقع في تطبيقات المستخدم النهائي.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا العرض متطلبات التيار المنخفضة جدًا، مما يجعله مناسبًا للدوائر التي تعمل بالبطارية أو الحساسة للطاقة. يضمن السطوع العالي ونسبة التباين، جنبًا إلى جنب مع زاوية مشاهدة واسعة، إمكانية القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة ومن منظورات مختلفة. يوفر البناء ذو الحالة الصلبة موثوقية متأصلة وعمر تشغيلي طويل مقارنة بعروض العرض الميكانيكية أو القائمة على الفتيل.

يضع ارتفاع الرقم 0.3 بوصة هذا المنتج بشكل مثالي للأجهزة المحمولة، والإلكترونيات الاستهلاكية، وعدادات اللوحات، وواجهات التحكم الصناعي، وأي نظام مضمن حيث تكون المساحة محدودة ولكن التغذية الراجعة الرقمية الواضحة ضرورية. يساهم تصميم المقاطع المستمر والموحد في مظهر ممتاز للأحرف، مما يعزز تجربة المستخدم.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً موضوعيًا ومفصلاً للمعايير الكهربائية والبصرية والفيزيائية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

تعتمد العناصر الباعثة للضوء على تقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم الإنديوم الغاليوم (AlInGaP)، وتحديداً في صيغة اللون الأحمر المفرط. يُعرف نظام المواد هذا بكفاءته العالية واستقراره الجيد لدرجة الحرارة في منطقة الطول الموجي الأحمر البرتقالي.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):تتراوح من 200 إلى 600 ميكروكانديلا (μcd) عند تيار اختبار قياسي قدره 1 مللي أمبير. يحدد هذه المعلمة السطوع الملحوظ. يشير التصنيف المذكور إلى أن الأجهزة يتم فرزها أو تصنيفها بناءً على الشدة المقاسة لتقع ضمن هذا النطاق المضمون.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_p):عادة 650 نانومتر (نانومتر). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة البصرية في الحد الأقصى.
• الطول الموجي السائد (λ_d):عادة 639 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية وهو المقياس الرئيسي لتحديد اللون (الأحمر المفرط).
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):حوالي 20 نانومتر. يشير هذا إلى النقاء الطيفي أو انتشار الأطوال الموجية المنبعثة حول الذروة. قيمة 20 نانومتر هي سمة مميزة لمصابيح LED من نوع AlInGaP.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة:محددة كحد أقصى 2:1. هذه معلمة حرجة للعروض متعددة الأرقام أو التطبيقات التي تستخدم مقاطع متعددة، مما يضمن أن تباين السطوع بين ألمع مقطع وأخفت مقطع لا يتجاوز هذه النسبة، مما يوفر مظهرًا موحدًا.

2.2 المعلمات الكهربائية

تحدد الخصائص الكهربائية حدود التشغيل والظروف النموذجية للجهاز.

• الجهد الأمامي لكل مقطع (V_F):عادة 2.1 فولت، بحد أقصى 2.6 فولت، مقاسة عند تيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر مقطع مضاء. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة القيادة يمكنها توفير جهد كافٍ.
• التيار الأمامي المستمر لكل مقطع (I_F):الحد الأقصى المطلق للتصنيف هو 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. يتم تطبيق عامل تخفيض قدره 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية، مما يعني أن التيار المستمر المسموح به يتناقص مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الذروة الأمامي:يُسمح بتيار نابض يصل إلى 90 مللي أمبير تحت ظروف محددة (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يمكّن من مخططات التعدد أو دفقات قصيرة من سطوع أعلى.
• الجهد العكسي (V_R):الحد الأقصى 5 فولت. تجاوز هذا يمكن أن يتلف وصلة LED. يجب أن تتضمن تصميمات الدوائر حماية إذا كان الجهد العكسي ممكنًا.
• التيار العكسي (I_R):الحد الأقصى 100 ميكرو أمبير عند الجهد العكسي الكامل البالغ 5 فولت، مما يشير إلى تيار التسرب في حالة الإيقاف.
• تبديد الطاقة لكل مقطع:الحد الأقصى 70 ميغاواط. هذا الحد الحراري، جنبًا إلى جنب مع تخفيض التيار، أمر بالغ الأهمية لحسابات الموثوقية.

2.3 تصنيفات الحرارة والبيئة

• نطاق درجة حرارة التشغيل:-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. تم تصنيف الجهاز لبيئات من الدرجة الصناعية.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:حد أقصى 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. هذا إرشاد قياسي لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق لتجنب التلف الحراري للعبوة أو الرقاقة.

3. شرح نظام التصنيف

تنص ورقة البيانات صراحةً على أن الجهاز \"مصنف لشدة الإضاءة\". يشير هذا إلى ممارسة شائعة في تصنيع LED تُعرف باسم \"التصنيف\".

بسبب الاختلافات الطفيفة المتأصلة في نمو الأغشية الرقيقة لأشباه الموصلات وعملية التصنيع، يمكن أن يكون لمصابيح LED من نفس الدفعة الإنتاجية اختلافات طفيفة في معايير رئيسية مثل شدة الإضاءة والجهد الأمامي. لضمان الاتساق للعملاء، يختبر المصنعون كل LED ويفرزونها إلى مجموعات أداء مختلفة أو \"فئات\". المنتج المصنف لشدة الإضاءة يعني أن الوحدات مضمونة لتلبية نطاق الشدة المحدد (200-600 μcd في هذه الحالة)، وغالبًا ما يمكن طلب فئات أضيق ضمن هذا النطاق للتطبيقات ذات الانتظام العالي. على الرغم من عدم تفصيلها في ورقة البيانات الموجزة هذه، يمكن أن تشمل معلمات التصنيف الشائعة الأخرى الطول الموجي السائد (لاتساق اللون) والجهد الأمامي.

4. تحليل منحنى الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص النموذجية. بينما لا يتم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص، يمكننا استنتاج محتواها وأهميتها القياسية بناءً على المعلمات المدرجة.

4.1 منحنى التيار مقابل الجهد (I-V)

سيظهر منحنى I-V النموذجي العلاقة الأسية بين التيار الأمامي والجهد الأمامي. سيمر المنحنى عبر نقطة V_Fالنموذجية البالغة 2.1 فولت عند 20 مللي أمبير. هذا المنحنى ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار، سواء باستخدام مقاوم بسيط أو محرك تيار ثابت.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (I_Vمقابل I_F)

سيظهر هذا الرسم البياني كيف يزداد السطوع مع التيار. يكون خطيًا عادةً على مدى معين ولكنه سيشبع عند تيارات أعلى بسبب الانخفاض الحراري والكفاءة. سيظهر المنحنى الشدة عند حالة الاختبار البالغة 1 مللي أمبير ويوضح الأداء حتى الحد الأقصى للتيار المستمر.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

ستوضح منحنيات الخصائص الملاحظة عند درجات حرارة غير 25 درجة مئوية الاعتماديات الرئيسية:

• الجهد الأمامي مقابل درجة الحرارة:لمصابيح LED من نوع AlInGaP، عادةً ما ينخفض V_Fمع زيادة درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سالب). هذا مهم لإدارة الحرارة وتصميم محرك التيار الثابت.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة:ينخفض ناتج الشدة عمومًا مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. يرتبط تخفيض التيار المستمر مباشرة بإدارة هذا التأثير الحراري للحفاظ على السطوع وطول العمر.

4.4 التوزيع الطيفي

سيصور الرسم الطيفي توزيع طاقة الضوء المنبعث عبر الأطوال الموجية، متمركزًا حول 650 نانومتر (الذروة) بعرض نصف 20 نانومتر، مما يؤكد نقطة اللون الأحمر المفرط.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

يتميز الجهاز بوجه رمادي مع مقاطع بيضاء، مما يعزز التباين عن طريق تقليل انعكاس الضوء المحيط. يتم توفير أبعاد العبوة بالمليمترات مع تسامح قياسي يبلغ ±0.25 مم. البصمة الدقيقة وتباعد المسامير أمران بالغان الأهمية لتخطيط PCB. يؤكد مخطط الدائرة الداخلي على تكوين الكاثود المشترك لجميع المقاطع والنقاط العشرية. هذا يعني أن جميع الكاثودات (الأطراف السالبة) لمقاطع LED متصلة داخليًا بمسامير مشتركة (1 و 6)، بينما لكل أنود مقطع (الطرف الموجب) مساره المخصص. هذا التكوين شائع ويبسط التعدد في التطبيقات التي تعمل بواسطة المتحكم الدقيق.

6. توصيل المسامير وواجهة الدائرة

يحتوي الجهاز ذو الـ 10 مسامير على التوصيل التالي:

1. الكاثود المشترك
2. أنود F (المقطع العلوي)
3. أنود G (المقطع المركزي)
4. أنود E (المقطع السفلي الأيسر)
5. أنود D (المقطع السفلي)
6. الكاثود المشترك (متصل داخليًا بالطرف 1)
7. أنود RDP (النقطة العشرية اليمنى)
8. أنود C (المقطع السفلي الأيمن)
9. أنود B (المقطع العلوي الأيمن)
10. أنود A (المقطع العلوي)

ملاحظة: تذكر ورقة البيانات أيضًا \"النقطة العشرية اليمنى واليسرى\"، مما يشير إلى أن الجهاز يتضمن نقاط عشرية يمينية ويسارية، على الرغم من أن أنود النقطة العشرية اليمنى (RDP) فقط هو المدرج في جدول توصيل المسامير. من المحتمل أن تكون النقطة العشرية اليسرى متصلة داخليًا بأنود مقطع آخر أو غير قابلة للوصول بشكل منفصل في هذا الإصدار. يسمح اتصال الكاثود المشترك على المسامير 1 و 6 بالمرونة في توجيه PCB وتبديد الحرارة.

7. إرشادات اللحام والتجميع

الإرشاد الرئيسي المقدم هو حد درجة حرارة اللحام: 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ على بعد 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس. يتوافق هذا مع إرشادات IPC القياسية للمكونات ذات الثقوب. بالنسبة للحام الموجي، يعني هذا التحكم في وقت التسخين المسبق والاتصال. بالنسبة للحام اليدوي، يجب استخدام مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة لتجنب تطبيق الحرارة لفترات طويلة. يجب مراعاة احتياطات ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) القياسية أثناء التعامل، حيث أن مصابيح LED حساسة للكهرباء الساكنة. يجب أن يكون التخزين ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد في بيئة منخفضة الرطوبة.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• أجهزة القياس المتعددة المحمولة ومعدات الاختبار:سحب التيار المنخفض مثالي لعمر البطارية.
• الأجهزة الاستهلاكية:الموقتات، قراءات درجة الحرارة على الأفران أو السخانات.
• لوحات التحكم الصناعية:مؤشرات الحالة، عروض العدادات.
• عروض السيارات التكميلية:للعدادات المساعدة (الجهد، درجة الحرارة).
• مجموعات التعليم والنماذج الأولية:بسبب بساطته وواجهته الشائعة.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي أو محرك تيار ثابت لكل أنود مقطع. يمكن حساب قيمة المقاومة كـ R = (جهد التغذية - V_F) / I_F. لتغذية 5 فولت واستهداف 10 مللي أمبير مع V_Fنموذجي قدره 2.1 فولت: R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290 أوم. سيكون المقاوم القياسي 270 أوم أو 330 أوم مناسبًا.
• التعدد:للعروض متعددة الأرقام، يمكن بسهولة تعدد تكوين الكاثود المشترك. من خلال تمكين الكاثود المشترك لكل رقم على التوالي وعرض بيانات المقطع لذلك الرقم، يمكن التحكم في العديد من الأرقام باستخدام عدد أقل من مسامير الإدخال/الإخراج. يسمح تصنيف تيار الذروة بتيارات نابضة أعلى خلال دورة التعدد لتحقيق سطوع متوسط.
• واجهة المتحكم الدقيق:يتطلب عادةً 8 خطوط إدخال/إخراج (7 مقاطع + 1 عشري) لكل رقم إذا لم يتم تعددها، بالإضافة إلى ترانزستور أو IC محرك لاستنزاف تيار الكاثود المشترك، وهو مجموع التيارات لجميع المقاطع المضاءة في ذلك الرقم.
• زاوية المشاهدة:تسمح زاوية المشاهدة الواسعة بوضعيات تركيب مرنة، ولكن للحصول على أفضل قابلية للقراءة، ضع في الاعتبار خط رؤية المستخدم الأساسي.

9. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل العروض المتوهجة أو الفلورية المفرغة (VFDs)، يقدم عرض LED هذا استهلاكًا للطاقة أقل بكثير، وعمرًا أطول، ومقاومة أعلى للصدمات/الاهتزازات. ضمن عائلة عرض LED، يوفر استخدام AlInGaP للون الأحمر المفرط مزايا على مصابيح LED الحمراء الأقدم من نوع GaAsP، حيث يوفر عادةً كفاءة أعلى (مزيد من الضوء لكل مللي أمبير)، واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة، ولونًا أحمر أكثر تشبعًا. حجم 0.3 بوصة أصغر من العروض الشائعة 0.5 بوصة أو 0.56 بوصة، مما يوفر كثافة أعلى أو تصميمات أكثر إحكاما. متطلبات التيار المنخفضة (الفعالة حتى عند 1 مللي أمبير) هي ميزة تمييز رئيسية للتصميمات المقيدة بالطاقة مقارنة بالعروض التي تتطلب 5-20 مللي أمبير لكل مقطع للسطوع القياسي.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

10.1 ما هو الغرض من طرفي الكاثود المشترك (1 و 6)؟

هما متصلان داخليًا. يوفر الطرفان توزيعًا أفضل للتيار، ويقللان من كثافة التيار لكل طرف، ويساعدان في مرونة تخطيط PCB (التوجيه من أي جانب)، ويمكن أن يحسنا تبديد الحرارة من الرقاقة.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا العرض مباشرة من طرف المتحكم الدقيق؟

يمكنك توصيل أنودات المقاطع بأطراف إخراج المتحكم الدقيق، لكنكيجبتضمين مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل طرف. لا يمكن لطرف المتحكم الدقيق وحده تحديد التيار بأمان. علاوة على ذلك، من المحتمل أن يتجاوز تيار الكاثود المشترك (حتى 25 مللي أمبير × عدد المقاطع المضاءة) قدرة استنزاف طرف واحد من المتحكم الدقيق، مما يتطلب ترانزستورًا خارجيًا أو IC محرك (مثل ULN2003) لتبديل الكاثود.

10.3 ماذا يعني \"أحمر مفرط\" مقارنة بالأحمر القياسي؟

\"الأحمر المفرط\" هو مصطلح تسويقي يستخدم غالبًا لمصابيح LED من نوع AlInGaP ذات طول موجي سائد حوالي 630-640 نانومتر. يظهر كأحمر أعمق، مع لون برتقالي أكثر مقارنة بـ \"الأحمر العميق\" ذو الطول الموجي الأطول قليلاً (660-670 نانومتر) أو \"الأحمر\" القياسي الأقصر والأكثر برتقالية (620-625 نانومتر). يوفر توازنًا جيدًا بين السطوع البصري والتمييز اللوني.

10.4 كيف أحقق سطوعًا موحدًا عبر جميع الأرقام في تصميم متعدد الأرقام؟

استخدم تقنية التعدد وتأكد من أن مقاومات تحديد التيار متطابقة لجميع المقاطع المقابلة عبر الأرقام. يساعد مواصفة نسبة مطابقة الشدة (2:1 كحد أقصى) في ورقة البيانات، ولكن للحصول على أفضل النتائج، استخدم مصابيح LED من نفس فئة الإنتاج أو نفذ معايرة سطوع برمجية إذا كان محركك يسمح بتعديل عرض النبضة (PWM).

11. مثال على تصميم وحالة استخدام

السيناريو: تصميم عرض فولتميتر بسيط مكون من 3 أرقام.

1. طوبولوجيا الدائرة:استخدم ثلاثة عروض LTS-313AJD في تكوين متعدد. يتم توصيل أنودات المقاطع (A-G، DP) للعروض الثلاثة على التوازي. يتم توصيل طرفي الكاثود المشترك لكل عرض بمجمع ترانزستور NPN منفصل (مثل 2N3904)، مع الباعث إلى الأرض. يتم تشغيل قاعدة الترانزستور بواسطة طرف المتحكم الدقيق عبر مقاوم قاعدة.
2. دور المتحكم الدقيق:يقرأ ADC الجهد. يحول البرنامج الثابت القيمة إلى ثلاثة أرقام. ثم يدخل في حلقة سريعة: يقوم بإيقاف تشغيل جميع ترانزستورات الكاثود، وإخراج نمط المقطع للرقم 1 إلى خطوط الأنود المتوازية (عبر مقاومات على التوالي)، وتشغيل ترانزستور الكاثود للرقم 1، والانتظار لفترة قصيرة (مثل 2 مللي ثانية)، ثم التكرار للرقم 2 والرقم 3. تتكرر الدورة بسرعة كافية (مثل >60 هرتز) لتظهر كعرض ثابت وخالٍ من الوميض.
3. الحسابات:إذا تم تشغيل كل مقطع عند 5 مللي أمبير خلال وقت نشاطه، وكانت ثلاثة مقاطع مضاءة لكل رقم (مثل عرض \"1\")، فإن تيار الذروة لكل مقطع هو 5 مللي أمبير. متوسط التيار لكل مقطع هو 5 مللي أمبير / 3 (للتعدد بثلاثة أرقام) ≈ 1.67 مللي أمبير، وهو ضمن الحدود جيدًا ويحافظ على الطاقة. يجب أن يستنزف ترانزستور الكاثود 3 مقاطع * 5 مللي أمبير = 15 مللي أمبير، وهو ما يمكن التعامل معه بسهولة.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

شاشة عرض LED ذات سبعة مقاطع هي مجموعة من الثنائيات الباعثة للضوء مرتبة في نمط رقم ثمانية. كل ثنائي (مقطع) هو جهاز أشباه موصلات من نوع p-n. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الوصلة (حوالي 2.1 فولت لهذا النوع من AlInGaP)، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات، والتي تم هندستها في مركب AlInGaP. من خلال تطبيق التيار بشكل انتقائي على مجموعات مختلفة من المقاطع السبعة (من A إلى G)، يمكن تشكيل الأرقام 0-9 وبعض الحروف. يربط تكوين الكاثود المشترك جميع الجوانب السالبة لهذه الثنائيات داخليًا، مما يبسط التحكم الخارجي.

13. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل عروض LED المنفصلة ذات السبعة مقاطع مثل هذه تكنولوجيا ناضجة وموثوقة. تتجه الاتجاهات الحالية في تكنولوجيا العرض نحو تكامل أعلى، مثل وحدات متعددة الأرقام مع وحدات تحكم مدمجة (مثل محركات TM1637 أو MAX7219) التي تتواصل عبر I2C أو SPI، مما يقلل بشكل كبير من إدخال/إخراج المتحكم الدقيق والحمل البرمجي. هناك أيضًا تحول نحو عرض LED العضوي (OLED) والعروض المرنة للرسومات الأكثر تعقيدًا. ومع ذلك، للإشارة الرقمية البسيطة والساطعة ومنخفضة التكلفة والطاقة في البيئات القاسية (نطاق درجة حرارة واسع، سطوع عالٍ مطلوب)، تظل مقاطع LED المنفصلة حلاً مهيمناً ومثاليًا. يستمر التطوير المستمر في مواد LED، مثل AlInGaP و InGaN (للأزرق/الأخضر) الأكثر كفاءة، في تحسين الكفاءة والسطوع وخيارات الألوان لهذه العروض.