ورقة بيانات شاشة LED طراز LTC-5623JD - ارتفاع الرقم 0.56 بوصة - لون أحمر فائق - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTC-5623JD هي وحدة عرض ثنائي باعث للضوء (LED) رباعية الأرقام وسباعية المقاطع. وظيفتها الأساسية هي توفير قراءة رقمية واضحة ومشرقة لمختلف الأجهزة الإلكترونية وأجهزة القياس. التطبيق الأساسي هو في السيناريوهات التي تتطلب عرض البيانات الرقمية، كما في معدات الاختبار، ولوحات التحكم الصناعية، والأجهزة المنزلية، وأجهزة القياس ذات اللوحات.

يتمثل التموضع الرئيسي للجهاز في توازنه بين حجم الحرف، والسطوع، والموثوقية. يستخدم تقنية أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لرقائق LED الخاصة به، وبالتحديد بلون أحمر فائق. تقدم هذه التقنية مزايا في الكفاءة وشدة الإضاءة مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP القياسي. تتميز الشاشة بوجه رمادي مع علامات مقاطع بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة.

تشمل مزاياها الأساسية، كما هو مذكور في ورقة البيانات، مظهر المقطع الموحد المستمر، وانخفاض متطلبات الطاقة، ومظهر الأحرف الممتاز، والسطوع والتباين العاليين، وزاوية مشاهدة واسعة، وموثوقية الحالة الصلبة. كما يتم تصنيف الجهاز وفقًا لشدة الإضاءة ويُقدم في عبوة خالية من الرصاص متوافقة مع توجيهات RoHS.

2. المواصفات الفنية والتفسير الموضوعي

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه المعلمات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. وهي ليست شروطًا للتشغيل العادي.

• تبديد الطاقة لكل مقطع:70 ملي واط. هذا هو الحد الأقصى المسموح به لفقد الطاقة كحرارة لمقطع واحد (مثل المقطع 'A'). تجاوز هذا يمكن أن يسخن التقاطع شبه الموصل بشكل زائد.
• التيار الأمامي الذروي لكل مقطع:90 مللي أمبير. يُسمح بهذا فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). وهو مفيد في أنظمة التعدد حيث يُستخدم تيار لحظي أعلى لتحقيق سطوع ملحوظ.
• التيار الأمامي المستمر لكل مقطع:25 مللي أمبير عند درجة حرارة 25°مئوية. يتناقص هذا التيار خطيًا بمقدار 0.28 مللي أمبير/°مئوية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (Ta) فوق 25°مئوية. على سبيل المثال، عند 85°مئوية، سيكون الحد الأقصى للتيار المستمر تقريبًا: 25 مللي أمبير - ((85°مئوية - 25°مئوية) * 0.28 مللي أمبير/°مئوية) = 8.2 مللي أمبير.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35°مئوية إلى +105°مئوية. يمكن للجهاز العمل والتخزين ضمن هذا النطاق الكامل.
• درجة حرارة اللحام:بحد أقصى 260°مئوية لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية والوصلات السلكية الداخلية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°مئوية.

• شدة الإضاءة المتوسطة (Iv):320 ميكرو كانديلا (الحد الأدنى)، 700 ميكرو كانديلا (النموذجي) عند تيار أمامي (IF) قدره 1 مللي أمبير. هذا يقيس ناتج الضوء. يتم فرز/تصنيف الجهاز بناءً على هذه المعلمة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λp):650 نانومتر (النموذجي) عند IF=20mA. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه الناتج الطيفي أقوى.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (النموذجي) عند IF=20mA. هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ فالقيمة الأصغر تعني ضوءًا أكثر أحادية اللون.
• الطول الموجي السائد (λd):639 نانومتر (النموذجي) عند IF=20mA. هذا هو الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية، والذي يحدد لون 'الأحمر الفائق'.
• الجهد الأمامي لكل مقطع (Vf):2.1 فولت (الحد الأدنى)، 2.6 فولت (النموذجي) عند IF=20mA. هذا هو انخفاض الجهد عبر المقطع المضاء. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار.
• التيار العكسي لكل مقطع (Ir):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند جهد عكسي (Vr) قدره 5 فولت. هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط؛ لا يُقصد بالجهاز العمل في انحياز عكسي مستمر.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (Iv-m):2:1 (الحد الأقصى). تحدد هذه النسبة القصوى المسموح بها بين ألمع مقطع وأخفت مقطع داخل جهاز واحد، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

3. نظام الفرز والتصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز \"مصنف حسب شدة الإضاءة\". هذا يعني أن الوحدات يتم فرزها (وضعها في صناديق) بناءً على ناتج الضوء المقاس عند تيار اختبار قياسي (عادة 1 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير). بينما لا يتم توفير رموز الصناديق المحددة في هذا المقتطف، تشمل الممارسة الشائعة رموزًا أبجدية رقمية (مثل B1، B2، C1) تمثل نطاقات شدة الإضاءة. هذا يسمح للمصممين باختيار شاشات ذات مستويات سطوع متسقة لتطبيقهم. تضمن نسبة مطابقة الشدة الضيقة 2:1 أيضًا اتساقًا بصريًا عبر جميع مقاطع الرقم الواحد وبين الأرقام.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى \"منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية\" في الصفحة الأخيرة. على الرغم من عدم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص، يمكننا استنتاج محتواها القياسي بناءً على تقنية LED:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):سيظهر هذا الرسم البياني العلاقة الأسية النموذجية للثنائي. يسمح المنحنى للمصممين بتحديد جهد القيادة اللازم لتيار تشغيل مرغوب، وهو أمر أساسي لتصميم مشغلات التيار الثابت المستقرة.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى I-L):يُظهر هذا كيف يزداد ناتج الضوء مع التيار. يكون خطيًا بشكل عام على مدى معين ولكنه سيشبع عند تيارات عالية جدًا بسبب الانخفاض الحراري والكفاءة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا المنحنى كيف ينخفض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. فهم هذا الانخفاض بالتصنيف أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر الذروة عند ~650 نانومتر ونصف العرض ~20 نانومتر، مما يؤكد مواصفات اللون الأحمر الفائق.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

يبلغ ارتفاع الرقم في الجهاز 0.56 بوصة (14.2 مم). سيوفر الرسم البعدي (غير مفصل بالكامل في النص) القياسات الحرجة لتصميم بصمة اللوحة المطبوعة (PCB): الطول والعرض والارتفاع الإجماليين؛ المسافة بين الأرقام؛ أبعاد المقاطع؛ وطول الأطراف وقطرها وتباعدها. تشير الملاحظات إلى أن جميع الأبعاد بالميليمترات مع تسامح عام ±0.25 مم. ملاحظة حرجة هي تسامح انزياح طرف الطرف ±0.4 مم، مما ينصح بتصميم ثقوب أطراف اللوحة الأم بقطر (ψ) 1.0 مم لاستيعاب هذا الانزياح المحتمل أثناء الإدخال.

5.2 توصيل الأطراف والقطبية

تستخدم شاشة LTC-5623JDتكوين الأنود المشترك. هذا يعني أن أنودات LEDs لكل رقم متصلة معًا داخليًا وتُخرج إلى أطراف منفصلة (الأرقام 1-4)، بينما الكاثودات لكل نوع مقطع (A-G، DP) مشتركة عبر جميع الأرقام وتُخرج إلى أطراف فردية. توصيل الأطراف كما يلي: الطرف 1: الكاثود E، الطرف 2: الكاثود D، الطرف 3: الكاثود DP، الطرف 4: الكاثود C، الطرف 5: الكاثود G، الطرف 6: الأنود المشترك للرقم 4، الطرف 7: الكاثود B، الطرف 8: الأنود المشترك للرقم 3، الطرف 9: الأنود المشترك للرقم 2، الطرف 10: الكاثود F، الطرف 11: الكاثود A، الطرف 12: الأنود المشترك للرقم 1. سيظهر مخطط الدائرة الداخلية هذا الترتيب المتعدد بوضوح.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الإرشاد الرئيسي المقدم هو حد درجة حرارة اللحام: بحد أقصى 260°مئوية لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس. هذا هو الملف القياسي لللحام بإعادة التدفق الخالي من الرصاص. يجب على المصممين التأكد من أن عملية تجميع اللوحة المطبوعة (PCB) تلتزم بهذا الحد لمنع تشقق العبوة، أو تشوه العدسة، أو تلف القطعة شبه الموصلة الداخلية والوصلات السلكية. بالنسبة لللحام بالموجة، يجب تقليل وقت التلامس. يُنصح أيضًا بالتعامل السليم لتجنب التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، وإن لم يُذكر صراحة، لأن LEDs هي أجهزة شبه موصلة.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

لشاشة ذات أنود مشترك، تتضمن دائرة القيادة عادةً توصيل أطراف الأنود المشتركة بمصدر جهد موجب (Vcc) عبر ترانزستورات اختيار الرقم (مثل ترانزستورات PNP أو MOSFET ذات القناة P). تُوصَل أطراف كاثود المقطع بالأرض عبر مقاومات تحديد التيار وترانزستورات تشغيل المقاطع أو دائرة متكاملة (IC) مخصصة لقيادة LED. تُستخدم تقنية التعدد: يتم إضاءة رقم واحد في كل مرة عن طريق تمكين أنوده، بينما يتم تمكين الكاثودات المناسبة للرقم المطلوب لذلك الرقم. تتكرر هذه الدورة بسرعة عبر الأرقام الأربعة جميعها، مما يخلق وهم إضاءة جميع الأرقام في وقت واحد. تقلل هذه الطريقة عدد أطراف القيادة المطلوبة من 32 (4 أرقام * 8 مقاطع) إلى 12 (4 أنودات + 8 كاثودات).

7.2 حسابات التصميم

حساب مقاومة تحديد التيار:بافتراض مصدر جهد 5 فولت (Vcc)، وجهد أمامي نموذجي للمقطع (Vf) قدره 2.6 فولت، وتيار مقطع مرغوب (Iseg) قدره 10 مللي أمبير للسطوع العادي. قيمة المقاومة R = (Vcc - Vf) / Iseg = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 أوم. يجب أن تكون قدرة المقاومة على الأقل I²R = (0.01)² * 240 = 0.024 واط، لذا فإن مقاومة قياسية 1/8 واط أو 1/10 واط كافية.

التيار الذروي في التعدد:لتحقيق تيار مقطع متوسط قدره 10 مللي أمبير بدورة عمل 1/4 (لأربعة أرقام)، سيكون التيار الذروي المطلوب خلال فترته الزمنية النشطة 40 مللي أمبير. هذا ضمن الحد الأقصى المطلق لتصنيف التيار الذروي البالغ 90 مللي أمبير ولكن يجب التحقق منه مقابل الانخفاض بالتصنيف للتيار المستمر إذا كانت الشاشة تعمل في بيئة حارة.

7.3 زاوية المشاهدة وسهولة القراءة

تضمن مواصفة زاوية المشاهدة الواسعة بقاء الشاشة قابلة للقراءة عند النظر إليها من الجانب. يعزز الوجه الرمادي والمقاطع البيضاء التباين، مما يجعل الأرقام تبرز بوضوح ضد الخلفية، وهو مفيد في كل من البيئات المعتمة والمضاءة بشكل ساطع.

8. المقارنة الفنية والتمييز

تميز شاشة LTC-5623JD نفسها من خلال عدة عوامل. استخدامتقنية AlInGaP الحمراء الفائقةيقدم عمومًا كفاءة إضاءة أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل مقارنة بتقنيات LED الحمراء الأقدم مثل GaAsP، مما يؤدي إلى ناتج أكثر إشراقًا واتساقًا.ارتفاع الرقم 0.56 بوصةيضعها في فئة حجم محددة، أكبر من شاشات 0.3 بوصة لرؤية أفضل من مسافة، ولكنها أصغر محتمل من شاشات 1 بوصة المستخدمة في اللوحات الأكبر.التكوين رباعي الأرقام، والأنود المشترك مع الفاصلة العشرية على اليمينهي مجموعة ميزات قياسية ولكنها أساسية للعديد من تطبيقات العرض الرقمية.نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع(-35°مئوية إلى +105°مئوية) يجعلها مناسبة للبيئات الصناعية والسيارات حيث تكون درجات الحرارة القصوى شائعة، مما يوفر ميزة على الشاشات ذات النطاقات الأضيق.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من طرف متحكم دقيق (MCU)؟

ج: لا. يمكن لطرف MCU نموذجي أن يزود/يسحب 20-25 مللي أمبير فقط، وهذا هو الإجمالي للطرف. نظرًا لأن هذه الشاشة تستخدم التعدد، فقد يتطلب المقطع الواحد 10-40 مللي أمبير، وسيحتاج الأنود المشترك للرقم بأكمله إلى مجموع التيارات لجميع المقاطع المضاءة (مثل 8 مقاطع * 10 مللي أمبير = 80 مللي أمبير). لذلك، فإن الترانزستورات الخارجية أو دائرة متكاملة (IC) مخصصة للقيادة إلزامية.

س: لماذا يوجد فرق بين الطول الموجي الذروي (650 نانومتر) والطول الموجي السائد (639 نانومتر)؟

ج: الطول الموجي الذروي هو الذروة الفيزيائية لطيف الضوء المنبعث. يتم حساب الطول الموجي السائد بناءً على منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE). العين أكثر حساسية لأطوال موجية معينة، لذا فإن اللون \"المدرك\" (السائد) يمكن أن يكون عند طول موجي مختلف عن الذروة الفيزيائية.

س: درجة حرارة التخزين تصل إلى 105°مئوية. هل يمكنني لحامها عند 260°مئوية؟

ج: نعم، ولكن بتوقيت حرج. تصنيف التخزين هو للظروف طويلة الأمد وغير التشغيلية. تصنيف اللحام (260°مئوية لمدة 3 ثوانٍ) هو عملية حرارية قصيرة الأمد وقصوى مصممة العبوة لتحملها إذا تم اتباع الملف بدقة. تجاوز الوقت أو درجة الحرارة يمكن أن يسبب تلفًا.

10. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم قراءة فولتميتر رقمي.يقوم مصمم بإنشاء فولتميتر تيار مستمر رباعي الأرقام بنطاق 0-20 فولت. يختارون شاشة LTC-5623JD لسهولة قراءتها الواضحة. يقوم محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية (ADC) والمتحكم الدقيق (MCU) بمعالجة جهد الدخل. يقوم برنامج الثابت (firmware) الخاص بـ MCU بحساب الأرقام المعروضة (مثل 12.34) ويتحكم في الشاشة عبر روتين تعدد. تُوصَل أطراف الأنود المشتركة بـ MCU عبر ترانزستورات PNP لتبديل مصدر 5 فولت إلى كل رقم بالتتابع. تُوصَل أطراف كاثود المقطع بـ MCU عبر سجل إزاحة 74HC595 أو مشغل LED مخصص مثل MAX7219، والذي يوفر أيضًا مصارف التيار الثابت. توضع مقاومات تحديد التيار على التوالي مع خطوط المقاطع. يضمن برنامج الثابت أن معدل التحديث أعلى من 60 هرتز لتجنب الوميض المرئي. يسمح نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع باستخدام الفولتميتر في مرآب ورشة عمل حيث يمكن أن تتفاوت درجات الحرارة بشكل كبير.

11. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الإضاءة الكهربائية في تقاطع p-n شبه الموصل. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الثنائي (حوالي 2.1-2.6 فولت لمادة AlInGaP هذه) عبر مقطع (الأنود موجب بالنسبة للكاثود)، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. في أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة مثل AlInGaP، يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة الفجوة، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، في هذه الحالة، الأحمر الفائق (~639-650 نانومتر). تعمل العبوة البلاستيكية على تغليف وحماية القطعة شبه الموصلة الهشة، وتشكيل ناتج الضوء للمشاهدة المثلى، وتوفر الواجهة الميكانيكية (الأطراف) لتركيب اللوحة المطبوعة.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تبقى شاشات السبعة مقاطع عنصرًا أساسيًا للقراءات الرقمية، فإن المشهد الأوسع يتطور. هناك اتجاه نحو تكامل أعلى، حيث يتم تضمين إلكترونيات القيادة داخل وحدة العرض نفسها، مما يبسط تصميم النظام المضيف. استخدام AlInGaP للأحمر/البرتقالي/الكهرماني راسخ جيدًا، ولكن من أجل القدرة على الألوان الكاملة، قد تجمع الشاشات بين تقنيات LED مختلفة (مثل InGaN للأزرق/الأخضر) أو تتحول نحو لوحات OLED ذات المصفوفة النقطية أو micro-LED التي تقدم مرونة أكبر في عرض الأحرف والرسومات. ومع ذلك، للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا عاليًا جدًا، ونطاق درجة حرارة واسعًا، وعمرًا طويلاً، وبساطة، تظل شاشات LED السباعية المقاطع المنفصلة مثل LTC-5623JD حلاً قويًا وفعالاً من حيث التكلفة. قد تؤدي التطورات في التعبئة إلى عوامل شكل أصغر أو إصدارات للتركيب السطحي للتجميع الآلي.