ورقة بيانات شاشة LED أبجدية رقمية مكونة من 16 قطعة LTP-15801KD - ارتفاع الرقم 1.5 بوصة - اللون الأحمر الفائق (650 نانومتر) - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

LTP-15801KD هي وحدة عرض ثنائي باعث للضوء (LED) أبجدي رقمي مكون من 16 قطعة ورقم واحد. وظيفتها الأساسية هي توفير مخرجات واضحة وعالية الوضوح للأرقام والحروف الأبجدية المحدودة للأجهزة الإلكترونية وأدوات القياس. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لإنتاج انبعاث أحمر فائق، المعروف بكفاءته العالية وشدة إضاءته. يتميز الجهاز بوجه أسود مع علامات قطع بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. يتم تصنيفه بناءً على شدة إضاءته، مما يسمح بالاتساق في السطوع عبر دفعات الإنتاج للتطبيقات التي يكون فيها المظهر الموحد أمرًا بالغ الأهمية.

2. تفسير عميق وموضوعي للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تعريف الأداء البصري في حالة اختبار قياسية لدرجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية وتيار أمامي (IF) يبلغ 20 مللي أمبير لكل قطعة. المعيار الرئيسي، متوسط شدة الإضاءة (Iv)، له قيمة نموذجية تبلغ 27.3 ملي كانديلا (mcd). تمثل هذه القيمة السطوع الملحوظ للقطع المضاءة. ينبعث الجهاز الضوء عند طول موجة انبعاث ذروي (λp) يبلغ 650 نانومتر (nm)، والذي يقع ضمن الجزء الأحمر العميق من الطيف المرئي. يبلغ طول الموجة السائد (λd) 639 نانومتر. يبلغ عرض النصف الطيفي (Δλ) 20 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيف أو ضيق نطاق الضوء المنبعث. تم تحديد نسبة مطابقة شدة الإضاءة بـ 2:1 (كحد أقصى)، مما يعني أن فرق السطوع بين ألمع وأخفت قطعة داخل وحدة واحدة يجب ألا يتجاوز هذه النسبة، مما يضمن التجانس البصري.

2.2 المعايير الكهربائية

تحدد الخصائص الكهربائية حدود التشغيل والشروط للاستخدام الموثوق. تحدد التصنيفات القصوى المطلقة الحدود: أقصى تبديد للطاقة 70 ميلي واط لكل قطعة، أقصى تيار أمامي ذروي 90 مللي أمبير في ظروف النبض (دورة عمل 1/10)، وأقصى تيار أمامي مستمر 25 مللي أمبير لكل قطعة عند 25 درجة مئوية، مع تخفيض خطي بمقدار 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية فوق تلك الحرارة. أقصى جهد عكسي (VR) لكل قطعة هو 5 فولت. في ظل ظروف التشغيل العادية (IF=20mA)، يبلغ الجهد الأمامي النموذجي (VF) لكل قطعة 2.6 فولت، بحد أقصى 5.2 فولت. أقصى تيار عكسي (IR) هو 100 ميكرو أمبير عند VR=5V. هذه المعايير حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار وضمان عدم تعرض LED لظروف قد تسبب فشلاً مبكرًا.

2.3 المواصفات الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ونفس نطاق درجة حرارة التخزين. يجعل هذا النطاق الواسع منه مناسبًا للاستخدام في كل من البيئات الاستهلاكية والصناعية. أحد مواصفات التعامل الحرجة هي أقصى درجة حرارة لحام تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس المكون. الالتزام بملف إعادة التدفق هذا ضروري لمنع التلف الحراري لرقائق LED، والروابط الداخلية، والغلاف البلاستيكي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف حسب شدة الإضاءة". يشير هذا إلى عملية تصنيف إنتاجية حيث يتم فرز الوحدات المصنعة (وضعها في فئات) بناءً على قياس ناتجها الضوئي عند تيار اختبار قياسي. بينما لا يتم تفصيل رموز الفئات المحددة في هذه الوثيقة، فإن مثل هذا النظام يضمن أن المصممين يمكنهم الحصول على شاشات ذات مستويات سطوع متسقة. هذا مهم بشكل خاص في الشاشات متعددة الأرقام أو المنتجات التي تستخدم عدة وحدات جنبًا إلى جنب، حيث يمنع حدوث اختلافات ملحوظة في الشدة بين الأرقام أو الأجهزة الفردية.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية" وهي معيارية لمكونات LED. على الرغم من أن الرسوم البيانية المحددة لم يتم إعادة إنتاجها في النص المقدم، فإن هذه المنحنيات توضح عادة العلاقة بين التيار الأمامي (IF) والجهد الأمامي (VF)، والعلاقة بين شدة الإضاءة (Iv) والتيار الأمامي (IF)، وتغير شدة الإضاءة مع درجة الحرارة المحيطة. هذه المنحنيات لا تقدر بثمن للمصممين. يساعد منحنى VF-IF في اختيار جهد القيادة المناسب والمقاوم المتسلسل. يظهر منحنى Iv-IF كيف يزداد السطوع مع التيار، ولكنه يسلط الضوء أيضًا على نقطة تناقص العائد وزيادة الحرارة. يوضح منحنى Iv-Ta المعامل الحراري السلبي لمصابيح LED، حيث ينخفض الناتج الضوئي مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، مما يوجه قرارات إدارة الحرارة.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 الأبعاد والمخطط التفصيلي

التغليف من نوع العرض ذو الثقب المار (DIP). يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة بالميليمترات، مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. الميزة الرئيسية هي ارتفاع الرقم البالغ 1.5 بوصة (38 مم)، والذي يحدد الحجم المادي للحرف المعروض. يوضح الرسم تخطيط القطع (A1, A2, B, C, D1, D2, E, F, G1, G2, H, I, J, K, L, M) والبصمة العامة للجهاز على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

5.2 مخطط التوصيل وتحديد القطبية

يحتوي الجهاز على تكوين 17 دبوسًا. يتم تعريف الدبوس 1 على أنه المصعد المشترك (COMMON ANODE). هذا هو معرف قطبية حرج؛ جميع الدبابيس الأخرى (من 2 إلى 17) هي كاثودات للقطع الفردية أو النقطة العشرية. يؤكد مخطط الدائرة الداخلية تكوين المصعد المشترك، مما يعني أن جميع مصاعد قطع LED متصلة داخليًا بالدبوس المشترك (الدبوس 1). لإضاءة قطعة ما، يجب توصيل دبوس المصعد المشترك بجهد موجب (عبر مقاوم محدد للتيار)، ويجب سحب دبوس الكاثود المقابل إلى الأرض (منطق منخفض). يحدد جدول توصيل الدبابيس بوضوح ربط كل رقم دبوس كاثود بالقطعة المقابلة له (مثلًا، الدبوس 2 = G1، الدبوس 3 = E، إلخ). تم دمج نقطة عشرية على اليمين أيضًا في التغليف.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تتعلق تعليمات التجميع الأساسية بعملية اللحام. كما هو مذكور في التصنيفات القصوى المطلقة، يمكن للمكون تحمل أقصى درجة حرارة لحام (إعادة تدفق) تبلغ 260 درجة مئوية لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ. هذا ملف قياسي لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق باستخدام لحام خالي من الرصاص. من الضروري التحكم في الوقت ودرجة الحرارة أثناء التجميع لمنع تشوه أو تغير لون أو تشقق الغلاف البلاستيكي، وحماية الروابط السلكية الداخلية ورقائق أشباه الموصلات من الإجهاد الحراري. يجب أيضًا إجراء اللحام اليدوي بمكواة بسرعة وبحرارة مضبوطة لتجنب السخونة الموضعية المفرطة.

7. معلومات التغليف والطلب

رقم الجزء المحدد هو LTP-15801KD. من المحتمل أن تشير البادئة "LTP" إلى عائلة المنتج (شاشة LED)، وقد يشير "15801" إلى الحجم 1.5 بوصة ونوع 16 قطعة، وقد يكون "KD" لاحقة تشير إلى اللون (أحمر فائق) وربما تكوين المصعد المشترك. لا توفر ورقة البيانات تفاصيل حول التغليف السائب (مثل الأنابيب، أو الصواني، أو البكرات) أو الحد الأدنى لكميات الطلب. للإنتاج، ستحتاج إلى الرجوع إلى مواصفات التغليف الخاصة بالشركة المصنعة أو الموزع.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مناسبة للتطبيقات التي تتطلب رقمًا أو حرفًا واحدًا عالي الوضوح. تشمل الاستخدامات الشائعة: عدادات لوحة للقراءات الكهربائية مثل الجهد، التيار، أو درجة الحرارة؛ الساعات الرقمية أو المؤقتات؛ لوحات التحكم الصناعية؛ معدات الاختبار والقياس؛ والأجهزة الاستهلاكية مثل أفران الميكروويف أو مضخمات الصوت حيث يتم عرض معلمة واحدة.

8.2 اعتبارات التصميم

دائرة القيادة:تتطلب شاشة المصعد المشترك مشغلًا يسحب التيار (current-sinking). يجب توصيل كاثود كل قطعة بمشغل قادر على سحب التيار المطلوب (مثل 20 مللي أمبير) عند التنشيط. عادةً ما يتم توصيل المصعد المشترك بمصدر الطاقة الموجب عبر مقاوم محدد للتيار. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام دائرة متكاملة (IC) لمشغل تيار ثابت لتحقيق تجانس سطوع أفضل واستقرار على مدى درجات الحرارة.
التعددية الزمنية (Multiplexing):على الرغم من أن هذه شاشة أحادية الرقم، إلا أن المبدأ ينطبق إذا تم استخدام أرقام متعددة. يمكن توصيل قطع جميع الأرقام على التوازي، ويتم تشغيل المصعد المشترك لكل رقم بالتتابع بتردد عالٍ. هذا يقلل بشكل كبير من عدد دبابيس المشغل المطلوبة.
تحديد التيار:مقاوم خارجي على التوالي مع المصعد المشترك إلزامي لتعيين التيار الأمامي. يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد الإمداد، VF هو الجهد الأمامي لـ LED (استخدم القيمة القصوى للسلامة)، و IF هو التيار الأمامي المطلوب (مثل 20 مللي أمبير).
زاوية المشاهدة:تدعي ورقة البيانات "زاوية مشاهدة واسعة"، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي قد يتم فيها عرض الشاشة من مواقع خارج المحور.

9. المقارنة التقنية

المميز الرئيسي لـ LTP-15801KD هو استخدامه لتقنية AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) للانبعاث الأحمر الفائق. مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم مصابيح LED من نوع AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يعني أنها تنتج ضوءًا أكثر (mcd أعلى) لنفس كمية التيار الكهربائي. كما أن لديها عمومًا استقرارًا حراريًا أفضل وعمر تشغيلي أطول. يسمح تصميم 16 قطعة، على عكس شاشة عرض 7 قطع أبسط، بتمثيل مجموعة أحرف أبجدية رقمية أكثر اكتمالاً (من A إلى Z، من 0 إلى 9، وبعض الرموز)، مما يزيد من تنوعها مقارنة بالشاشات الرقمية البحتة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما الفرق بين طول الموجة الذروي (650 نانومتر) وطول الموجة السائد (639 نانومتر)؟
ج: طول الموجة الذروي هو الطول الموجي الذي يكون فيه طيف الانبعاث بأقصى شدته. طول الموجة السائد هو الطول الموجي الواحد للضوء أحادي اللون الذي ينتج نفس اللون الملحوظ مثل الناتج الفعلي عريض الطيف لـ LED. بالنسبة لمصابيح LED الحمراء، غالبًا ما يكون الطول الموجي السائد أقصر قليلاً من الطول الموجي الذروي.

س: لماذا الحد الأقصى للتيار المستمر هو 25 مللي أمبير ولكن تيار النبض الذروي هو 90 مللي أمبير؟
ج: التيار المستمر محدود بقدرة الجهاز على تبديد الحرارة. عند 25 مللي أمبير، يكون تبديد الطاقة (VF * IF) ضمن حد 70 ميلي واط. يسمح تيار النبض (90 مللي أمبير بدورة عمل 1/10) بسطوع لحظي أعلى (حيث تتناسب شدة الإضاءة تقريبًا مع التيار) لأن متوسط الطاقة مع مرور الوقت أقل، مما يمنع السخونة المفرطة. يكون لدى وصلة LED وقت لتبرد بين النبضات.

س: كيف يمكنني توصيل هذه الشاشة بمتحكم دقيق (مايكروكونترولر)؟
ج: لا يمكنك توصيل الـ 17 دبوسًا مباشرة بمتحكم دقيق قياسي بسبب عدد الدبابيس وقيود التيار. يجب عليك استخدام دائرة مشغل خارجية. نهج شائع هو استخدام دائرة متكاملة (IC) مخصصة لمشغل LED مع مصارف تيار ثابتة (مثل MAX7219 أو ما شابه) أو مجموعة من مصفوفات الترانزستورات (مثل ULN2003) يتم التحكم فيها بواسطة دبابيس الإدخال/الإخراج العامة للمتحكم الدقيق. يتعامل المشغل مع سحب التيار للكاثودات، بينما يتم تغذية المصعد المشترك عبر مقاوم.

11. حالة استخدام عملية

تصميم فولتميتر تيار مستمر أحادي الرقم:تطبيق عملي هو بناء فولتميتر من 0 إلى 9.9 فولت. يمكن لـ LTP-15801KD عرض رقم العشرات (من 0 إلى 9). سيتم تشغيله بواسطة متحكم دقيق (مثل Arduino أو PIC). يقرأ المتحكم الدقيق جهدًا تماثليًا عبر محول التناظري إلى الرقمي الخاص به، ويقيسه، ويحدد القطع التي يجب إضاءتها لتشكيل الرقم الصحيح. تسمح القطع الـ 16 بتقديم واضح للأرقام. تقوم دائرة المشغل، كما هو موضح أعلاه، بوصل مخرجات المتحكم الدقيق الرقمية منخفضة التيار مع متطلبات التيار الأعلى لـ LED. يوفر اللون الأحمر الفائق وضوحًا ممتازًا. يجب الحرص في تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة على وضع مقاومات تحديد التيار بالقرب من الشاشة وضمان خطوط إمداد طاقة نظيفة لتجنب تأثير الضوضاء على القراءة التماثلية.

12. مقدمة في مبدأ التشغيل

LED هو ثنائي أشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد الأمامي المميز له (VF) عبر المصعد والكاثود، تتحد الإلكترونات من مادة أشباه الموصلات من النوع n مع الفجوات من المادة من النوع p في المنطقة النشطة (الوصلة). يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. تمتلك AlInGaP فجوة نطاق تتوافق مع الضوء الأحمر/البرتقالي/الأصفر. في شاشة العرض هذه المكونة من 16 قطعة، يتم تركيب رقائق LED فردية متعددة من نوع AlInGaP داخل العبوة، كل منها يشكل قطعة واحدة من الحرف. يتم توصيلها كهربائيًا في تكوين مصعد مشترك لتبسيط القيادة.

13. الاتجاهات التكنولوجية

بينما تظل شاشات الثقب المار مثل LTP-15801KD ذات صلة في النماذج الأولية، ومشاريع الهواة، وبعض التطبيقات الصناعية، فإن الاتجاه الأوسع في تكنولوجيا العرض يتجه نحو حزم الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD). تقدم مصابيح LED ذات التركيب السطحي بصمة أصغر، وملفًا منخفضًا، وهي أكثر ملاءمة للتجميع الآلي (pick-and-place)، مما يقلل تكاليف التصنيع. بالنسبة للشاشات الأبجدية الرقمية، أصبحت لوحات المصفوفة النقطية (التي تستخدم العديد من مصابيح LED الأصغر في شبكة) أكثر انتشارًا لأنها توفر مرونة أكبر في عرض الرسومات ومجموعة أحرف أوسع. علاوة على ذلك، أصبحت شاشات LED العضوية (OLED) شائعة الآن في الإلكترونيات الاستهلاكية، حيث تقدم تباينًا فائقًا، وزوايا مشاهدة واسعة، وسمكًا رقيقًا، على الرغم من أنها تختلف اختلافًا كبيرًا في التكنولوجيا والتطبيق عن شاشات قطع LED المنفصلة. يمثل نظام مادة AlInGaP نفسه تقدمًا مقارنة بمواد LED الأقدم، حيث يوفر كفاءة وموثوقية أعلى.