ورقة البيانات الفنية لعرض LED من نوع LTD-5250JD - ارتفاع الرقم 0.52 بوصة - لون أحمر شديد - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

LTD-5250JD هو وحدة عرض ثنائية الأرقام مكونة من سبعة أجزاء باستخدام ثنائيات باعثة للضوء (LED). وظيفتها الأساسية هي توفير قراءة رقمية واضحة وقابلة للقراءة لمختلف الأجهزة الإلكترونية وأدوات القياس. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لإنتاج إشعاع أحمر شديد. يتميز هذا الجهاز بلوحة وجه رمادية مع علامات بيضاء للأجزاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. يتم تصنيفه بناءً على شدة الإضاءة، مما يضمن اتساق مستويات السطوع للتطبيقات الدفعية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم العرض عدة مزايا رئيسية تجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية والاستهلاكية وأدوات القياس. متطلبات الطاقة المنخفضة تجعله موفرًا للطاقة، بينما تضمن السطوع العالي ونسبة التباين الممتازة الرؤية من زاوية مشاهدة واسعة. يوفر البناء ذو الحالة الصلبة موثوقية متأصلة وعمر تشغيلي طويل مقارنة بتقنيات العرض الأخرى. تساهم الأجزاء المتواصلة المنتظمة في مظهر حرفي مبهج واحترافي. يستهدف هذا المزيج من الميزات تطبيقات مثل معدات الاختبار، أطراف نقاط البيع، لوحات التحكم الصناعية، عروض الساعات، وأي جهاز يتطلب قراءة رقمية موثوقة ومشرقة.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعياً للمعلمات الفنية الرئيسية للجهاز كما هو محدد في ورقة البيانات.

2.1 الخصائص البصرية

الأداء البصري هو محور وظيفة العرض. الانبعاث الأساسي يكون في طيف الأحمر الشديد.

• شدة الإضاءة (I_V):يتم تحديد متوسط شدة الإضاءة لكل جزء بحد أدنى 320 ميكروكنديلا، وقيمة نموذجية 700 ميكروكنديلا، وبدون حد أقصى محدد تحت حالة اختبار I_F= 1 مللي أمبير. هذه المعلمة حاسمة لتحديد سطوع العرض في التطبيق النهائي. يتم تحديد نسبة المطابقة بين الأجزاء كحد أقصى 2:1، مما يحدد التباين المسموح به في السطوع بين الأجزاء المختلفة لنفس الرقم.
• خصائص الطول الموجي:يتميز الجهاز بطول موجي ذروة انبعاث (λ_p) يبلغ 650 نانومتر وطول موجي سائد (λ_d) يبلغ 639 نانومتر، وكلاهما مقاس عند I_F= 20 مللي أمبير. نصف عرض الخط الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر. تحدد هذه القيم بدقة نقطة اللون للإخراج "الأحمر الشديد"، وهو لون أحمر عميق ومشبع.

2.2 المعلمات الكهربائية

فهم الحدود الكهربائية ونقاط التشغيل أمر ضروري لتصميم دائرة آمنة وموثوقة.

• الحدود القصوى المطلقة:هذه هي حدود الإجهاد التي لا يجب تجاوزها تحت أي ظرف. تشمل الحدود الرئيسية: تبديد الطاقة لكل جزء (70 ميلي واط)، تيار أمامي ذروي لكل جزء (90 مللي أمبير عند دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية)، والتيار الأمامي المستمر لكل جزء (25 مللي أمبير عند 25°م، مع تخفيض خطي بمعدل 0.33 مللي أمبير/°م). أقصى جهد عكسي لكل جزء هو 5 فولت.
• الجهد الأمامي (V_F):انخفاض الجهد عبر جزء مضاء هو نموذجياً 2.6 فولت، مع مدى من 2.1 فولت إلى الحد الأقصى، عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. هذه القيمة ضرورية لحساب قيم مقاومات تحديد التيار ومتطلبات مصدر الطاقة.
• التيار العكسي (I_R):أقصى تيار تسرب عند تطبيق انحياز عكسي 5 فولت هو 100 ميكرو أمبير.

2.3 المواصفات الحرارية والبيئية

يتم تحديد أداء الجهاز ضمن حدود بيئية محددة.

• نطاق درجة حرارة التشغيل:تم تصنيف العرض للتشغيل المستمر من -35°م إلى +85°م درجة حرارة محيطة (T_a).
• نطاق درجة حرارة التخزين:يمكن تخزينه في ظروف غير تشغيلية من -35°م إلى +85°م.
• درجة حرارة اللحام:للتجميع، أقصى درجة حرارة لحام مسموح بها هي 260°م لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم تحت مستوى جلوس المكون. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف لشدة الإضاءة." وهذا يعني وجود عملية تصنيف أو فرز بعد التصنيع.

• تصنيف شدة الإضاءة:يتم اختبار ثنائيات LED وتجميعها (تصنيفها) بناءً على إخراجها الضوئي المقاس عند تيار اختبار قياسي (على الأرجح 1 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير). ستكون الأجهزة داخل نفس التصنيف ذات سطوع متشابه جداً، مما يضمن التوحيد البصري عند استخدام عدة عروض في منتج واحد. نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1 هي الضمانة للأداء داخل جهاز واحد.
• تصنيف الطول الموجي:على الرغم من عدم تفصيله صراحة في المحتوى المقدم، غالباً ما يتم تصنيف ثنائيات LED من نوع AlInGaP أيضاً حسب الطول الموجي السائد أو الذروة لضمان اتساق لون الإخراج. الطول الموجي السائد المحدد 639 نانومتر يمثل على الأرجح قيمة مستهدفة أو اسمية لهذا المنتج.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية." بينما لا يتم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يظهر هذا الرسم البياني العلاقة بين التيار الأمامي (I_F) والجهد الأمامي (V_F). إنه غير خطي، مع جهد "ركبة" مميز (حوالي 2.6 فولت النموذجي) فوقه يزداد التيار بسرعة مع زيادة طفيفة في الجهد. هذا المنحنى حيوي لتصميم دائرة القيادة.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يظهر هذا المنحنى كيف يزداد إخراج الضوء مع تيار القيادة. إنه خطي بشكل عام على نطاق واسع ولكن قد يشبع عند تيارات عالية جداً. يساعد المصممين على اختيار تيار تشغيل لتحقيق السطوع المطلوب مع مراعاة الكفاءة والحرارة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح هذا المنحنى كيف ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. تظهر ثنائيات LED من نوع AlInGaP تثبيطاً حرارياً أقل من بعض المواد الأخرى، ولكن الإخراج لا يزال ينخفض عادةً. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات عالية الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يظهر الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة، متمركز حول الطول الموجي الذروة 650 نانومتر مع نصف عرض محدد 20 نانومتر.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

يحدد البناء الفيزيائي كيفية دمج الجهاز في المنتج.

5.1 الأبعاد ورسم المخطط التفصيلي

يتم الإشارة إلى رسم التغليف. المواصفة الرئيسية هي ارتفاع رقم 0.52 بوصة (13.2 مم). جميع الأبعاد بالميليمترات مع تسامح قياسي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. سيتم أخذ البصمة والأبعاد الإجمالية الدقيقة من الرسم المشار إليه لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

5.2 توصيل الأطراف والقطبية

يحتوي الجهاز على تكوين 18 طرفاً ويستخدم طوبولوجيا دائرةمصعد مشترك. هذا يعني أن المصاعد (الأطراف الموجبة) لجميع أجزاء الرقم متصلة معاً داخلياً. يتم إخراج كل كاثود جزء (الطرف السالب) إلى طرف منفصل، وهناك طرف مصعد مشترك منفصل لكل من الرقمين (الرقم 1 والرقم 2). يوفر جدول توزيع الأطراف خريطة كاملة، تحدد أي طرف يتحكم بكل جزء (من A إلى G والنقطة العشرية) لكل رقم. التعريف الصحيح للطرف 1 ضروري للتوجيه السليم.

5.3 مخطط الدائرة الداخلية

يمثل المخطط المشار إليه هيكل المصعد المشترك بصرياً، ويظهر عقدتي المصعد المشترك المستقلتين (واحدة لكل رقم) والكاثودات الفردية للأجزاء السبعة والنقطة العشرية لكل رقم. هذا يوضح البنية الكهربائية للتعددية أو القيادة المباشرة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم يضمن الموثوقية ويمنع التلف أثناء التصنيع.

• معلمات لحام إعادة التدفق:الالتزام الصارم بالحد الأقصى: درجة حرارة ذروية 260°م لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، مقاسة عند النقطة المحددة أسفل الغلاف. يجب استخدام ملف تعريف إعادة تدفق قياسي خالٍ من الرصاص مع معدلات تسخين وتبريد مناسبة لتقليل الإجهاد الحراري.
• احتياطات:تجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف. تأكد من تخزين الجهاز في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة قبل الاستخدام. نظف لوحة الدوائر المطبوعة من أي بقايا مساعد لحام قد تؤثر على الوضوح البصري أو تسبب التآكل.
• ظروف التخزين:قم بالتخزين ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد (-35°م إلى +85°م) في بيئة منخفضة الرطوبة. يوصى باستخدام الكيس الحاجز للرطوبة الأصلي للتخزين طويل الأمد.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا العرض مثالي لأي تطبيق يتطلب رقمين ساطعين وسهل القراءة. تشمل الاستخدامات الشائعة: أجهزة القياس الرقمية المتعددة ومعدات الاختبار، عدادات التردد، عروض المؤقتات والساعات، لوحات النتائج، قراءات لوحات التحكم البسيطة (مثل درجة الحرارة، السرعة)، عروض أطراف نقاط البيع، والأجهزة المنزلية.

7.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:كجهاز بمصعد مشترك، يتم قيادته عادةً عن طريق توصيل المصعد المشترك بجهد إمداد موجب (عبر مقاومة تحديد تيار أو مصدر تيار منظم) وتصريف التيار عبر أطراف الكاثود الفردية إلى الأرض، عادةً عبر ترانزستور أو دائرة متكاملة قائدة. تعددية الرقمين مباشرة عن طريق تبديل طرفي المصعد المشترك.
• تحديد التيار:مقاومات تحديد تيار خارجية إلزامية لكل كاثود جزء (أو للمصعد المشترك في إعداد متعدد) لضبط تيار التشغيل. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_{الإمداد}- V_F) / I_F. استخدم أقصى V_Fمن ورقة البيانات لتصميم محافظ لضمان عدم تجاوز التيار للحدود.
• زاوية المشاهدة والتباين:زاوية المشاهدة الواسعة والتباين العالي يجعلانه مناسباً للوحات حيث قد لا يكون المستخدم أمام العرض مباشرة. تعزز اللوحة الوجهية الرمادية/الأجزاء البيضاء سهولة القراءة في كل من البيئات المعتمة والمضاءة بشكل ساطع.
• الإدارة الحرارية:بينما يحتوي الجهاز على تصنيف لتبديد الطاقة، فإن ضمان تهوية كافية داخل العلبة هو ممارسة جيدة، خاصة إذا تم تشغيله بتيارات عالية أو في درجات حرارة محيطة عالية، للحفاظ على الإخراج الضوئي والموثوقية على المدى الطويل.

8. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بتقنيات العرض السباعية الأخرى، يقدم استخدام LTD-5250JD لتقنية AlInGaP مزايا محددة:

• مقارنة بثنائيات LED الحمراء القياسية GaAsP أو GaP:توفر تقنية AlInGaP بشكل عام كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل مللي أمبير من التيار)، استقراراً أفضل لدرجة الحرارة، ولوناً أحمر أكثر تشبعاً وعمقاً (أحمر شديد مقابل الأحمر القياسي).
• مقارنة بعروض LCD:ثنائيات LED باعثة، مما يعني أنها تنتج ضوءها الخاص، مما يجعلها مرئية بوضوح في الظلام بدون إضاءة خلفية. كما أن لديها وقت استجابة أسرع بكثير ونطاق تشغيل أوسع لدرجة الحرارة. ومع ذلك، تستهلك عادةً طاقة أكثر من شاشات LCD العاكسة.
• مقارنة بعروض VFD (عروض الفلورسنت المفرغة):ثنائيات LED ذات حالة صلبة، أكثر متانة، ولها جهود تشغيل أقل، ولا تتطلب فتيلة أو دوائر قيادة بجهد عالٍ. يمكن أن تقدم عروض VFD جمالية مختلفة وزوايا مشاهدة واسعة جداً ولكنها بشكل عام أكثر تعقيداً في القيادة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: ما هو الغرض من "نسبة مطابقة شدة الإضاءة" البالغة 2:1؟
ج: تضمن هذه المواصفة أنه داخل وحدة عرض واحدة، لن يكون الجزء الأقل سطوعاً أقل من نصف سطوع الجزء الأكثر سطوعاً. وهذا يضمن التوحيد البصري للرقم المعروض، ويمنع ظهور بعض الأجزاء بسطوع أقل بشكل ملحوظ من الآخرين.

س: هل يمكنني قيادة هذا العرض مباشرة من طرف متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟
ج: لا، لا يمكنك توصيله مباشرة. لا يمكن لطرف المتحكم الدقيق توفير أو تصريف تيار كافٍ (عادةً 20-25 مللي أمبير مطلوبة لكل جزء) وسيتلف. يجب عليك استخدام ترانزستورات خارجية (مثل ترانزستورات NPN على جانب الكاثود أو PNP على جانب المصعد) أو دائرة متكاملة قائدة مخصصة لـ LED. علاوة على ذلك، يلزم دائماً وجود مقاومة تحديد تيار.

س: كيف أتحكم بالرقمين بشكل مستقل؟
ج: يحتوي الجهاز على أطراف مصعد مشترك منفصلة للرقم 1 (الطرف 14) والرقم 2 (الطرف 13). لعرض أرقام مختلفة على كل رقم في نفس الوقت، يجب عليك تعدديتها. يتضمن ذلك التبديل السريع (مثلاً بتردد 100 هرتز أو أسرع) لأي مصعد رقم يتم تشغيله أثناء تقديم بيانات الجزء المقابلة على خطوط الكاثود المشتركة. يجعل استمرارية الرؤية كلا الرقمين يظهران وكأنهما يعملان باستمرار.

س: ماذا يعني "أحمر شديد" مقارنة بالأحمر القياسي؟
ج: الأحمر الشديد يشير إلى ثنائيات LED ذات طول موجي سائد عادةً بين 620 نانومتر و 645 نانومتر، تنتج لوناً أحمر أعمق وأكثر ميلاً للبرتقالي مقارنة بثنائيات LED الحمراء القياسية الأكثر سطوعاً ووردية والتي غالباً ما تكون حوالي 630 نانومتر أو أقل. إنها نقطة لون محددة داخل الطيف الأحمر.

10. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم مؤقت رقمي بسيط برقمين.
الهدف هو بناء مؤقت تنازلي يعرض الدقائق من 00 إلى 99. لدى المتحكم الدقيق (مثل Arduino أو PIC) عدد محدود من أطراف الإدخال/الإخراج. استخدام LTD-5250JD في تكوين متعدد فعال. سيتم استخدام ترانزستورين NPN (أو ترانزستور مزدوج واحد) لتبديل إمداد +5 فولت إلى طرفي المصعد المشترك (الطرفان 13 و 14) تحت سيطرة المتحكم الدقيق. ستتصل كاثودات الأجزاء الثمانية (7 أجزاء + النقطة العشرية، على الرغم من أن النقطة العشرية قد لا تستخدم) بالمتحكم الدقيق عبر ثماني مقاومات تحديد تيار (محسوبة لقيادة ~15-20 مللي أمبير) وربما عبر دائرة متكاملة قائدة بالوعة ذات 8 قنوات (مثل سجل إزاحة 74HC595 أو مصفوفة ULN2003) لتقليل عدد الأطراف أكثر. ستحتفظ البرامج الثابتة بعداد، وتحول أرقام العشرات والآحاد إلى أنماط سباعية الأجزاء، وتفعّل الرقم 1 والرقم 2 بالتناوب أثناء إخراج نمط الجزء المقابل، مما يخلق عرضاً ثنائي الأرقام مستقراً.

11. مقدمة عن مبدأ التقنية

يعتمد LTD-5250JD على تقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP). هذه المادة هي شبه موصل ذو فجوة نطاق مباشرة يتم تنميته بشكل طبقي على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs)، وهي غير شفافة في هذه الحالة. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق للمادة عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات والفجوات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق وبالتالي الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، والذي يكون في منطقة الأحمر الشديد (~639-650 نانومتر). تعمل اللوحة الوجهية الرمادية كمرشح لتعزيز التباين، وتتشكل الأجزاء من خلال رقائق LED المنمقة خلف العلامات البيضاء. تكوين المصعد المشترك هو تصميم قياسي يبسط الإلكترونيات القائدة للعروض متعددة الأرقام.

12. اتجاهات التقنية

بينما تظل عروض LED السباعية حلاً قوياً وفعالاً من حيث التكلفة للقراءات الرقمية، تستمر الاتجاهات الأوسع في تقنية العرض في التطور. هناك تحول عام نحو تكامل أعلى، مع تضمين الإلكترونيات القائدة بشكل متزايد داخل وحدات العرض. تستمر كفاءة AlInGaP والمواد ذات الصلة (مثل InGaN للأزرق/الأخضر) في التحسن، مما يسمح بعروض أكثر سطوعاً عند تيارات أقل أو استخدام رقائق أصغر. أصبحت حزم الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) أكثر انتشاراً للتجميع الآلي، على الرغم من استمرار العروض ذات التركيب المار مثل هذا للنماذج الأولية والإصلاح وبعض التطبيقات الصناعية بسبب متانتها وسهولة لحامها يدوياً. علاوة على ذلك، فإن صعود تقنيات العرض العضوي LED (OLED) والمرن يقدم أشكالاً بديلة، ولكن للعروض الرقمية البسيطة عالية السطوع ومنخفضة التكلفة، تظل تقنية LED التقليدية مثل AlInGaP المستخدمة هنا تنافسية وموثوقة للغاية.