ورقة بيانات شاشة LED صفراء-برتقالية مقاس 0.4 بوصة LTS-4801JF - ارتفاع الرقم 10 مم - جهد أمامي 2.6 فولت - استطاعة 70 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة LTS-4801JF هي وحدة عرض أبجدية رقمية عالية الأداء، ذات رقم واحد وسبعة أقسام، مصممة للتطبيقات التي تتطلب مؤشرًا رقميًا واضحًا وساطعًا. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأرقام من 0 إلى 9 وبعض الحروف بصريًا باستخدام أقسام LED قابلة للعنونة بشكل فردي. تم تصميم الجهاز ليكون موثوقًا وسهل التكامل في مختلف الأنظمة الإلكترونية.

التطبيق الرئيسي لهذه الشاشة هو في لوحات الأجهزة، ومعدات الاختبار، ولوحات التحكم الصناعية، والأجهزة الاستهلاكية، وأي جهاز يتطلب قراءة رقمية مدمجة وواضحة للغاية. يعطي تصميمها الأولوية للوضوح والمتانة، مما يجعلها مناسبة لكل من البيئات التجارية والصناعية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تقدم الشاشة عدة مزايا رئيسية تميزها في السوق. تتميز بارتفاع رقم يبلغ 0.4 بوصة (10 مم)، مما يوفر توازنًا ممتازًا بين الحجم وسهولة القراءة. الأقسام مستمرة ومتجانسة، مما يضمن مظهرًا متناسقًا واحترافيًا عند الإضاءة. إحدى الفوائد الكبرى هي متطلباتها المنخفضة للطاقة، مما يجعلها مثالية للأجهزة التي تعمل بالبطارية أو الموفرة للطاقة.

علاوة على ذلك، توفر سطوعًا عاليًا وتباينًا عاليًا، مما يضمن الرؤية حتى في ظروف الإضاءة الجيدة. تتيح زاوية الرؤية الواسعة قراءة الشاشة من مواضع مختلفة دون فقدان كبير في الوضوح. بُني الجهاز بموثوقية الحالة الصلبة، مما يقدم عمرًا تشغيليًا طويلاً مع حد أدنى من الصيانة. يتم أيضًا تصنيف الجهاز وفقًا للشدة الضوئية، مما يوفر اتساقًا في مستويات السطوع عبر دفعات الإنتاج. يشمل السوق المستهدف مصممي الأجهزة المحمولة، وأجهزة قياس اللوحات، والمعدات الطبية، ولوحات عدادات السيارات حيث تعتبر المساحة، واستهلاك الطاقة، والموثوقية عوامل حاسمة.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعايير الفنية للجهاز كما هي محددة في ورقة البيانات.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يعد الأداء البصري محوريًا لوظيفة الشاشة. يستخدم الجهاز مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لإنتاج انبعاث أصفر-برتقالي. الطول الموجي النموذجي لذروة الانبعاث (λp) هو 611 نانومتر عند تشغيله بتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير. يتم تحديد الطول الموجي السائد (λd) عند 605 نانومتر، مما يحدد اللون المُدرك. نصف عرض الخط الطيفي (Δλ) هو 17 نانومتر، مما يشير إلى انبعاث لوني نقي نسبيًا مع انتشار طيفي ضئيل.

متوسط الشدة الضوئية (Iv) لكل قسم هو معيار رئيسي. تحت ظروف الاختبار القياسية IF=1mA، تتراوح الشدة من حد أدنى 200 μcd إلى قيمة نموذجية 650 μcd. يتم تحديد نسبة مطابقة الشدة الضوئية بين الأقسام بحد أقصى 2:1، مما يضمن سطوعًا موحدًا عبر الرقم لمظهر متماسك. الوجه الرمادي مع الأقسام البيضاء يعزز التباين عندما تكون مصابيح LED مطفأة، مما يساهم في المظهر الممتاز للأحرف المذكور في الميزات.

2.2 المعلمات الكهربائية

تحدد المواصفات الكهربائية حدود التشغيل وظروفه للجهاز. يجب عدم تجاوز الحدود القصوى المطلقة لمنع التلف الدائم. الحد الأقصى لتبديد الطاقة لكل قسم هو 70 ميلي واط. الحد الأقصى للتيار الأمامي لكل قسم هو 60 مللي أمبير، ولكن هذا مسموح به فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). التيار الأمامي المستمر لكل قسم مقدر بـ 25 مللي أمبير عند 25°م، مع عامل تخفيض 0.33 مللي أمبير/°م مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. الحد الأقصى لجهد الانعكاس لكل قسم هو 5 فولت.

تحت ظروف التشغيل النموذجية (Ta=25°م، IF=20mA)، يتراوح الجهد الأمامي (Vf) لكل قسم من 2.05 فولت إلى 2.6 فولت. تيار الانعكاس (Ir) هو بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد انعكاس (Vr) قدره 5 فولت. هذه المعلمات حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار المناسبة وضمان التشغيل المستقر طوال عمر الجهاز.

2.3 المواصفات الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل من -35°م إلى +85°م ونطاق درجة حرارة تخزين من -35°م إلى +85°م. يجعل هذا النطاق الواسع الجهاز مناسبًا للتطبيقات في البيئات القاسية. تخفيض التيار الأمامي المستمر مع درجة الحرارة (0.33 مللي أمبير/°م) هو اعتبار تصميمي حاسم لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان طول العمر. تحدد ورقة البيانات أيضًا منحنى درجة حرارة اللحام: يمكن للجهاز تحمل 260°م لمدة 3 ثوانٍ عند نقطة 1/16 بوصة أسفل مستوى الجلوس. الالتزام بهذا الإرشاد ضروري أثناء عملية تجميع لوحة الدوائر المطبوعة لتجنب التلف الحراري لرقائق LED أو الغلاف.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز \"مصنف للشدة الضوئية\". يشير هذا إلى ممارسة شائعة في تصنيع LED تُعرف باسم التصنيف (Binning). بسبب الاختلافات المتأصلة في عملية تصنيع أشباه الموصلات، يمكن أن يكون هناك اختلافات طفيفة في المعلمات الرئيسية مثل الشدة الضوئية، والجهد الأمامي، والطول الموجي السائد بين مصابيح LED من نفس الدفعة الإنتاجية.

لضمان الاتساق للمستخدم النهائي، يقوم المصنعون بقياس هذه المعلمات وفرز مصابيح LED إلى \"صناديق\" (Bins) مختلفة. يتم تصنيف LTS-4801JF خصيصًا للشدة الضوئية (Iv). هذا يعني أنه ضمن طلب واحد أو بكرة، سيكون سطوع الأقسام ضمن نطاق محدد مسبقًا وضيق (كما تشير إليه نسبة المطابقة 2:1). هذا يلغي الاختلافات الكبيرة في السطوع بين الوحدات المختلفة في التطبيق، وهو أمر حيوي للشاشات متعددة الأرقام أو المنتجات حيث يكون التوحيد البصري مهمًا. توفر ورقة البيانات القيم الدنيا/النموذجية/القصوى (200/650 μcd)، ولكن رموز التصنيف المحددة للتجميعات الأضيق ستكون متاحة عادةً من المصنع عند الطلب.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن منحنيات الخصائص النموذجية لمثل هذا الجهاز ستكون أساسية للتحليل التصميمي المتعمق. تشمل هذه عادةً:

• الشدة الضوئية النسبية مقابل التيار الأمامي (منحنى I-V):يُظهر هذا الرسم البياني كيف يزداد خرج الضوء مع تيار القيادة. يكون غير خطي عادةً، مع انخفاض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب تأثيرات التسخين. يستخدم المصممون هذا لاختيار نقطة تشغيل مثالية توازن بين السطوع واستهلاك الطاقة وعمر التشغيل.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي:هذا المنحنى حيوي لتصميم دائرة القيادة. يُظهر انخفاض الجهد عبر LED لتيار معين، مؤكدًا مواصفات Vf ومساعدًا في حساب تبديد الطاقة.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح هذا الرسم البياني كيف ينخفض خرج الضوء مع زيادة درجة حرارة التقاطع لـ LED. يؤكد على أهمية الإدارة الحرارية، خاصة عند التشغيل بتيارات عالية أو في درجات حرارة محيطة مرتفعة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر الذروة عند ~611 نانومتر وشكل طيف الانبعاث، مؤكدًا نقاء اللون المشار إليه بنصف العرض الطيفي.

تسمح هذه المنحنيات للمهندسين بالتنبؤ بالأداء تحت الظروف غير القياسية وتحسين تصاميمهم للموثوقية والكفاءة.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يتم تحديد البنية الفيزيائية للجهاز بأبعاد غلافه. تتضمن ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا للأبعاد (جميع الأبعاد بالميليمترات مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك). تشمل الميزات الرئيسية الطول الإجمالي، والعرض، والارتفاع للغلاف، والمسافة بين الأطراف، وموضع الفاصلة العشرية (المشار إليها بـ \"الفاصلة العشرية اليمنى\" في وصف القطعة).

مخطط توصيل الأطراف حاسم لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة بشكل صحيح. جهاز LTS-4801JF هو جهاز أنود مشترك. يُظهر مخطط الدائرة الداخلية أن جميع أقطاب الأنود للأقسام متصلة داخليًا معًا بطرفين (الطرف 3 والطرف 8، وهما مشتركان). أقطاب الكاثود لكل قسم (A, B, C, D, E, F, G، والفاصلة العشرية) موصلة إلى أطراف فردية (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10 على التوالي). الطرف 6 مخصص لكاثود الفاصلة العشرية. يتطلب هذا التكوين دائرة قيادة من نوع استنزاف التيار (Current-Sinking)، حيث يتم توصيل أقطاب الأنود المشتركة بجهد إمداد موجب، ويتم سحب أقطاب الكاثود الفردية للأقسام إلى مستوى منخفض (إلى الأرض) عبر مقاومات تحديد التيار لتشغيلها.

6. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة الصحيحة أثناء التجميع أمر بالغ الأهمية. يحدد الحد الأقصى المطلق حالة اللحام: يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة 260°م لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس. هذا هو منحنى درجة حرارة إعادة التدفق القياسي. من الضروري اتباع هذا الإرشاد لمنع الصدمة الحرارية، التي يمكن أن تتلف الوصلات السلكية الداخلية، أو تتسبب في تدهور رقاقة LED، أو تقشر الغلاف.

تشمل التوصيات العامة: استخدام فرن إعادة تدفق مُتحكم فيه بمنحنى درجة حرارة مُتحقق منه؛ تجنب اللحام اليدوي مباشرة على أطراف الجهاز إن أمكن؛ التأكد من نظافة لوحة الدوائر المطبوعة وخلوها من الملوثات؛ واتباع احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي القياسية (ESD) أثناء المناولة، حيث أن مصابيح LED حساسة للكهرباء الساكنة. بالنسبة للتخزين، النطاق المحدد هو من -35°م إلى +85°م في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة.

7. معلومات التغليف والطلب

رقم القطعة الأساسي هو LTS-4801JF. قد يشير اللاحق \"JF\" إلى خصائص محددة مثل اللون (أصفر-برتقالي) ونوع الغلاف. بينما لم يتم تفصيله في هذا المقتطف، فإن التغليف النموذجي لمثل هذه المكونات سيكون على شريط مضاد للكهرباء الساكنة وبكرة، مناسب لآلات التجميع الآلي (Pick-and-Place). سيتم تحديد الكمية في البكرة (مثل 1000 قطعة، 2000 قطعة) من قبل المصنع. للطلب، يجب على المهندسين تحديد رقم القطعة الكامل. إذا كان المصنع يقدم تصنيفات مختلفة للشدة الضوئية أو الجهد الأمامي، فقد تُضاف رموز تصنيف إضافية إلى رقم القطعة (مثل LTS-4801JF-XXX). من الضروري الرجوع إلى الدليل الكامل للمنتج من المصنع أو الموزع للحصول على خيارات الطلب الكاملة ومواصفات التغليف.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

جهاز LTS-4801JF مثالي لأي تطبيق يتطلب رقمًا واحدًا عالي الوضوح. تشمل الاستخدامات الشائعة: أجهزة قياس اللوحات للجهد، التيار، أو درجة الحرارة؛ شاشات المؤقتات والعدادات؛ لوحات النتائج؛ لوحات تحكم الأجهزة (مثل الأفران، أفران الميكروويف)؛ معدات الاختبار والقياس؛ ومؤشرات الحالة على الآلات الصناعية. يجعل استهلاكه المنخفض للطاقة مرشحًا للأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطارية.

8.2 اعتبارات التصميم والدوائر

عند التصميم باستخدام هذه الشاشة، يجب مراعاة عدة عوامل. أولاً، يجب حساب مقاومة تحديد تيار مناسبة لكل قسم (أو مقاومة واحدة على الأنود المشترك إذا كان السطوع الموحد مقبولاً) بناءً على التيار الأمامي المطلوب (مثل 10-20 مللي أمبير) وجهد الإمداد. الصيغة هي R = (V_supply - Vf_LED) / I_LED. استخدام أقصى Vf (2.6 فولت) يضمن أن المقاومة ليست أصغر من المطلوب.

ثانيًا، يجب أن تكون دائرة القيادة قادرة على استنزاف التيار الكلي لجميع الأقسام المضاءة. إذا كانت جميع الأقسام بالإضافة إلى الفاصلة العشرية مضاءة (عرض الرقم '8.')، يجب أن يزود طرف الأنود المشترك بما يصل إلى 9 * I_LED. يجب أن يكون لرقاقة القيادة (مثل دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة أو مشغل عرض مخصص) قدرة استنزاف تيار كافية لأطراف الكاثود. لا يلزم التعدد (Multiplexing) للرقم الواحد، ولكن للتصاميم متعددة الأرقام التي تستخدم شاشات مماثلة، ستكون هناك حاجة لمخطط تعدد للتحكم في أرقام متعددة بعدد أقل من دبابيس الإدخال/الإخراج. يجب مراعاة تبديد الحرارة إذا كان التشغيل قريبًا من أقصى تيار مستمر، خاصة في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة.

9. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بتقنيات أقدم مثل شاشات المتوهجة أو الفلورية المفرغة (VFDs)، يقدم LTS-4801JF مزايا كبيرة: استهلاك طاقة أقل بكثير، وعمر تشغيلي أطول (موثوقية الحالة الصلبة)، ووقت استجابة أسرع، ومقاومة أكبر للصدمات والاهتزازات. مقارنة بتقنيات LED الأخرى، فإن استخدام مادة AlInGaP يوفر كفاءة عالية واستقرار لوني ممتاز للألوان الأحمر والبرتقالي والأصفر، غالبًا بأداء أفضل في بيئات درجة الحرارة المرتفعة من بعض مواد LED السابقة.

ضمن فئة شاشات السبعة أقسام، فإن عوامل التمييز الرئيسية هي ارتفاع الرقم المحدد 0.4 بوصة، واللون الأصفر-البرتقالي، وتكوين الأنود المشترك، وتضمين فاصلة عشرية على اليمين، وتصنيفه لاتساق الشدة الضوئية. يقارن المصممون بينه وبين أحجام أخرى (0.3 بوصة، 0.5 بوصة، 0.56 بوصة)، وألوان (أحمر، أخضر، أزرق)، وتكوينات (كاثود مشترك)، ودرجات سطوع لاختيار القطعة المثلى لتطبيقهم.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: ما هو الغرض من طرفي الأنود المشترك (3 و 8)؟

ج: هما متصلان داخليًا. وجود طرفين يساعد في توزيع تيار الأنود الكلي، ويقلل من كثافة التيار في طرف واحد، ويحسن الموثوقية، ويمكن أن يساعد في تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة لتوجيه الطاقة.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من دبوس لوحدة تحكم دقيقة بجهد 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي مع كاثود كل قسم. قد يؤدي التوصيل المباشر إلى تجاوز أقصى تيار أمامي وتدمير قسم LED. احسب قيمة المقاومة بناءً على جهد إمدادك (مثل 5 فولت)، وجهد LED الأمامي (~2.6 فولت)، والتيار المطلوب (مثل 15 مللي أمبير).

س: ماذا تعني \"نسبة مطابقة الشدة الضوئية 2:1\"؟

ج: تعني أن أقسط قسم في الجهاز لن يقل سطوعه عن نصف سطوع ألمع قسم تحت نفس ظروف الاختبار. هذا يضمن توحيدًا بصريًا عبر الرقم.

س: كيف أفسر تخفيض التيار الأمامي؟

ج: تصنيف التيار الأمامي المستمر البالغ 25 مللي أمبير ساري عند درجة حرارة محيطة 25°م. لكل درجة مئوية فوق 25°م، يجب عليك تقليل أقصى تيار مستمر مسموح به بمقدار 0.33 مللي أمبير لمنع ارتفاع درجة الحرارة. على سبيل المثال، عند درجة حرارة محيطة 50°م، سيكون أقصى تيار 25 مللي أمبير - (0.33 مللي أمبير/°م * 25°م) = 16.75 مللي أمبير.

11. مثال عملي للتصميم والاستخدام

فكر في تصميم مقياس حرارة رقمي بسيط يعمل بالبطارية يعرض درجة الحرارة إلى منزلة عشرية واحدة. تقرأ وحدة التحكم الدقيقة مستشعر درجة الحرارة، وتعالج البيانات، وتحتاج إلى تشغيل شاشة رقمية واحدة للرقم الصحيح والفاصلة العشرية. يعتبر LTS-4801JF خيارًا مناسبًا.

ستشمل خطوات التصميم: 1) تعيين دبابيس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة لكل كاثود قسم (A-G) وكاثود الفاصلة العشرية (DP). 2) توصيل طرفي الأنود المشترك (3 و 8) بسكة الإمداد الموجبة (مثل 3.3 فولت أو 5 فولت) عبر مقاومة تحديد تيار واحدة إذا كان السطوع الموحد مقبولاً، أو مقاومات فردية لكل قسم للتحكم الدقيق. 3) حساب قيمة المقاومة. لجهد إمداد 3.3 فولت، وتيار مستهدف 10 مللي أمبير، و Vf بقيمة 2.6 فولت: R = (3.3V - 2.6V) / 0.01A = 70 أوم. سيتم استخدام مقاومة قياسية 68 أو 75 أوم. 4) كتابة البرنامج الثابت لتحويل قيمة درجة الحرارة (مثل \"25.7\") إلى النمط الصحيح لتفعيل الأقسام لعرض \"5\" وإضاءة الفاصلة العشرية. يكون الأنود المشترك دائمًا تحت الجهد، وتقوم وحدة التحكم الدقيقة باستنزاف التيار إلى الأرض على أقطاب الكاثود المقابلة للأقسام اللازمة لتشكيل الرقم \"5\" (الأقسام A, C, D, F, G) وكاثود DP.

12. مقدمة عن مبدأ التقنية

يعتمد LTS-4801JF على تقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED). LED هو صمام ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، تُحقَن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد لون الضوء من خلال فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات.

يستخدم هذا الجهاز المحدد مادة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) مُنْمَاة على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) غير الشفافة. تمتلك AlInGaP فجوة نطاق مناسبة لبعث الضوء في الطيف من الأحمر إلى الأصفر-البرتقالي. تساعد الركيزة \"غير الشفافة\" في تحسين التباين عن طريق امتصاص الضوء الشارد، مما يساهم في نسبة التباين العالية المذكورة في الميزات. يحتوي كل قسم من الرقم على رقاقة أو أكثر صغيرة من LED مصنوعة من AlInGaP. الوجه الرمادي والأقسام البيضاء هما جزء من الغلاف البلاستيكي، الذي يعمل كمشتت للضوء وعدسة لتشكيل خرج الضوء للحصول على أفضل رؤية وزاوية مشاهدة.

13. اتجاهات وتطورات التقنية

مجال تقنية العرض يتطور باستمرار. بينما تظل شاشات LED التقليدية ذات السبعة أقسام مثل LTS-4801JF ذات صلة عالية لبساطتها وموثوقيتها وفعاليتها من حيث التكلفة في تطبيقات العرض الرقمي، فإن الاتجاهات الأوسع واضحة. هناك تحول عام نحو تكامل أعلى، مثل الشاشات ذات المتحكمات المدمجة (واجهات I2C أو SPI) التي تبسط واجهة وحدة التحكم الدقيقة وتقلل عدد دبابيس الإدخال/الإخراج المطلوبة.

من حيث المواد، بينما AlInGaP ممتازة للأحمر/البرتقالي/الأصفر، فإن مواد أخرى مثل InGaN (نتريد إنديوم الغاليوم) تهيمن على الطيف الأزرق والأخضر وتستخدم في مصابيح LED البيضاء. يستمر البحث في تحسين الكفاءة (لومن لكل واط)، ودقة الألوان، وعمر التشغيل عبر جميع ألوان LED. بالنسبة لتطبيقات السبعة أقسام تحديدًا، تركز الاتجاهات على تحقيق استهلاك طاقة أقل لأجهزة إنترنت الأشياء، وسطوع أعلى للتطبيقات القابلة للقراءة تحت الشمس، وأغلفة أرق لتصاميم منتجات أكثر أناقة. ومع ذلك، يظل المبدأ الأساسي وتطبيق شاشات السبعة أقسام المنفصلة كواجهة إنسانية-آلية قوية وسهلة الفهم ركيزة أساسية في التصميم الإلكتروني.