ورقة بيانات شاشة LED طراز LTC-5836KR-07 - ارتفاع الرقم 0.52 بوصة - لون أحمر فائق - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LED طراز LTC-5836KR-07 هي وحدة عرض رقمية عالية الأداء، ثلاثية الأرقام، من نوع سبعة أجزاء (seven-segment). وظيفتها الأساسية هي توفير قراءات رقمية واضحة ومشرقة في مختلف الأجهزة الإلكترونية وأدوات القياس. تكمن الميزة الأساسية لهذا الجهاز في استخدامه لتقنية أشباه الموصلات المتقدمة AS-AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) المُنَمَّاة على ركيزة GaAs، والتي توفر كفاءة إضاءة فائقة ونقاء لوني في الطيف الأحمر. ينتج عن ذلك تجانس ممتاز للأجزاء، وسطوع عالٍ، وتناقض عالٍ، مما يجعل العرض مقروءًا بسهولة حتى في ظروف الإضاءة الصعبة. تم تصميم الجهاز بتكوين أنود مشترك ويتميز بوجه رمادي مع أجزاء بيضاء، مما يعزز التباين والجاذبية البصرية. يتم فرز الجهاز حسب شدة الإضاءة لضمان أداء متسق عبر الوحدات، ويستهدف التطبيقات التي تتطلب مؤشرًا رقميًا موثوقًا وحالة صلبة مثل لوحات التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار، والأجهزة الاستهلاكية، ولوحات عدادات السيارات حيث يكون استهلاك الطاقة المنخفض، وزوايا الرؤية الواسعة، والموثوقية طويلة الأمد أمرًا بالغ الأهمية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يعد الأداء البصري محورًا أساسيًا لوظيفة هذه الشاشة. عند تيار اختبار قياسي قدره 1 مللي أمبير، يتراوح متوسط شدة الإضاءة لكل جزء من حد أدنى 320 ميكرو كنديلا إلى قيمة نموذجية 1050 ميكرو كنديلا. يضمن هذا المستوى العالي من السطوع وضوحًا جيدًا. ينبعث الجهاز ضوءًا في منطقة الأحمر الفائق، مع طول موجة انبعاث ذروي (λp) يبلغ 639 نانومتر وطول موجة سائد (λd) يبلغ 631 نانومتر عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. نصف عرض الخط الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر، مما يشير إلى انبعاث لوني ضيق ونقي نسبيًا. المعلمة الرئيسية لشاشات العرض متعددة الأجزاء هي نسبة مطابقة شدة الإضاءة، والمحددة بحد أقصى 2:1. وهذا يعني أن فرق السطوع بين ألمع جزء وأخفت جزء في ظل ظروف متطابقة لن يتجاوز عامل اثنين، مما يضمن مظهرًا موحدًا عبر جميع الأرقام والأجزاء.

2.2 المعايير الكهربائية

تحدد الخصائص الكهربائية حدود التشغيل ومتطلبات الطاقة. جهد الأمام (VF) لكل جزء هو عادة 2.6 فولت بحد أقصى 2.6 فولت عند تطبيق تيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير. تيار العكس (IR) منخفض جدًا، بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت، مما يشير إلى خصائص ثنائية جيدة. تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود التشغيل: التيار الأمامي المستمر لكل جزء هو 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية، مع تخفيض خطي بمقدار 0.28 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة. يمكن أن يصل تيار الأمام الذروي إلى 90 مللي أمبير في ظل ظروف النبض (1 كيلوهرتز، دورة عمل 10%). الحد الأقصى لتبديد الطاقة لكل جزء هو 70 ميغاواط. يتم تحديد نطاقات درجة حرارة التشغيل والتخزين من -35 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية، مما يبرز متانته للبيئات الصناعية.

2.3 الخصائص الحرارية

على الرغم من عدم تفصيلها بوضوح بمعلمات المقاومة الحرارية، فإن إدارة الحرارة للجهاز تُفهم من خلال مواصفات التخفيض. التخفيض الخطي للتيار الأمامي المستمر بدءًا من 25 درجة مئوية (0.28 مللي أمبير/درجة مئوية) هو تعليمات مباشرة للتصميم الحراري. تجاوز درجة حرارة التقاطع القصوى، المرتبطة جوهريًا بهذه التصنيفات، يمكن أن يؤدي إلى تدهور متسارع أو فشل. حد درجة حرارة اللحام المحدد بـ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ أثناء التجميع هو اعتبار حراري حاسم آخر لمنع تلف رقائق LED أو سلامة العبوة.

3. شرح نظام الفرز

تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن الجهاز "مُفَرَّز حسب شدة الإضاءة". هذه عملية مراقبة جودة وفرز. أثناء التصنيع، تؤدي الاختلافات الطفيفة في النمو الطبقي الخارجي ومعالجة الرقاقة إلى اختلافات في إخراج الضوء لأجزاء LED الفردية. تتضمن عملية الفرز قياس شدة الإضاءة لكل وحدة عند تيار اختبار محدد (عادة 1 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير) وفرزها إلى نطاقات شدة محددة أو "صناديق". من خلال شراء أجهزة من نفس الصندوق أو صندوق محدد، يضمن المصممون أن جميع الأرقام في شاشة متعددة الأرقام لها سطوع متطابق تقريبًا، مما يحافظ على مظهر موحد واحترافي. توفر ورقة البيانات نطاق الشدة (الحد الأدنى 320 ميكرو كنديلا، النموذجي 1050 ميكرو كنديلا)، والذي يحدد الصناديق المحتملة المتاحة.

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، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V): يوضح هذا الرسم البياني العلاقة الأسية، مما يساعد المصممين على اختيار مقاومات تحديد التيار المناسبة.شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى I-L): يوضح هذا كيف يزداد إخراج الضوء مع التيار، وغالبًا ما يصبح دون خطي عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية.شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة: يوضح هذا المنحنى انخفاض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة.توزيع القدرة الطيفية النسبية: رسم بياني يوضح شدة الضوء المنبعث عبر الأطوال الموجية، متمركزًا حول الذروة 639 نانومتر، مؤكدًا نقاء اللون.

5. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

يتميز الجهاز بتنسيق عبوة ثنائية الخط (DIP) قياسية مناسبة للتركيب على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) عبر الثقب. يتم توفير أبعاد العبوة بالمليمترات مع تسامح عام ±0.25 ملم. ارتفاع الرقم هو مواصفة ميكانيكية رئيسية، مُعلن عنها بـ 0.52 بوصة (13.2 ملم). مخطط توصيل الأطراف ضروري لتخطيط PCB. إنه جهاز بـ 30 طرفًا بترتيب محدد لثلاثة أرقام ذات أنود مشترك. يوضح مخطط الدائرة الداخلية أن كل رقم هو تكوين أنود مشترك، مما يعني أن جميع أقطاب الأنود للأجزاء (A-G، DP) لرقم واحد متصلة داخليًا بطرف مشترك واحد. يتم إخراج أقطاب الكاثود لكل جزء إلى أطراف فردية. يتم تشغيل هذا التكوين عادةً عن طريق التعدد الزمني (multiplexing)، حيث يتم تشغيل الأنود المشترك لكل رقم بالتتابع بتردد عالٍ، بينما يتم تأريض كاثودات الأجزاء المناسبة لإضاءة النمط المطلوب.

6. إرشادات اللحام والتجميع

توفر ورقة البيانات معلمة حاسمة لعملية التجميع: أقصى درجة حرارة لحام مسموح بها. تحدد أن الجهاز يمكنه تحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1.6 ملم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس العبوة. هذا إرشاد قياسي للحام الموجة أو اللحام اليدوي للمكونات عبر الثقب. تجاوز هذا الملف الزمني-الحراري يمكن أن يسبب إجهادًا حراريًا على عبوة الإيبوكسي، مما قد يؤدي إلى تشقق، أو تقشر، أو تلف روابط الأسلاك الداخلية والرقاقة شبه الموصلة. يُفهم أيضًا ضرورة التعامل السليم لتجنب التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، حيث أن مصابيح LED حساسة عمومًا لارتفاعات الجهد.

7. معلومات التعبئة والطلب

رمز الطلب الأساسي هوLTC-5836KR-07. يمكن استنتاج تفكيك رقم القطعة: 'LTC' تشير على الأرجح إلى عائلة المنتج، '5836' هو الطراز المحدد، 'K' قد تشير إلى اللون (أحمر فائق)، 'R' قد تشير إلى وضع النقطة العشرية على اليمين، و'-07' قد يكون رمز مراجعة أو نوع فرعي. يتم توريد الجهاز عادةً في أنابيب أو صواني مضادة للكهرباء الساكنة لحماية الأطراف ومنع تلف ESD أثناء الشحن والتعامل. ستشمل التعبئة ملصقات تحدد رقم القطعة، والكمية، ورقم الدفعة، وربما رمز صندوق شدة الإضاءة.

8. توصيات التطبيق

سيناريوهات التطبيق النموذجية:هذه الشاشة مثالية لأي تطبيق يتطلب قراءة رقمية متعددة الأرقام واضحة. وهذا يشمل الملتمترات الرقمية، وعدادات التردد، وعدادات الوقت الصناعية، والمقاييس، ومجموعات أدوات عدادات السيارات (مثل الساعة، عداد المسافات)، والأجهزة الطبية، والأجهزة المنزلية مثل الأفران أو أفران الميكروويف. نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع يجعلها مناسبة للبيئات الصناعية.

اعتبارات التصميم: 1. 1. دائرة التشغيل:استخدم دائرة تشغيل متعددة (multiplexing driver) للتحكم بكفاءة في الأرقام الثلاثة. يتطلب ذلك دبابيس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة العرض (مثل MAX7219 أو HT16K33) قادرة على استيعاب تيار الجزء وتوفير تيار الرقم. 2.تحديد التيار:مقاومات تحديد التيار الخارجية إلزامية لكل كاثود جزء (أو مدمجة في السائق) لضبط تيار الأمام المطلوب (مثل 10-20 مللي أمبير للسطوع الكامل). يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام R = (Vcc - VF) / IF. 3.تبديد الطاقة:تأكد من أن الطاقة المحسوبة لكل جزء (VF * IF) لا تتجاوز 70 ميغاواط، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية. 4.زاوية الرؤية:تتيح زاوية الرؤية الواسعة أوضاع تركيب مرنة، ولكن يتم تحقيق التباين الأمثل عند المشاهدة مباشرةً.

9. المقارنة التقنية والتمييز

ميزة التمييز الرئيسية لشاشة LTC-5836KR-07 هي استخدامها لتقنيةAlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم)لانبعاث الضوء الأحمر. مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير. وهذا يعني أنها تنتج ضوءًا أكثر (سطوعًا أعلى) لنفس كمية التيار الكهربائي، أو يمكنها تحقيق نفس السطوع بتيار أقل، مما يؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة وتوليد حرارة أقل. علاوة على ذلك، تتمتع مصابيح LED من نوع AlInGaP عمومًا بأداء أفضل في درجات الحرارة المرتفعة وتوفر تشبع لوني ونقاء فائقين، مما ينتج عنه لون أحمر أكثر حيوية وثباتًا. تصميم الوجه الرمادي/الأجزاء البيضاء هو ميزة أخرى تعزز التباين مقارنة بالشاشات ذات الوجوه السوداء أو الأجزاء المنتشرة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما هو الغرض من فرز شدة الإضاءة؟

ج: يضمن الفرز التجانس البصري عبر جميع الأجزاء والأرقام في شاشة متعددة الوحدات. بدون الفرز، قد يظهر رقم واحد أكثر سطوعًا أو خفوتًا بشكل ملحوظ من جيرانه، مما يشتت الانتباه بصريًا ويبدو غير احترافي.

س: كيف أقوم بتشغيل هذه الشاشة المكونة من ثلاثة أرقام بوحدة تحكم دقيقة (microcontroller) ذات دبابيس محدودة؟

ج: يجب عليك استخدام التعدد الزمني (multiplexing). ستحتاج وحدة التحكم الدقيقة إلى 11 دبوس إدخال/إخراج على الأقل (7 أجزاء + نقطة عشرية + 3 أطراف أرقام مشتركة) إذا تم تشغيلها مباشرة، ولكن من الأكثر كفاءة استخدام دائرة متكاملة مخصصة لقيادة LED بواجهة تسلسلية. تقوم هذه الدائرة المتكاملة بمعالجة التعدد الزمني والتحكم في التيار، مما يتطلب فقط 2-3 دبابيس من وحدة التحكم الدقيقة (مثل SPI أو I2C).

س: لماذا يتم تخفيض التيار الأمامي مع درجة الحرارة؟

ج: مع زيادة درجة حرارة تقاطع LED، تقل قدرته على تبديد الحرارة. لمنع درجة حرارة التقاطع من تجاوز حدها الأقصى الآمن (والذي قد يسبب فشلاً سريعًا)، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر. يوفر عامل التخفيض (0.28 مللي أمبير/درجة مئوية) الإرشاد لهذا التخفيض.

س: هل يمكنني استخدام هذه الشاشة في تطبيق خارجي؟

ج: نطاق درجة حرارة التشغيل (-35 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية) يشير إلى أنه يمكنه التعامل مع البيئات القاسية. ومع ذلك، للاستخدام الخارجي المباشر، ضع في اعتبارك عوامل إضافية غير مغطاة في ورقة البيانات: العبوة ليست مقاومة للماء بطبيعتها، والتعرض المطول لأشعة الشمس فوق البنفسجية قد يؤدي إلى تدهور الإيبوكسي البلاستيكي بمرور الوقت، مما قد يسبب تغير اللون. يُنصح باستخدام غطاء واقي أو طلاء مطابق (conformal coating).

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم قراءة رقمية لمصدر طاقة مكتبي رقمي

يقوم مصمم ببناء مصدر طاقة مكتبي متغير ويحتاج إلى شاشة عرض جهد رقمية واضحة مكونة من 3 أرقام (مثل 0.0V إلى 30.0V). تم اختيار شاشة LTC-5836KR-07 لسطوعها، وإمكانية قراءتها، ونقطة عشرية على اليمين (مثالية لعرض أعشار الفولت). يستخدم التصميم وحدة تحكم دقيقة مع محول تناظري رقمي (ADC) لقياس جهد الخرج. تتواصل وحدة التحكم الدقيقة عبر I2C مع شريحة قيادة LED. تقوم شريحة القيادة بمعالجة التعدد الزمني للأرقام الثلاثة: فهي تدور الطاقة إلى الأنود المشترك للرقم 1، والرقم 2، والرقم 3 على التوالي بسرعة عالية. في الوقت نفسه، تقوم بتأريض كاثودات الأجزاء التي تحتاج إلى إضاءة للرقم الذي يتم تشغيله حاليًا. يتم ضبط معدل التحديث عاليًا بما يكفي (مثل >100 هرتز) للقضاء على الوميض المرئي. يتم وضع مقاومات تحديد التيار على مخرجات أجزاء السائق لضبط تيار الأمام إلى 15 مللي أمبير لكل جزء، مما يوفر توازنًا جيدًا بين السطوع واستهلاك الطاقة. يوفر الوجه الرمادي تباينًا ممتازًا ضد اللوحة المعدنية لمصدر الطاقة.

12. مقدمة عن المبدأ التقني

يعتمد مبدأ التشغيل الأساسي على الإضاءة الكهربائية (electroluminescence) في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. تم هندسة طبقات AlInGaP الخارجية ليكون لها طاقة فجوة نطاق محددة. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الوصلة (حوالي 2.0 فولت)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p عبر الوصلة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة في المنطقة النشطة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) لهذا الضوء مباشرة بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة AlInGaP، والتي تم ضبطها لإنتاج ضوء أحمر حول 639 نانومتر. تنسيق السبعة أجزاء هو نمط قياسي حيث يمكن إضاءة أجزاء LED الفردية (المُسماة من A إلى G) بشكل انتقائي لتشكيل أي رقم من 0 إلى 9. يبسط تكوين الأنود المشترك دائرة التشغيل للشاشات المتعددة.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

بينما تظل شاشات LED المنفصلة من نوع سبعة أجزاء ذات صلة بتطبيقات محددة، فإن الاتجاه الأوسع في تكنولوجيا العرض يتحرك نحو حلول متكاملة. وتشمل هذه:شاشات المصفوفة النقطية والأبجدية الرقمية:تقدم مرونة أكبر لعرض الحروف والرموز والأحرف المخصصة.شاشات OLED وMicro-LED:توفر دقة أعلى، وتناقض أفضل، وعوامل شكل أرق، على الرغم من أنها غالبًا بتكلفة أعلى ومتطلبات تشغيل مختلفة.شاشات السائق المتكاملة:وحدات تجمع بين مصفوفة LED ودارة التحكم/السائق المتكاملة على نفس لوحة الدوائر المطبوعة، مما يبسط تصميم الواجهة (غالبًا مجرد اتصال تسلسلي). بالنسبة للتخصص المحدد لقراءات رقمية عالية السطوع، ومتينة، وبسيطة، تواصل الشاشات القائمة على AlInGaP مثل LTC-5836KR-07 تقديم توازن مثالي بين الأداء، والموثوقية، والتكلفة. قد تركز التطورات المستقبلية على كفاءة أعلى، ونطاقات حرارة أوسع، وبدائل عبوات تركيب سطحية (SMD) لتصميمات عبر الثقب.