ورقة بيانات شاشة LED ثلاثية الأرقام مقاس 0.4 بوصة من نوع LTC-4724JD - ارتفاع الرقم 10.0 مم - جهد أمامي 2.6 فولت - لون أحمر شديد 639 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

2.3 المواصفات الحرارية والبيئية

يتم تحديد حدود تشغيل الجهاز بواسطة نطاقات درجة الحرارة.

• نطاق درجة حرارة التشغيل:-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. تم تصميم الشاشة لتعمل بشكل صحيح ضمن هذا المدى لدرجة الحرارة المحيطة.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يمكن تخزين الجهاز دون تشغيل ضمن هذه الحدود دون تدهور.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للعبوة تحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ عند نقطة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس أثناء عمليات لحام إعادة التدفق.

3. نظام الفرز والتصنيف

تنص ورقة البيانات صراحةً على أن الجهاز "مُصنف لشدة الإضاءة". وهذا يعني عملية فرز ما بعد الإنتاج. بينما لا يتم توفير رموز فرز محددة في هذا المقتطف، فإن التصنيف النموذجي لمثل هذه الشاشات يتضمن فرز الوحدات بناءً على شدة الإضاءة المقاسة عند تيار اختبار قياسي (مثل 1 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير). وهذا يضمن أن المصممين الذين يحصلون على شاشات متعددة يمكنهم توقع مستويات سطوع متسقة عبر جميع الوحدات في منتجهم، والحفاظ على مظهر موحد على اللوحة النهائية. قد تكون نسب المطابقة للجهد الأمامي (V_F) أيضًا جزءًا من مواصفات الفرز الكاملة، على الرغم من عدم تفصيلها هنا.

4. تحليل منحنيات الأداء

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

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يُظهر العلاقة الأسية، وهي بالغة الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار. سيُشير المنحنى إلى جهد التشغيل وكيفية زيادة V_Fمع زيادة I_F.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع تيار القيادة، عادةً في علاقة شبه خطية حتى نقطة معينة، وبعدها تنخفض الكفاءة.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر انخفاض إخراج الضوء مع زيادة درجة الحرارة. عادةً ما تشهد مصابيح LED من نوع AlInGaP انخفاضًا كبيرًا في الكفاءة مع ارتفاع درجة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر الذروة عند 639 نانومتر ونصف العرض 20 نانومتر.

هذه المنحنيات ضرورية لتحسين ظروف القيادة، وفهم التأثيرات الحرارية، والتنبؤ بالأداء في بيئة التطبيق الفعلية.

5. معلومات الميكانيكا والعبوة

5.1 الأبعاد المادية والمخطط التفصيلي

يُوصف الجهاز بأنه شاشة "ارتفاع رقم 0.4 بوصة (10.0 مم)". سيُظهر الرسم التفصيلي للعبوة (غير مفصل بالكامل هنا) أبعاد الوحدة الإجمالية، وتباعد الأرقام والشرائح، ومساحة التلامس لتكوين 15 دبوسًا. التسامحات لجميع الأبعاد الخطية هي عادة ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يساهم البناء المادي في ميزة "زاوية الرؤية الواسعة".

5.2 مخطط الدبابيس واتصالاتها

تستخدم الشاشة تكوين كاثود مشترك متعدد الإرسال. يتم توفير الرسم التخطيطي للدائرة الداخلية وجدول اتصال الدبابيس. النقاط الرئيسية:

• التكوين:كاثود مشترك متعدد الإرسال. يتم توصيل كاثودات مصابيح LED لكل رقم (الرقم 1، الرقم 2، الرقم 3) معًا داخليًا، وكذلك كاثودات النقاط العشرية/المؤشرات الجانبية اليسرى (L1، L2، L3). الأنودات لكل نوع من الشرائح (A-G، DP) مشتركة عبر جميع الأرقام.
• وظائف الدبابيس:تتضمن واجهة 15 دبوسًا:
  • دبابيس الكاثود المشترك للرقم 1 (الدبوس 1)، الرقم 2 (الدبوس 5)، الرقم 3 (الدبوس 7)، وللمؤشرات L1/L2/L3 (الدبوس 14).
  • دبابيس الأنود للشرائح A (الدبوس 12)، B (الدبوس 11)، C (الدبوس 3)، D (الدبوس 4)، E (الدبوس 2)، F (الدبوس 15)، G (الدبوس 8)، والنقطة العشرية DP (الدبوس 6).
  • تشارك الشريحة C والمؤشر L3 دبوس الأنود 3. تشارك الشريحة A مع L1 (الدبوس 12)، وتشارك الشريحة B مع L2 (الدبوس 11).
  • يتم وضع علامة "NO CONNECTION" أو "NO PIN" على عدة دبابيس (الدبابيس 9، 10، 13).

يتطلب مخطط الدبابيس هذا دائرة قيادة متعددة الإرسال تقوم بتشغيل كاثود كل رقم بالتتابع مع تطبيق نمط الأنود الصحيح للرقم المطلوب على ذلك الرقم.

6. إرشادات اللحام والتجميع

المواصفة الرئيسية للتجميع المقدمة هي ملف تعريف لحام إعادة التدفق: يمكن للمكون تحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل جسم العبوة. هذه حالة لحام قياسية خالية من الرصاص، تتماشى مع ميزة "العبوة الخالية من الرصاص". يجب على المصممين اتباع إرشادات IPC القياسية لتصميم وسادات PCB، وفتحة الاستنسل، ومعدلات ارتفاع/انخفاض ملف تعريف إعادة التدفق لضمان وصلات لحام موثوقة دون تعريض رقائق LED أو وصلات الأسلاك الداخلية لإجهاد حراري مفرط. يجب مراعاة إجراءات التعامل مع التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) المناسبة خلال جميع مراحل التجميع.

7. معلومات التعبئة والطلب

رقم الجزء هو LTC-4724JD. قد يشير اللاحق "JD" إلى خصائص محددة مثل اللون (أحمر شديد) ونوع العبوة. من المحتمل أن يتم توريد الأجهزة في أنابيب أو صواني مضادة للكهرباء الساكنة لحماية الدبابيس ومنع تلف ESD أثناء الشحن والتعامل. سيتم تصميم التعبئة لتلبية مواصفات نطاق درجة حرارة التخزين.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

تم تصميم الكاثود المشترك متعدد الإرسال للواجهة المباشرة مع وحدات التحكم الدقيقة (MCUs) أو دوائر القيادة المخصصة للعرض (مثل MAX7219، TM1637). تتضمن الدائرة النموذجية استخدام دبابيس GPIO على MCU لأنودات الشرائح (غالبًا من خلال مقاومات تحديد التيار) وإما دبابيس GPIO أو مفاتيح الترانزستور (NPN أو N-channel MOSFET) لسحب التيار لكاثودات الأرقام. يجب أن تقوم روتين التعدد في البرنامج بتحديث كل رقم بسرعة (عادة >60 هرتز) لتجنب الوميض المرئي.

8.2 حسابات التصميم الرئيسية

• مقاومة تحديد التيار (R_lim):لقيادة بجهد ثابت (مثل مصدر 5 فولت)، R_lim= (V_supply- V_F) / I_F. باستخدام V_F=2.6 فولت و I_Fمطلوب قدره 15 مللي أمبير: R_lim= (5 - 2.6) / 0.015 = 160 أوم. سيكون المقاوم القياسي 150 أوم أو 180 أوم مناسبًا. يجب التحقق من تصنيف قدرة المقاوم: P = I²* R.
• دورة العمل متعددة الإرسال والتيار الذروي:في تعدد 3 أرقام، يكون كل رقم قيد التشغيل لمدة تقريبًا 1/3 من الوقت. لتحقيق تيار متوسط قدره I_avg، يجب أن يكون التيار الذروي خلال فترته النشطة I_peak= I_avg* عدد_الأرقام. إذا كان متوسط 5 مللي أمبير لكل شريحة مطلوبًا، فيجب أن يكون التيار الذروي خلال الفترة النشطة للرقم ~15 مللي أمبير. يجب أن يظل هذا أقل من التصنيف المستمر 25 مللي أمبير.
• تبديد الطاقة:لرقم يعرض "8" (جميع الشرائح السبعة مضاءة)، مع I_F=10 مللي أمبير لكل شريحة و V_F=2.6 فولت، الطاقة لكل شريحة هي 26 ملي واط. الإجمالي للرقم هو 182 ملي واط. يتم تبديد هذه الحرارة عبر الأرقام الثلاثة بالتتابع في وضع التعدد، مما يقلل الحمل الحراري الفعال مقارنة بالقيادة الثابتة.

8.3 اعتبارات التصميم

• زاوية الرؤية:زاوية الرؤية الواسعة مفيدة للوحات التي قد يتم عرضها من مواقع خارج المحور.
• التباين:يوفر تصميم الوجه الرمادي/الشرائح البيضاء تباينًا عاليًا عندما تكون مصابيح LED الحمراء مطفأة، مما يحسن قابلية القراءة في ضوء المحيط الساطع.
• الطاقة المنخفضة:القدرة على العمل عند تيارات منخفضة (مثل 1 مللي أمبير للسطوع القابل للقياس) تجعله مناسبًا للأجهزة التي تعمل بالبطارية، خاصة عند دمجه مع التعدد الذي يقلل متوسط استهلاك التيار.
• إدارة الحرارة:تأكد من أن تخطيط PCB يسمح ببعض تبديد الحرارة، خاصة إذا كنت تقود الشرائح بالقرب من تصنيفات التيار القصوى أو تعمل في درجات حرارة محيطة عالية. يجب احترام منحنى تخفيض التيار الأمامي.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية من نوع GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم تكنولوجيا AlInGaP في LTC-4724JD كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار القيادة أو استهلاك طاقة أقل لنفس السطوع. اللون الأحمر الشديد (639 نانومتر) أكثر تشبعًا ووضوحًا بصريًا من مصابيح LED الحمراء القياسية (~620-625 نانومتر). مقارنة بشاشات الرقم الواحد، توفر هذه الوحدة ثلاثية الأرقام المتكاملة مساحة كبيرة على PCB وتُبسط التجميع مقابل استخدام ثلاثة مكونات منفصلة. تقلل الواجهة متعددة الإرسال، على الرغم من أنها تتطلب دائرة قيادة أكثر تعقيدًا من القيادة الثابتة، بشكل كبير من عدد دبابيس التحكم المطلوبة من وحدة التحكم الدقيقة (مثل 11 دبوسًا للقيادة الثابتة لـ 3 أرقام مع النقطة العشرية مقابل 8 شرائح + 3 أرقام = 11 دبوسًا للتعدد، ولكن غالبًا ما يتم تحسينها بشكل أكبر باستخدام برامج التشغيل).

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما هو الغرض من تصميم "الكاثود المشترك"؟

ج: يسمح بالتعدد. من خلال مشاركة أنودات الشرائح عبر الأرقام والتحكم في كاثودات الأرقام بشكل فردي، يمكنك عرض أرقام مختلفة على كل رقم باستخدام مجموعة واحدة فقط من برامج تشغيل الشرائح، مما يقلل من دبابيس الإدخال/الإخراج المطلوبة من وحدة التحكم.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بتيار مستمر ثابت دون تعدد؟

ج: تقنيًا نعم، عن طريق توصيل جميع الكاثودات المشتركة معًا ومعاملتها كشاشة ثابتة مكونة من 3 أرقام. ومع ذلك، فإن هذا يتطلب 7 (شرائح) + 1 (DP) + 3 (مؤشرات) = 11 برنامج تشغيل للأنود ومصرف كاثود واحد قادر على التعامل مع التيار المجمع لجميع الشرائح المضاءة (مثل، حتى 7*25 مللي أمبير=175 مللي أمبير لكل رقم)، وهو أمر غير فعال ويستخدم المزيد من الدبابيس.

س: الجهد الأمامي هو 2.6 فولت نموذجيًا. هل يمكنني تشغيله مباشرة من مصدر 3.3 فولت لوحدة التحكم الدقيقة؟

ج: نعم، ولكن يجب عليك تضمين مقاومة تحديد تيار. الحساب: R = (3.3V - 2.6V) / I_F. لـ 10 مللي أمبير، R = 0.7V / 0.01A = 70 أوم. تأكد من أن دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة يمكنه توفير/سحب التيار المطلوب.

س: ماذا يعني "أحمر شديد" مقارنة بالأحمر القياسي؟

ج: يشير الأحمر الشديد عادةً إلى مصابيح LED ذات طول موجي سائد أطول من حوالي 630 نانومتر، مما ينتج لونًا أحمر أعمق وأكثر "حقيقة" مقارنة بدرجة اللون الأحمر البرتقالي لمصابيح LED الحمراء القياسية (~620-625 نانومتر). يتم تحقيق ذلك باستخدام مواد أشباه موصلات متقدمة مثل AlInGaP.

س: كيف يمكنني التحكم في النقاط العشرية/المؤشرات (L1، L2، L3)؟

ج: تشارك دبابيس الأنود مع الشرائح A، B، و C على التوالي. للإضاءة، على سبيل المثال، المؤشر L1، يجب عليك تنشيط الكاثود المشترك للمؤشرات (الدبوس 14) مع تنشيط أنود الشريحة A (الدبوس 12) أيضًا، تمامًا كما تفعل لإضاءة الشريحة A لرقم ما.

11. مثال تطبيقي عملي

السيناريو: تصميم قراءة فولتميتر بسيط مكون من 3 أرقام.

تقوم وحدة تحكم دقيقة مع محول تماثلي رقمي (ADC) بقياس جهد (0-5 فولت). يقوم البرنامج بقياس القراءة إلى قيمة بين 0 و 5.00. ثم يفصل هذا إلى ثلاثة أرقام: المئات، والعشرات، والآحاد/الأعشار (مع تثبيت النقطة العشرية بعد الرقم الأول). يعمل روتين تعدد في مقاطعة المؤقت كل 5 مللي ثانية (معدل تحديث 200 هرتز).

1. الدورة 1:يضع MCU نمط أنود الشريحة على دبابيس الإخراج الخاصة به للرقم "المئات" (مثل "5"). ثم يقوم بتمكين الترانزستور الذي يسحب التيار لكاثود الرقم 1 (الدبوس 1). جميع كاثودات الأرقام الأخرى مطفأة. يستمر هذا لمدة ~1.6 مللي ثانية.
2. الدورة 2:يغير MCU نمط الشريحة للرقم "العشرات" ويبدل تمكين الكاثود إلى الرقم 2 (الدبوس 5).
3. الدورة 3:يضع MCU نمط الشريحة للرقم "الآحاد/الأعشار"، بما في ذلك تنشيط أنود DP (الدبوس 6) للنقطة العشرية. يقوم بتمكين الكاثود للرقم 3 (الدبوس 7).

تتكرر هذه الدورة. بالنسبة للعين البشرية، بسبب استمرارية الرؤية، تظهر جميع الأرقام الثلاثة مضاءة بثبات في وقت واحد. يتم وضع مقاومات تحديد التيار على كل خط أنود شريحة. متوسط التيار لكل شريحة هو التيار الذروي مقسومًا على 3 (عدد الأرقام).

12. مبدأ التشغيل

المبدأ الأساسي هو الإضاءة الكهربائية في وصلة PN لأشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز جهد تشغيل الصمام الثنائي عبر رقاقة LED من نوع AlInGaP، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد البالغ 639 نانومتر بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات AlInGaP، والتي يتم هندستها أثناء عملية النمو الطبقي على ركيزة GaAs. تحتوي كل شريحة من الشاشة على واحدة أو أكثر من رقائق LED الصغيرة هذه. تستغل دائرة التعدد عدم قدرة العين البشرية على إدراك التبديل السريع للإيقاف/التشغيل، مما يخلق وهم شاشة متعددة الأرقام مضاءة باستمرار مع تقليل تعقيد الأجهزة واستهلاك الطاقة بشكل كبير.

13. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل شاشات LED السباعية الشرائح تكنولوجيا ناضجة وفعالة من حيث التكلفة للقراءات الرقمية. الاتجاه داخل هذا القطاع هو نحو مواد ذات كفاءة أعلى (مثل AlInGaP التي تحل محل GaAsP الأقدم)، وجهد تشغيل أقل، وأحجام عبوات أصغر لكثافة أعلى. هناك أيضًا اتجاه نحو دمج دوائر القيادة داخل وحدة العرض نفسها (مثل واجهات I2C أو SPI)، مما يبسط متطلبات وحدة التحكم الدقيقة الخارجية. بينما تقدم شاشات OLED و LCD ذات المصفوفة النقطية مرونة أكبر للمحتوى الأبجدي الرقمي والرسومي، تحتفظ مصابيح LED السباعية الشرائح بمزايا قوية في التطبيقات التي تتطلب سطوعًا عاليًا جدًا، وزوايا رؤية واسعة، وتحملًا شديدًا لدرجة الحرارة، وبساطة، وتكلفة منخفضة خصيصًا للبيانات الرقمية. تعكس مواصفة العبوة الخالية من الرصاص التحول العالمي للصناعة نحو الامتثال لـ RoHS (تقييد المواد الخطرة).