Hoja de Datos del Display LED de 7 Segmentos Azul LTC-5689TBZ - Altura de Dígito 0.56 Pulgadas - Voltaje Directo 3.6V - Chip Azul InGaN - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-5689TBZ es un módulo de display alfanumérico de alto rendimiento, de tres dígitos y siete segmentos. Está diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes con una excelente visibilidad. El componente central de este display es un chip LED azul de InGaN (Nitruro de Galio e Indio) crecido epitaxialmente sobre un sustrato de zafiro, lo que proporciona una emisión de luz estable y eficiente. Una característica integrada clave es un diodo Zener para cada segmento, que ofrece protección contra picos de voltaje inverso, un factor crítico para mejorar la fiabilidad a largo plazo del display en entornos eléctricamente ruidosos.

El display presenta una cara negra con segmentos blancos, creando una apariencia de alto contraste que mejora significativamente la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Se clasifica como un display de tipo Ánodo Común, una configuración estándar para circuitos de excitación multiplexados comúnmente utilizados en sistemas basados en microcontroladores. El dispositivo cumple con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), asegurando que está fabricado con materiales libres de plomo.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales del LTC-5689TBZ derivan de su diseño optoelectrónico y su construcción robusta. El uso de la tecnología InGaN proporciona un alto brillo y un color azul consistente con una longitud de onda dominante típicamente alrededor de 470-475 nm. Los segmentos continuos y uniformes aseguran una apariencia de carácter profesional y sin interrupciones, lo cual es crucial para interfaces de usuario en electrónica de consumo, paneles de control industrial, instrumentación y equipos de prueba.

Su bajo requerimiento de potencia lo hace adecuado para dispositivos alimentados por batería o conscientes del consumo energético. El amplio ángulo de visión asegura que el display permanezca legible incluso cuando se ve desde un lateral, ampliando su usabilidad en aplicaciones montadas en panel. La fiabilidad de estado sólido de los LEDs, combinada con la protección adicional del diodo Zener, convierte a este display en una opción duradera para aplicaciones que exigen una larga vida operativa y estabilidad.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Comprender los límites absolutos máximos es esencial para prevenir fallos del dispositivo durante el diseño y operación del circuito. Estos límites definen los umbrales más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disiparse de forma segura en forma de calor por un solo segmento iluminado en operación continua.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:100 mA. Esta corriente solo es permisible en condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1 ms. No debe usarse para calcular las condiciones normales de operación.
• Corriente Directa Continua por Segmento:20 mA a 25°C. Esta es la corriente máxima recomendada para operación estándar. Se aplica un factor de reducción lineal de 0.21 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C. Por ejemplo, a 50°C, la corriente continua máxima sería aproximadamente 20 mA - (0.21 mA/°C * 25°C) = 14.75 mA.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Condiciones de Soldadura:El dispositivo puede soportar procesos de soldadura por ola o reflujo donde la temperatura de soldadura a 1/16 de pulgada (aprox. 1.6 mm) por debajo del plano de asiento es de 260°C durante un máximo de 3 segundos.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas (Ta=25°C)

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba específicas y representan el rendimiento típico del dispositivo.

• Intensidad Luminosa Promedio (Iv):5400 - 9000 µcd (microcandelas) con una corriente directa (IF) de 10 mA. Este amplio rango indica que el dispositivo está clasificado o "binned" por intensidad. Los diseñadores deben tener en cuenta esta variación al buscar un brillo consistente entre múltiples unidades o displays.
• Voltaje Directo por Segmento (VF):3.3V (Mín), 3.6V (Típ) a IF=20 mA. Este parámetro es crucial para diseñar el valor de la resistencia limitadora de corriente. Usando una fuente de alimentación estándar de 5V, el valor de la resistencia sería R = (Vcc - VF) / IF = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70 Ohmios. A menudo se usa un valor ligeramente mayor (ej., 75-100 Ohmios) por fiabilidad y para tener en cuenta la variación de VF.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λp):468 nm (Típ). Esta es la longitud de onda a la que la intensidad de la luz emitida es más alta.
• Longitud de Onda Dominante (λd):470 - 475 nm (Típ). Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano y define el color del LED.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):25 nm (Típ). Esto indica la pureza espectral; un valor más pequeño significa una luz más monocromática.
• Corriente Inversa por Segmento (IR):100 µA (Máx) con un Voltaje Inverso (VR) de 5V.Nota Crítica:Esta condición de prueba es solo para garantía de calidad (prueba IR). El dispositivo NO está diseñado para operar continuamente bajo polarización inversa. El diodo Zener integrado está destinado a la protección contra transitorios, no para operación en estado estacionario con voltaje inverso.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:2:1 (Máx). Esto especifica la relación máxima permitida entre el segmento más brillante y el más tenue dentro de un solo dígito o entre áreas iluminadas similares, asegurando uniformidad visual.

3. Sistema de Clasificación y Categorización

La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esta es una práctica común en la fabricación de LEDs para agrupar productos según parámetros de rendimiento medidos.

• Clasificación por Intensidad Luminosa:El rango de Iv de 5400-9000 µcd sugiere múltiples categorías de intensidad. Para aplicaciones que requieren brillo consistente (ej., displays multi-dígito o paneles con varias unidades), es recomendable especificar una categoría más estrecha o abastecerse del mismo lote de producción.
• Clasificación por Longitud de Onda/Color:Aunque no se detalla explícitamente con códigos, el rango típico de λd de 470-475 nm implica una posible clasificación por color. Una longitud de onda dominante consistente es clave para una apariencia de color uniforme.
• Clasificación por Voltaje Directo:El rango de VF (3.3V a 3.6V) también puede estar sujeto a categorización, lo que puede afectar el diseño de la fuente de alimentación y la gestión térmica en grandes arreglos.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas". Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el extracto, se pueden inferir las curvas estándar de LED y son críticas para el diseño.

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Un LED exhibe una relación exponencial I-V. El VF especificado a 20 mA da un punto en esta curva. La curva muestra el voltaje de encendido y cómo la corriente aumenta rápidamente con el voltaje por encima de este punto, destacando la necesidad de mecanismos limitadores de corriente.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva L-I):La salida de luz es generalmente proporcional a la corriente directa, pero puede saturarse a corrientes altas debido a efectos térmicos. Operar en o por debajo de los 20 mA recomendados asegura linealidad y longevidad.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:La salida de luz del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. La reducción de la corriente continua (0.21 mA/°C) está directamente relacionada con la gestión de este efecto térmico para mantener el brillo y la fiabilidad.
• Distribución Espectral:El gráfico mostraría la intensidad relativa de la luz emitida a través de las longitudes de onda, centrada alrededor de 470-475 nm con un ancho medio típico de 25 nm.

5. Información Mecánica, de Paquete y de Pinout

5.1 Dimensiones del Paquete

El display tiene una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.2 mm). Todas las dimensiones mecánicas se proporcionan en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. Una nota específica menciona una tolerancia de desplazamiento de la punta del pin de +0.4 mm, lo cual es importante para el diseño de la huella en la PCB para asegurar una alineación y soldabilidad adecuadas.

5.2 Diagrama de Circuito Interno y Conexión de Pines

El diagrama de circuito interno revela la arquitectura: cada segmento (A-G, DP1-5) es un chip LED azul InGaN individual en serie con un diodo Zener. Todos estos pares LED-Zener comparten una conexión de ánodo común por dígito. El pinout es el siguiente:

• Pines 1-7: Cátodos para los segmentos A, B, C, D, E, F, G respectivamente.
• Pin 8: Cátodo común para los tres puntos decimales de la derecha (DP1, DP2, DP3).
• Pines 9, 10, 11: Ánodos comunes para el Dígito 3, Dígito 2 y Dígito 1 respectivamente. Este es el punto de suministro de energía para cada dígito.
• Pin 12: Ánodo común para los dos puntos decimales de la izquierda (DP4, DP5).
• Pines 13, 14: Cátodos para DP5 y DP4 respectivamente.

Esta configuración es ideal para multiplexación. Al excitar secuencialmente los ánodos comunes (pines 9,10,11,12) a nivel ALTO y hundir corriente a través de los pines de cátodo de segmento apropiados, los tres dígitos y cinco puntos decimales pueden controlarse con un número de pines relativamente bajo desde un microcontrolador.

6. Directrices de Soldadura, Ensamblaje y Manejo

El cumplimiento de las especificaciones de soldadura es crítico. El dispositivo puede soportar una temperatura máxima de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1.6 mm por debajo del cuerpo del paquete. Los perfiles de reflujo estándar sin plomo (IPC/JEDEC J-STD-020) son generalmente aplicables. Se debe tener cuidado para evitar estrés mecánico en los pines durante la inserción y para prevenir un calentamiento excesivo durante la soldadura manual. Para el almacenamiento, el rango recomendado es de -35°C a +85°C en un ambiente seco y sin condensación.

7. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de excitación más común es la multiplexación. Un microcontrolador usará pines de salida para controlar interruptores de transistor (ej., MOSFETs PNP o de canal P) en las líneas de ánodo común y usará puertos de E/S con capacidad de sumidero o ICs excitadores (como registros de desplazamiento 74HC595 con arreglos Darlington ULN2003) en las líneas de cátodo. Se requiere una resistencia limitadora de corriente para cada línea de cátodo (o integrada en el excitador). La frecuencia de multiplexación debe ser lo suficientemente alta para evitar parpadeo (típicamente >60 Hz).

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use resistencias en serie. Calcule basándose en el peor caso (VF mínimo) para evitar sobrecorriente.
• Ciclo de Trabajo en Multiplexación:Dado que cada dígito solo se alimenta durante una fracción del tiempo, la corriente instantánea por segmento puede ser mayor que el promedio para lograr el brillo deseado. Por ejemplo, en una multiplexación de 3 dígitos, el ciclo de trabajo por dígito es ~1/3. Para lograr una corriente promedio de 10 mA, la corriente instantánea durante su tiempo activo podría establecerse en 30 mA, siempre que no exceda la clasificación de corriente de pico y la disipación de potencia promedio esté dentro de los límites.
• Función del Diodo Zener:El diodo Zener integrado limita cualquier transitorio de voltaje negativo en el segmento, protegiendo el delicado chip LED. No regula el voltaje durante la operación directa normal.
• Ángulo de Visión y Montaje:Asegúrese de que el display esté montado correctamente en la PCB y que la abertura del panel esté alineada correctamente para maximizar el beneficio del amplio ángulo de visión.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los displays de siete segmentos estándar sin diodos de protección, el LTC-5689TBZ ofrece una resiliencia significativamente mejorada contra sobreesfuerzo eléctrico por fuerza contraelectromotriz, conmutación inductiva o errores de cableado. En comparación con displays que usan tecnología antigua de GaP o GaAsP, el chip azul InGaN proporciona un mayor brillo y un color azul más vibrante y saturado. La altura de dígito de 0.56 pulgadas lo sitúa en una categoría adecuada para visión a media distancia, más grande que los displays SMD miniaturas pero más pequeño que los grandes medidores de panel.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Puedo excitar este display con un sistema de microcontrolador de 3.3V?

R: Posiblemente, pero con precaución. El VF típico es de 3.6V, que es mayor que 3.3V. Puede obtener una iluminación muy tenue o nula. Se requeriría un circuito elevador o un IC excitador alimentado desde un voltaje más alto (como 5V) para el suministro del LED, mientras que las señales de control pueden permanecer en niveles lógicos de 3.3V.

P: ¿Por qué hay una especificación de corriente inversa (IR) si no debo aplicar voltaje inverso?

R: La prueba IR es un control de calidad de fabricación para asegurar que el diodo Zener y la unión LED estén intactos. No es una guía operativa. La polarización inversa continua puede degradar el dispositivo.

P: ¿Cómo controlo los puntos decimales de forma independiente?

R: Los cinco puntos decimales se dividen en dos grupos: DP1/DP2/DP3 (cátodo común en el Pin 8) y DP4/DP5 (cátodos individuales en los Pines 14 y 13, ánodo común en el Pin 12). Deben ser excitados en consecuencia en la secuencia de multiplexación.

10. Ejemplo de Aplicación Práctica

Caso: Diseño de una Lectura de Voltímetro Simple de 3 Dígitos.Un microcontrolador con un ADC mide un voltaje. El firmware convierte la lectura a tres dígitos. Usando una rutina de multiplexación, activa el ánodo del Dígito 1 (Pin 11), luego establece los pines de cátodo (1-7, 8 para DP) al patrón de tierra para el valor del primer dígito, espera un breve intervalo, luego desactiva el Dígito 1 y activa el Dígito 2 (Pin 10), y así sucesivamente. El punto decimal (ej., DP2) se ilumina activando su grupo de ánodo común (Pin 12 para DP4/DP5, o incluido en el ciclo del dígito para DP1/2/3) y llevando su cátodo específico a nivel bajo durante el período activo del dígito correcto. Las resistencias limitadoras de corriente de 100 Ohmios en cada línea de cátodo proporcionarían un punto de operación seguro desde una fuente de 5V.

11. Principio de Operación

El dispositivo opera bajo el principio de electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el umbral de encendido del diodo (aproximadamente 3.3-3.6V para este LED InGaN), los electrones y huecos se recombinan en la región activa, liberando energía en forma de fotones. La composición específica del material (InGaN) determina la energía del bandgap, que corresponde a la longitud de onda azul de la luz emitida. El diodo Zener integrado conduce fuertemente cuando un voltaje inverso excede su voltaje de ruptura, derivando así la corriente inversa dañina lejos de la unión LED y protegiéndola de daños.

12. Tendencias Tecnológicas

Los LEDs basados en InGaN representan una tecnología madura y altamente eficiente para emisión azul y verde. Las tendencias en tecnología de displays incluyen un movimiento hacia una mayor densidad de píxeles (segmentos más pequeños o matriz de puntos), excitadores y controladores integrados dentro del paquete del display, y la adopción de paquetes de dispositivo de montaje superficial (SMD) para ensamblaje automatizado. Si bien los displays discretos de siete segmentos siguen siendo vitales para aplicaciones específicas, su papel es cada vez más complementado por módulos OLED y LCD TFT que ofrecen mayor flexibilidad para gráficos y salida multicolor. La integración de componentes de protección como diodos Zener, como se ve en el LTC-5689TBZ, refleja un enfoque de la industria en mejorar la robustez y fiabilidad en aplicaciones sensibles al costo.