Hoja de Datos del Display LED LTC-4724JS - Dígitos de 0.4 Pulgadas - Amarillo AlInGaP - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 40mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-4724JS es un módulo de display compacto y de alto rendimiento de siete segmentos y tres dígitos, diseñado para aplicaciones que requieren una lectura numérica clara. Su función principal es representar visualmente tres dígitos (0-9) y sus puntos decimales asociados utilizando segmentos LED individuales. El dispositivo está diseñado para integrarse en diversos sistemas electrónicos donde la eficiencia de espacio, la legibilidad y la fiabilidad son consideraciones clave.

La tecnología central utiliza material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) para los chips LED. Este sistema de materiales es conocido por su alta eficiencia y excelente rendimiento en la región espectral del amarillo al rojo. Los chips se fabrican sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) no transparente, lo que ayuda a dirigir la salida de luz hacia adelante, mejorando el brillo y el contraste. El display presenta una pantalla frontal gris con marcas de segmentos blancas, proporcionando un fondo de alto contraste que mejora la legibilidad de los caracteres bajo diversas condiciones de iluminación.

El display emplea una configuración multiplexada de cátodo común. Este diseño reduce significativamente el número de pines de control necesarios en comparación con un método de excitación estática. En lugar de requerir un pin dedicado para cada segmento de cada dígito, los cátodos de cada dígito se conectan juntos y se controlan secuencialmente (multiplexados), mientras que los ánodos para cada tipo de segmento (A-G, DP) se comparten entre todos los dígitos. Esto lo hace muy eficiente para sistemas basados en microcontroladores con un número limitado de pines de E/S.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico es fundamental para la funcionalidad del display. Los parámetros clave se miden bajo condiciones de prueba estandarizadas, típicamente a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Este parámetro define el brillo percibido de un segmento. Con una corriente de prueba (I_F) de 1mA, el valor típico es de 650 µcd (microcandelas), con un valor mínimo garantizado de 200 µcd. El amplio rango indica un proceso de categorización o "binning" para la intensidad, común en la fabricación de LEDs para garantizar niveles mínimos de rendimiento.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):Medida a I_F=20mA, la longitud de onda pico típica es de 588 nanómetros (nm). Esto sitúa la emisión firmemente en la región amarilla del espectro visible.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Esta es de 587 nm, muy cercana a la longitud de onda pico. La longitud de onda dominante es la única longitud de onda que mejor representa el color percibido de la luz y es crucial para aplicaciones críticas en cuanto al color.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):Con un valor típico de 15 nm, este parámetro indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida. Un ancho medio relativamente estrecho, como se observa aquí, es característico de los LEDs AlInGaP y contribuye a un color amarillo saturado y puro.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):Esta relación, especificada como máximo 2:1, define la variación permitida en el brillo entre diferentes segmentos dentro del mismo display. Una relación de 2:1 significa que el segmento más brillante no debe ser más del doble de brillante que el segmento más tenue bajo condiciones de excitación idénticas, asegurando una apariencia uniforme.

Todas las mediciones de intensidad luminosa se realizan utilizando un sensor de luz y un filtro combinados calibrados para aproximarse a la curva estándar de respuesta fotópica del ojo de la CIE (Commission Internationale de l'Eclairage), asegurando que las mediciones se correlacionen con la percepción visual humana.

2.2 Características Eléctricas y Límites Absolutos Máximos

El cumplimiento de estos límites es crítico para la longevidad del dispositivo y para prevenir fallos catastróficos.

• Corriente Directa Continua por Segmento:La corriente continua máxima permitida a través de cualquier segmento LED individual es de 25 mA a 25°C. Más allá de esta temperatura, la especificación debe reducirse linealmente a una tasa de 0.33 mA por cada grado Celsius de aumento en la temperatura ambiente.
• Corriente Directa Pico por Segmento:Para operación pulsada, se permite una corriente más alta. Bajo un ciclo de trabajo de 1/10 con un ancho de pulso de 0.1ms, la corriente pico puede alcanzar los 60 mA. Esto es útil para esquemas de multiplexación donde se necesita un brillo instantáneo más alto durante el corto tiempo de encendido.
• Disipación de Potencia por Segmento:La potencia máxima que puede disiparse como calor por un solo segmento es de 40 mW. Esto se calcula como la Tensión Directa (V_F) multiplicada por la Corriente Directa (I_F). Exceder este límite arriesga un sobrecalentamiento de la unión semiconductor.
• Tensión Directa por Segmento (V_F):A una corriente de excitación de 20 mA, la caída de tensión directa típica a través de un segmento LED es de 2.6V, con un mínimo de 2.05V. Este parámetro es vital para diseñar el circuito limitador de corriente en el controlador.
• Tensión Inversa por Segmento:La tensión de polarización inversa máxima que se puede aplicar a través de un segmento LED es de 5V. Exceder esto puede causar daños inmediatos e irreversibles al LED debido a la ruptura de la unión.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):Con una polarización inversa de 5V aplicada, la corriente de fuga es típicamente de 100 µA o menos.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

• Rango de Temperatura de Operación:El dispositivo está especificado para funcionar correctamente dentro de un rango de temperatura ambiente de -35°C a +85°C. No se garantiza el rendimiento fuera de este rango.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:El dispositivo puede almacenarse sin operar dentro del mismo rango de -35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Durante el ensamblaje, el dispositivo puede soportar una temperatura máxima de soldadura de 260°C durante un máximo de 3 segundos, medida a 1.6mm por debajo del plano de asiento del encapsulado. Esto es crítico para procesos de soldadura por ola o de reflujo.

3. Sistema de Categorización y "Binning"

La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esto implica un proceso de clasificación post-producción ("binning"). Aunque no se proporcionan códigos de "bin" específicos en este extracto, la categorización típica para tales displays implica agrupar unidades basándose en la intensidad luminosa medida a una corriente de prueba estándar. Esto asegura que los clientes reciban displays con niveles de brillo mínimo consistentes. Los valores mínimo especificado (200 µcd) y típico (650 µcd) para I_Vdefinen los límites de esta categorización. Los diseñadores deben ser conscientes de que el brillo puede variar entre unidades dentro de la relación de coincidencia especificada de 2:1 y entre los diferentes "bins" de intensidad, lo que puede afectar la calibración del sistema para un brillo uniforme en múltiples displays.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas", que son esenciales para trabajos de diseño detallado. Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, basándose en las características estándar de los LEDs, estas curvas típicamente incluirían:

• Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V):Esta curva no lineal muestra la relación entre la tensión aplicada al LED y la corriente resultante. Es crucial para diseñar controladores de corriente constante, ya que un pequeño cambio en la tensión puede causar un gran cambio en la corriente (y por lo tanto en el brillo). La "rodilla" de la curva, alrededor de la V_Ftípica de 2.6V a 20mA, es la región de operación normal.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I-L):Este gráfico muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de excitación. Generalmente es lineal en un rango, pero se saturará a corrientes muy altas debido a la caída térmica y de eficiencia. El punto de prueba de 1mA para I_Vy el punto de 20mA para otros parámetros proporcionan dos referencias clave en esta curva.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:La salida de luz de los LEDs típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta curva es vital para aplicaciones que operan en un amplio rango de temperaturas para asegurar que se mantenga la legibilidad a altas temperaturas.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, mostrando el pico en ~588 nm y el estrecho ancho medio de 15 nm, confirmando la emisión de color amarillo puro.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones Físicas y Tolerancias

El dibujo del encapsulado proporciona datos mecánicos críticos para el diseño del PCB y la carcasa. Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros. La tolerancia general para dimensiones no especificadas es de ±0.25 mm (equivalente a ±0.01 pulgadas). Los diseñadores deben incorporar estas tolerancias en sus diseños mecánicos para garantizar un ajuste adecuado. El dibujo detallaría la longitud, anchura y altura total del módulo de display, el espaciado entre dígitos, el tamaño de los segmentos y la posición y diámetro de los pines de montaje.

5.2 Configuración de Pines y Diagrama de Conexión

La tabla de conexión de pines es el mapa de interfaz entre el circuito interno y el mundo exterior. El LTC-4724JS utiliza una disposición de 15 pines (con varios pines marcados como "Sin Conexión" o "Sin Pin").

• Cátodos Comunes:Los pines 1, 5, 7 y 14 son conexiones de cátodo. El pin 1 es para el Dígito 1, el pin 5 para el Dígito 2, el pin 7 para el Dígito 3, y el pin 14 es un cátodo común para los puntos decimales del lado izquierdo (L1, L2, L3). Esta estructura permite el esquema de multiplexación.
• Ánodos de Segmento:Los pines restantes (2, 3, 4, 6, 8, 11, 12, 15) son ánodos para segmentos específicos: A, B, C, D, E, F, G y DP (punto decimal). Los segmentos C y G se comparten con los puntos decimales izquierdos L3 y general, respectivamente, como se indica en el diagrama del circuito interno.

El diagrama del circuito interno representa visualmente esta arquitectura multiplexada, mostrando cómo los tres cátodos de dígitos y los ánodos de segmento compartidos están interconectados. Comprender este diagrama es esencial para desarrollar el circuito de control de hardware y la temporización de software correctos.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El límite absoluto máximo para la temperatura de soldadura (260°C durante 3 segundos a 1.6mm por debajo del plano de asiento) proporciona una guía clara para el proceso de ensamblaje. Esta especificación es compatible con los perfiles estándar de soldadura por reflujo sin plomo (que a menudo tienen una temperatura pico alrededor de 245-250°C). Para soldadura por ola, el tiempo de exposición de los pines al estaño fundido debe controlarse para mantenerse dentro de este límite. Se recomienda seguir las directrices IPC estándar para la soldadura de componentes de orificio pasante. Se aconseja un precalentamiento para minimizar el choque térmico. Después de soldar, se debe permitir que el display se enfríe gradualmente. Siempre se deben seguir los procedimientos adecuados de manejo ESD (Descarga Electroestática) durante el ensamblaje para prevenir daños a las sensibles uniones LED.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTC-4724JS es muy adecuado para una variedad de aplicaciones que requieren un display numérico compacto, brillante y fiable. Usos comunes incluyen:

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación, donde una resolución de 3 dígitos es suficiente (ej., mostrar 0-999).
• Controles e Instrumentación Industrial:Medidores de panel para temperatura, presión, velocidad o contadores.
• Electrónica de Consumo:Equipos de audio (displays de volumen de amplificadores), electrodomésticos de cocina (temporizadores, lecturas de temperatura).
• Mercado de Accesorios Automotrices:Calibradores y displays para voltaje, RPM o temperatura.

7.2 Consideraciones de Diseño Críticas

• Circuito de Excitación:Se requiere un circuito controlador de multiplexación. Esto típicamente involucra un microcontrolador o un CI controlador de display dedicado que pueda sumiderar corriente a través de los cátodos de los dígitos (usualmente mediante transistores) y suministrar corriente a los ánodos de los segmentos. Las resistencias limitadoras de corriente son obligatorias para cada ánodo de segmento (o posiblemente compartidas si se usa un controlador de corriente constante) para establecer la I_Fa un valor seguro, típicamente entre 10-20 mA para un equilibrio entre brillo y longevidad.
• Frecuencia de Multiplexación:La frecuencia de refresco debe ser lo suficientemente alta para evitar el parpadeo visible, típicamente por encima de 60 Hz. Con tres dígitos, cada dígito se ilumina aproximadamente 1/3 del ciclo. La corriente pico puede establecerse más alta (hasta el límite pulsado de 60mA) para compensar el ciclo de trabajo reducido y mantener el brillo promedio.
• Fuente de Alimentación:El requisito de tensión directa (~2.6V) significa que la fuente de alimentación del sistema debe proporcionar una tensión mayor que esta para permitir la caída de tensión en la resistencia limitadora de corriente y el circuito controlador. Una fuente de 5V es común y conveniente.
• Ángulo de Visión y Contraste:La hoja de datos afirma un "amplio ángulo de visión" y "alto contraste". La pantalla frontal gris/segmentos blancos mejora el contraste. Para una visualización óptima, el display debe montarse perpendicular a la dirección de visión principal. En condiciones de alta luz ambiental, el alto brillo (650 µcd típ.) es beneficioso.
• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia por segmento es baja, se debe considerar el calor acumulado de múltiples segmentos encendidos simultáneamente, especialmente a corrientes más altas. Se recomienda una ventilación adecuada en la carcasa, particularmente si se opera cerca del límite superior de temperatura.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los factores diferenciadores clave del LTC-4724JS radican en su tecnología de materiales y su encapsulado. En comparación con tecnologías más antiguas como los LEDs estándar de GaP o GaAsP, AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en un mayor brillo para la misma corriente de excitación. El color amarillo producido también es más saturado y puro. En comparación con alternativas contemporáneas, su altura de dígito de 0.4 pulgadas ofrece un equilibrio específico entre tamaño y legibilidad. El diseño multiplexado de cátodo común es estándar para displays de múltiples dígitos, pero la asignación específica de pines y el circuito interno (incluyendo el cátodo común para los decimales izquierdos) son únicos para este número de parte y deben coincidir con el software del controlador. La categorización por intensidad luminosa proporciona un nivel de control de calidad que puede no estar presente en todos los displays.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

• P: ¿Puedo excitar este display con un microcontrolador de 3.3V?R: Posiblemente, pero se necesita un diseño cuidadoso. La V_Ftípica es de 2.6V. Después de considerar una pequeña caída de tensión en el transistor controlador y una resistencia limitadora de corriente, el margen desde una fuente de 3.3V puede ser muy ajustado o insuficiente, especialmente considerando la variación de V_F. Una fuente de 5V es más fiable. Puede necesitar un cambiador de nivel o un CI controlador alimentado desde un riel separado de 5V.
• P: ¿Por qué la corriente pico (60mA) es mayor que la corriente continua (25mA)?R: Los LEDs pueden manejar corrientes instantáneas más altas si el ciclo de trabajo es bajo, ya que la disipación de potencia promedio y la temperatura de la unión permanecen dentro de límites seguros. Esto se aprovecha en la multiplexación para lograr un brillo percibido más alto.
• P: ¿Cuál es el propósito de los pines "Sin Conexión"?R: Probablemente son marcadores de posición mecánicos para ajustarse a una huella estándar de DIP (Dual In-line Package) de 15 pines. Proporcionan estabilidad física durante la soldadura pero no tienen función eléctrica. No los conecte a ningún circuito.
• P: ¿Cómo calculo el valor de la resistencia limitadora de corriente?R: Use la Ley de Ohm: R = (V_fuente- V_F- V_{caida_controlador}) / I_F. Para una fuente de 5V, una V_Fde 2.6V, una caída del controlador de 0.2V y una I_Fdeseada de 15mA: R = (5 - 2.6 - 0.2) / 0.015 = 146.7 Ω. Una resistencia estándar de 150 Ω sería apropiada. Siempre verifique la disipación de potencia en la resistencia: P = I²* R.

10. Ejemplo Práctico de Diseño y Uso

Considere diseñar un voltímetro simple de 3 dígitos usando un microcontrolador. El ADC del microcontrolador lee un voltaje, lo convierte en un número entre 0 y 999, y necesita mostrarlo.

1. Interfaz de Hardware:Tres pines de E/S del microcontrolador se configuran como salidas para controlar transistores NPN (o un arreglo de transistores) que sumideran corriente desde los tres pines de cátodo de dígitos (1,5,7). Otros ocho pines de E/S (o un registro de desplazamiento para ahorrar pines) se configuran como salidas para suministrar corriente a los ocho pines de ánodo de segmentos (A,B,C,D,E,F,G,DP) a través de resistencias limitadoras de corriente individuales de 150Ω.
2. Rutina de Software:El bucle principal implementa la multiplexación. Apaga todos los cátodos de dígitos. Luego establece el patrón de segmentos en los pines de ánodo para el Dígito 1 (ej., para mostrar "5"). Luego habilita (proporciona una ruta a tierra a través del transistor) el cátodo para el Dígito 1. Espera un corto tiempo (ej., 2-3 ms). Luego deshabilita el Dígito 1, establece el patrón de segmentos para el Dígito 2, habilita el cátodo del Dígito 2, espera, y repite para el Dígito 3. Este ciclo se repite continuamente. La corriente pico por segmento puede establecerse en ~20mA. Con un ciclo de trabajo de 1/3, la corriente promedio es de ~6.7mA, muy dentro del límite continuo.
3. Resultado:Debido a la persistencia de la visión, los tres dígitos parecen estar encendidos simultánea y constantemente, mostrando el voltaje medido.

11. Introducción al Principio Tecnológico

El LTC-4724JS se basa en tecnología de iluminación de estado sólido utilizando semiconductores de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). Cuando se aplica una tensión directa que excede el voltaje de banda prohibida del diodo, los electrones y huecos se inyectan en la región activa de la estructura semiconductor. Se recombinan, liberando energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación AlInGaP determina la energía de la banda prohibida, que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, amarillo (~587-588 nm). El sustrato no transparente de GaAs absorbe cualquier luz emitida hacia atrás, mejorando la eficiencia general al reducir las reflexiones internas que no contribuyen a la salida de luz útil hacia adelante. El formato de siete segmentos es un método estandarizado de formar caracteres numéricos iluminando selectivamente siete segmentos LED independientes en forma de barra (etiquetados de A a G).

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

Si bien esta parte específica utiliza la tecnología madura de AlInGaP, el panorama más amplio de los displays LED continúa evolucionando. Las tendencias incluyen la adopción de materiales aún más eficientes como InGaN para azul/verde/blanco, el desarrollo de encapsulados de chip-on-board (COB) y dispositivos de montaje superficial (SMD) para mayor densidad y huellas más pequeñas, y la integración de controladores directamente en el módulo de display (displays inteligentes). Sin embargo, para aplicaciones específicas que requieren un color amarillo puro y eficiente en un encapsulado estándar de orificio pasante, los displays basados en AlInGaP como el LTC-4724JS siguen siendo una solución fiable y rentable. Su simplicidad, robustez y facilidad de interfaz con microcontroladores básicos aseguran su relevancia continua en muchos diseños industriales y de consumo donde no se necesitan displays gráficos personalizados.