Hoja de Datos del Display LED LTC-2721JD - Altura de Dígito 0.28 Pulgadas - Rojo AlInGaP - Tensión Directa 2.6V - Potencia 70mW - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-2721JD es un display compacto y de alto rendimiento de siete segmentos y tres dígitos, diseñado para visualizaciones numéricas claras en equipos electrónicos. Cuenta con una altura de dígito de 0.28 pulgadas (7.0 mm), ofreciendo un equilibrio excelente entre tamaño y legibilidad. El dispositivo utiliza la avanzada tecnología de chip LED AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio), específicamente una variante Roja de Alta Eficiencia fabricada sobre un sustrato de GaAs no transparente. Esta elección tecnológica es clave para su rendimiento, ofreciendo un brillo y una eficiencia superiores en comparación con materiales LED más antiguos. El display tiene una cara gris distintiva con segmentos blancos, lo que mejora el contraste y la apariencia de los caracteres, haciendo que los números sean fáciles de leer bajo diversas condiciones de iluminación. Sus mercados objetivo principales incluyen electrónica de consumo, paneles de control industrial, instrumentación, equipos de prueba y electrodomésticos de oficina donde se requiere una indicación numérica fiable y de bajo consumo.

1.1 Características y Ventajas Clave

• Tamaño Óptimo:La altura de dígito de 0.28 pulgadas ofrece una visualización clara sin ocupar un espacio excesivo en el panel.
• Rendimiento Óptico Superior:Segmentos continuos y uniformes garantizan una iluminación consistente. La combinación de alto brillo, alto contraste y un amplio ángulo de visión garantiza la legibilidad desde múltiples perspectivas.
• Eficiencia Energética:Bajo requisito de potencia, impulsado por la eficiente tecnología AlInGaP.
• Fiabilidad Mejorada:La construcción de estado sólido proporciona una larga vida operativa y resistencia a golpes y vibraciones.
• Garantía de Calidad:Los dispositivos están categorizados por intensidad luminosa, asegurando niveles de brillo consistentes entre lotes de producción.
• Cumplimiento Ambiental:El producto se ofrece en un encapsulado sin plomo conforme a las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

1.2 Identificación del Dispositivo

El número de pieza LTC-2721JD denota específicamente un display de cátodo común multiplexado que utiliza LEDs rojos de alta eficiencia AlInGaP, con un punto decimal a la derecha. Esta configuración es estándar para controlar múltiples dígitos con un número reducido de pines de E/S del microcontrolador.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros críticos que definen el rendimiento y los límites operativos del display.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos son límites de estrés que no deben excederse bajo ninguna condición, ni siquiera momentáneamente. Operar en o más allá de estos límites puede causar daños permanentes.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que un solo segmento puede disipar de forma segura en forma de calor.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA. Esto solo está permitido en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms) para multiplexación.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente a 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima sería aproximadamente: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 mA.
• Rango de Temperatura:El rango de temperatura de operación y almacenamiento es de -35°C a +85°C.
• Condiciones de Soldadura:La soldadura por ola o manual debe realizarse a 1/16 de pulgada (≈1.59 mm) por debajo del plano de asiento. La temperatura máxima de soldadura recomendada es de 260°C durante 5 segundos o 350°C ±30°C para soldadura manual dentro de 5 segundos.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son parámetros de rendimiento típicos medidos a Ta=25°C y corriente directa especificada (IF).

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Varía de 200 a 600 μcd (microcandelas) a IF=1mA. El display se clasifica por intensidad, lo que significa que las piezas se clasifican en grupos según la salida medida para garantizar consistencia.
• Tensión Directa por Segmento (V_F):Típicamente 2.6V, con un máximo de 2.6V a IF=20mA. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de control pueda proporcionar suficiente tensión.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):656 nm. Esta es la longitud de onda a la que la potencia óptica de salida es mayor.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):640 nm. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano, que define el color (rojo).
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):22 nm. Esto indica la pureza espectral de la luz roja emitida.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):Máximo 100 μA a V_R=5V.Nota Crítica:Este parámetro es solo para fines de prueba. El dispositivo no está diseñado para operación en polarización inversa continua, y dicha condición debe ser prevenida por el circuito de control.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:Máximo 2:1 para segmentos dentro de un área de luz similar. Esto asegura un brillo uniforme en todos los segmentos de un dígito.
• Diafonía:Especificada como ≤2.5%. Esto se refiere a la iluminación no intencionada de un segmento cuando se controla un segmento adyacente, la cual debe ser mínima.

3. Información Mecánica y del Encapsulado

3.1 Dimensiones y Tolerancias del Encapsulado

El display se ajusta a una huella estándar de encapsulado dual en línea (DIP). Las notas dimensionales clave incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros (mm).
• La tolerancia general es de ±0.20 mm a menos que se especifique lo contrario.
• La tolerancia de desplazamiento de la punta del pin es de ±0.4 mm.
• Los límites de control de calidad están definidos para material extraño (≤10 mils), contaminación por tinta (≤20 mils), flexión (≤1% de la longitud del reflector) y burbujas en el segmento (≤10 mils).
• El diámetro de orificio de PCB recomendado para los pines es de 1.30 mm.

3.2 Pinout y Circuito Interno

El LTC-2721JD es un display decátodo común multiplexado. Tiene tres pines de cátodo común (uno para cada dígito: pines 2, 5, 8) y pines de ánodo individuales para cada segmento (A-G, DP) y segmentos de dos puntos (L1, L2, L3). El pin 13 es un cátodo común para los tres LEDs de dos puntos. Esta arquitectura permite que un microcontrolador ilumine un dígito específico conectando a tierra su cátodo común mientras aplica una tensión directa a los ánodos de los segmentos deseados. Al ciclar rápidamente a través de los dígitos (multiplexación), los tres dígitos parecen estar continuamente encendidos. Las conexiones de los pines son las siguientes: 1(D), 2(CC1), 3(DP), 4(E), 5(CC2), 6(C/L3), 7(G), 8(CC3), 9(NC), 10-11(NP), 12(B/L2), 13(CC L1/L2/L3), 14(NP), 15(A/L1), 16(F).

4. Curvas y Características de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas de rendimiento típicas (aunque no se muestran en el texto proporcionado). Basándose en el comportamiento estándar de los LED y los parámetros dados, estas curvas típicamente ilustrarían:

• Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V):Muestra la relación exponencial, con la V_Ftípica de 2.6V a 20mA.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente, hasta los límites máximos.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Muestra la reducción de la salida de luz a medida que aumenta la temperatura, un factor crítico para el diseño.
• Distribución Espectral:Un gráfico que traza la intensidad relativa frente a la longitud de onda, centrado alrededor de 656 nm (pico) y 640 nm (dominante).

5. Pruebas de Fiabilidad

El dispositivo se somete a una serie completa de pruebas de fiabilidad basadas en estándares militares (MIL-STD), japoneses (JIS) e internos para garantizar robustez y longevidad.

• Vida de Operación (RTOL):1000 horas a corriente máxima nominal bajo temperatura ambiente.
• Estrés Ambiental:Incluye Almacenamiento a Alta Temperatura/Humedad (500 hrs a 65°C/90-95% HR), Almacenamiento a Alta Temperatura (1000 hrs a 105°C) y Almacenamiento a Baja Temperatura (1000 hrs a -35°C).
• Ciclo Térmico y Choque:El Ciclo de Temperatura (30 ciclos entre -35°C y 105°C) y el Choque Térmico (30 ciclos entre -35°C y 105°C) prueban la resistencia a cambios rápidos de temperatura.
• Soldabilidad:Las pruebas de Resistencia a la Soldadura (10 seg a 260°C) y Soldabilidad (5 seg a 245°C) validan la capacidad del encapsulado para soportar los procesos de montaje.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Soldadura Automatizada

Para soldadura por ola, la condición recomendada es sumergir las patillas a una profundidad de 1/16 de pulgada (1.59 mm) por debajo del plano de asiento durante un máximo de 5 segundos a 260°C. La temperatura del cuerpo del display no debe exceder la temperatura máxima de almacenamiento durante este proceso.

6.2 Soldadura Manual

Al usar un soldador, la punta debe contactar la patilla (nuevamente, 1/16 de pulgada por debajo del plano de asiento) durante no más de 5 segundos a una temperatura de 350°C ±30°C. Es una buena práctica usar un disipador de calor en la patilla entre la unión y el cuerpo del encapsulado.

7. Precauciones Críticas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

Importante:El cumplimiento de estas precauciones es esencial para una operación confiable y para prevenir fallos prematuros.

• Uso Previsto:Diseñado para equipos electrónicos ordinarios. Se requiere consulta para aplicaciones críticas para la seguridad (aviación, médicas, etc.).
• Cumplimiento de Límites:El circuito de controldebeasegurar que los límites absolutos máximos (corriente, tensión, potencia, temperatura) nunca se excedan. El fabricante no es responsable de los daños resultantes del incumplimiento.
• Gestión de Corriente y Térmica:Exceder la corriente directa recomendada o la temperatura de operación causará una degradación severa e irreversible de la salida de luz y puede llevar a un fallo catastrófico.
• Protección del Circuito:El circuito de control debe incorporar protección contra tensiones inversas y transitorios de tensión que pueden ocurrir durante el encendido o apagado. Una resistencia en serie o un controlador de corriente constante son obligatorios para limitar la corriente.
• Método de Control: Se recomienda encarecidamente el control por corriente constanteen lugar del control por tensión constante. Esto asegura una intensidad luminosa consistente independientemente de las variaciones menores en la tensión directa (V_F) entre segmentos o unidades y proporciona protección inherente contra picos de corriente. Para operación multiplexada, la corriente de pico debe calcularse en base al ciclo de trabajo para asegurar que la corriente promedio por segmento permanezca dentro de los límites.

8. Escenarios de Aplicación Práctica y Notas de Diseño

8.1 Aplicaciones Típicas

• Multímetros Digitales (DMM) y Equipos de Prueba:Proporcionando visualizaciones numéricas claras para tensión, corriente y resistencia.
• Temporizadores y Contadores Industriales:Mostrando tiempo transcurrido, conteos de producción o puntos de ajuste.
• Electrónica de Consumo:Relojes, displays de equipos de audio, lecturas de electrodomésticos de cocina.
• Paneles de Instrumentación:Para mostrar datos de sensores como temperatura, presión o velocidad en un formato compacto.

8.2 Estudio de Caso de Implementación de Diseño

Escenario:Diseñando un display de voltímetro de 3 dígitos usando un microcontrolador.

1. Controlador de Multiplexación:El microcontrolador usará 7-8 pines de E/S para los ánodos de segmento (A-G, DP) y 3 pines de E/S (configurados como drenador abierto/salida baja) para los cátodos de dígito (CC1, CC2, CC3).
2. Limitación de Corriente:Coloque una resistencia limitadora de corriente en serie con cada línea de ánodo de segmento. El valor de la resistencia (R) se calcula usando: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Para una alimentación de 5V, V_F=2.6V, y una I_Fdeseada de 10 mA: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω. Use el valor estándar más cercano (ej., 220 Ω o 270 Ω).
3. Temporización de Multiplexación:Programe el microcontrolador para activar un cátodo de dígito a la vez, iluminar los segmentos requeridos para ese dígito, esperar un período corto (ej., 2-5 ms), y luego pasar al siguiente dígito. Una frecuencia de refresco de 50-200 Hz previene el parpadeo visible.
4. Verificación de Corriente de Pico:Si se usa un ciclo de trabajo del 10% (3 dígitos), la corriente de pico durante el tiempo activo puede ser mayor. Para una corrientepromedio I_Fde 10 mA, la corrientede picodurante el ciclo de trabajo de 1/3 sería de 30 mA. Esto debe verificarse contra el Límite Absoluto Máximo para Corriente Directa de Pico (90 mA) y la reducción de Corriente Continua a la temperatura de operación.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Las ventajas principales del LTC-2721JD provienen de su tecnología AlInGaP:

• vs. LEDs Rojos Tradicionales GaAsP/GaP:AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en un mayor brillo para la misma corriente de control o menor consumo de potencia para el mismo brillo. También proporciona mejor estabilidad térmica y pureza de color.
• vs. Displays Más Grandes:El tamaño de 0.28 pulgadas ofrece un punto óptimo entre los displays muy pequeños (0.2 pulgadas) que pueden ser difíciles de leer y los displays más grandes (0.5 pulgadas o más) que consumen más potencia y área de placa.
• Cátodo Común vs. Ánodo Común:La configuración de cátodo común es a menudo preferida en sistemas controlados por microcontroladores, ya que típicamente pueden sumiderar corriente (poner pines a nivel bajo) más efectivamente que pueden suministrarla (poner pines a nivel alto).

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Puedo controlar este display con un microcontrolador de 3.3V?

Respuesta:Posiblemente, pero con precaución. La tensión directa típica (V_F) es de 2.6V. Con una alimentación de 3.3V, solo hay un margen de 0.7V para la resistencia limitadora de corriente. Esta pequeña caída de tensión hace que la corriente sea muy sensible a las variaciones en V_Fy la tensión de alimentación. Se recomienda encarecidamente un circuito controlador de corriente constante para operación a 3.3V para asegurar un brillo estable. La conexión directa a pines GPIO de 3.3V sin un controlador corre el riesgo de sobrecorriente si V_Festá en el extremo inferior de su rango.

10.2 ¿Por qué la corriente continua máxima se reduce con la temperatura?

Respuesta:Esto se debe al coeficiente de temperatura negativo de la tensión directa del LED y a los límites físicos del encapsulado. A medida que la temperatura aumenta, la eficiencia interna disminuye, y más potencia eléctrica se convierte en calor en lugar de luz. Si la corriente no se reduce, la temperatura de unión puede aumentar incontrolablemente (fuga térmica), llevando a una degradación rápida y fallo. La curva de reducción (0.33 mA/°C) se proporciona para prevenir esto.

10.3 ¿Qué significa "categorizado por intensidad luminosa"?

Respuesta:Significa que los displays son probados y clasificados en diferentes grupos de brillo después de la producción. Por ejemplo, un lote puede tener I_Vde 200-300 μcd, otro de 300-400 μcd, etc. Esto permite a los diseñadores que compran grandes cantidades asegurar un brillo uniforme en todas las unidades de su producto. El código de grupo específico a menudo está marcado en el encapsulado (referenciado como "Z: CÓDIGO DE GRUPO" en el marcado del módulo).

11. Principio de Funcionamiento y Tendencias Tecnológicas

11.1 Principio Básico de Funcionamiento

Un display LED de siete segmentos es una matriz de diodos emisores de luz dispuestos en un patrón de figura ocho. Cada segmento (A a G) es un LED individual. Al aplicar una tensión de polarización directa (excediendo la V_Fdel diodo) y limitando la corriente con una resistencia o una fuente de corriente constante, los electrones y huecos se recombinan dentro de la región activa del semiconductor AlInGaP, liberando energía en forma de fotones (luz) a una longitud de onda característica del material—en este caso, rojo (~640 nm). La multiplexación aprovecha la persistencia de la visión del ojo humano iluminando solo un dígito a la vez pero ciclando a través de ellos tan rápidamente que parecen estar todos encendidos simultáneamente.

11.2 Contexto Tecnológico Objetivo

AlInGaP representa un sistema de material maduro y altamente optimizado para LEDs rojos, naranjas y amarillos. Ofrece una excelente eficiencia y fiabilidad. La tendencia en la tecnología de displays es hacia una mayor integración (ej., displays de matriz de puntos, OLEDs, micro-LEDs) e integración directa con circuitos integrados controladores. Sin embargo, los displays discretos de siete segmentos como el LTC-2721JD siguen siendo muy relevantes debido a su simplicidad, bajo costo, alto brillo, robustez y facilidad de uso en aplicaciones donde solo se necesita mostrar datos numéricos. Su diseño es bien comprendido, y se interfacian fácilmente con microcontroladores de bajo costo, asegurando su uso continuo en los campos industrial, de consumo e instrumentación en un futuro previsible.