دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-313AJD - ارتفاع رقم 0.3 اینچ - رنگ قرمز هایپر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی تک رقمی و فشرده 7-سگمنت را به تفصیل شرح می‌دهد. این دستگاه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیازمند نمایش عددی واضح و روشن با حداقل مصرف توان هستند. فلسفه طراحی هسته آن، ارائه خوانایی و قابلیت اطمینان عالی در یک فرم فاکتور کوچک است.

نمایشگر از مواد نیمه‌هادی پیشرفته برای دستیابی به خروجی مشخصه خود استفاده می‌کند. این محصول بر اساس شدت نور یکسان دسته‌بندی شده است که یکنواختی در تولید انبوه و عملکرد قابل پیش‌بینی در کاربردهای نهایی را تضمین می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این نمایشگر شامل نیاز جریانی بسیار پایین آن است که آن را برای مدارهای مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. روشنایی و نسبت کنتراست بالا، همراه با زاویه دید گسترده، خوانایی تحت شرایط نوری مختلف و از زوایای دید گوناگون را تضمین می‌کند. ساختار حالت جامد، در مقایسه با نمایشگرهای مکانیکی یا رشته‌ای، قابلیت اطمینان ذاتی و طول عمر عملیاتی طولانی‌تری ارائه می‌دهد.

ارتفاع رقم 0.3 اینچی آن، این نمایشگر را به‌طور ایده‌آل برای ابزارهای قابل حمل، لوازم الکترونیکی مصرفی، پنل‌های اندازه‌گیری، رابط‌های کنترل صنعتی و هر سیستم نهفته‌ای که فضا محدود است اما بازخورد عددی واضح ضروری می‌باشد، مناسب می‌سازد. طراحی پیوسته و یکنواخت سگمنت‌ها، به ظاهر عالی کاراکتر کمک کرده و تجربه کاربری را ارتقا می‌دهد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

این بخش، تحلیل عینی و مفصلی از پارامترهای الکتریکی، نوری و فیزیکی تعریف شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عناصر نورافشان بر پایه فناوری نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) و به‌طور خاص در فرمولاسیون رنگ قرمز هایپر هستند. این سیستم ماده‌ای به دلیل بازدهی بالا و پایداری دمایی خوب در ناحیه طول موج قرمز-نارنجی شناخته شده است.

• شدت نور متوسط (I_V):در محدوده 200 تا 600 میکروکاندلا (μcd) در جریان آزمایش استاندارد 1mA قرار دارد. این پارامتر، روشنایی درک شده را تعریف می‌کند. دسته‌بندی ذکر شده نشان می‌دهد دستگاه‌ها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده، درون این محدوده تضمین شده مرتب می‌شوند.
• طول موج اوج تابش (λ_p):معمولاً 650 نانومتر (nm). این طول‌موجی است که در آن توان خروجی نوری حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d):معمولاً 639 نانومتر. این طول‌موجی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و معیار کلیدی برای تعریف رنگ (قرمز هایپر) است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):تقریباً 20 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا گستردگی طول‌موج‌های تابش شده حول نقطه اوج است. مقدار 20nm مشخصه LEDهای AlInGaP است.
• نسبت تطابق شدت نور:حداکثر 2:1 مشخص شده است. این یک پارامتر حیاتی برای نمایشگرهای چند رقمی یا کاربردهایی است که از چندین سگمنت استفاده می‌کنند و تضمین می‌کند که تغییرات روشنایی بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین سگمنت از این نسبت تجاوز نکند و ظاهری یکنواخت ارائه دهد.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ویژگی‌های الکتریکی، مرزهای کاری و شرایط معمول برای دستگاه را تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم هر سگمنت (V_F):معمولاً 2.1 ولت، با حداکثر 2.6 ولت، در جریان مستقیم (I_F) 20mA اندازه‌گیری می‌شود. این افت ولتاژ در یک سگمنت روشن است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار درایو می‌تواند ولتاژ کافی را تأمین کند.
• جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت (I_F):حداکثر مطلق ریتینگ 25mA در دمای 25°C است. یک ضریب کاهش 0.33 mA/°C بالای 25°C اعمال می‌شود، به این معنی که جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط برای جلوگیری از گرمای بیش از حد کاهش می‌یابد.
• جریان مستقیم پیک:یک جریان پالسی تا 90mA تحت شرایط خاص (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1ms) مجاز است. این امکان طرح‌های مالتی‌پلکس یا جرقه‌های کوتاه مدت روشنایی بالاتر را فراهم می‌کند.
• ولتاژ معکوس (V_R):حداکثر 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند به پیوند LED آسیب برساند. طرح‌های مدار در صورت امکان وجود ولتاژ معکوس باید محافظت را در نظر بگیرند.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 μA در ولتاژ معکوس کامل 5V، که نشان‌دهنده جریان نشتی در حالت خاموش است.
• اتلاف توان هر سگمنت:حداکثر 70 mW. این حد حرارتی، همراه با کاهش جریان، برای محاسبات قابلیت اطمینان حیاتی است.

2.3 ریتینگ‌های حرارتی و محیطی

• محدوده دمای کاری:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این دستگاه برای محیط‌های درجه صنعتی ریت شده است.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این یک راهنمای استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است تا از آسیب حرارتی به پکیج یا دی جلوگیری شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه \"بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این اشاره به یک روش رایج در تولید LED دارد که به عنوان \"بینینگ\" شناخته می‌شود.

به دلیل تغییرات جزئی ذاتی در فرآیند رشد اپی‌تاکسیال نیمه‌هادی و ساخت، LEDهای یک دسته تولیدی می‌توانند تفاوت‌های جزئی در پارامترهای کلیدی مانند شدت نور و ولتاژ مستقیم داشته باشند. برای اطمینان از یکنواختی برای مشتریان، تولیدکنندگان هر LED را آزمایش کرده و آن‌ها را در گروه‌های عملکردی یا \"بین\"‌های مختلف مرتب می‌کنند. یک محصول دسته‌بندی شده بر اساس شدت نور به این معنی است که واحدها تضمین می‌شوند که محدوده شدت نور مشخص شده (در این مورد 200-600 μcd) را برآورده کنند و اغلب، برای کاربردهای با یکنواختی بالا می‌توان بین‌های تنگ‌تر درون آن محدوده را درخواست کرد. اگرچه در این دیتاشیت مختصر به تفصیل شرح داده نشده است، پارامترهای رایج دیگر برای بینینگ می‌توانند شامل طول موج غالب (برای یکنواختی رنگ) و ولتاژ مستقیم باشند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمول اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، می‌توانیم محتوای استاندارد و اهمیت آن‌ها را بر اساس پارامترهای فهرست شده استنباط کنیم.

4.1 منحنی جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

یک منحنی I-V معمولی رابطه نمایی بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. منحنی از نقطه V_Fمعمول 2.1V در 20mA عبور خواهد کرد. این منحنی برای طراحی مدار محدودکننده جریان، چه با استفاده از یک مقاومت ساده یا یک درایور جریان ثابت، ضروری است.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم (I_Vدر مقابل I_F)

این نمودار نشان می‌دهد که روشنایی چگونه با جریان افزایش می‌یابد. این رابطه معمولاً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بالاتر به دلیل افت حرارتی و بازدهی اشباع می‌شود. منحنی شدت نور در شرایط آزمایش 1mA را نشان داده و عملکرد تا حداکثر جریان پیوسته را نشان می‌دهد.

4.3 وابستگی دمایی

منحنی‌های مشخصه ذکر شده در دماهای غیر از 25°C وابستگی‌های کلیدی را نشان می‌دهند:

• ولتاژ مستقیم در مقابل دما:برای LEDهای AlInGaP، V_Fمعمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد (ضریب دمایی منفی). این برای مدیریت حرارتی و طراحی درایو جریان ثابت مهم است.
• شدت نور در مقابل دما:خروجی شدت نور عموماً با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. کاهش جریان پیوسته مستقیماً با مدیریت این اثر حرارتی برای حفظ روشنایی و طول عمر مرتبط است.

4.4 توزیع طیفی

یک نمودار طیفی، توزیع توان نور تابش شده در طول‌موج‌ها را به صورت بصری نشان می‌دهد که حول 650nm (اوج) با نیم‌عرض 20nm متمرکز شده و نقطه رنگ قرمز هایپر را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

دستگاه دارای صفحه‌ای خاکستری با سگمنت‌های سفید است که با کاهش بازتاب نور محیطی، کنتراست را افزایش می‌دهد. ابعاد پکیج بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25mm ارائه شده است. فوت‌پرینت دقیق و فاصله پایه‌ها برای چیدمان PCB حیاتی است. نمودار مدار داخلی پیکربندی کاتد مشترک برای تمام سگمنت‌ها و نقاط اعشار را تأیید می‌کند. این بدان معنی است که تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) سگمنت‌های LED به صورت داخلی به پایه‌های مشترک (1 و 6) متصل شده‌اند، در حالی که آند (ترمینال مثبت) هر سگمنت پایه اختصاصی خود را دارد. این پیکربندی رایج بوده و مالتی‌پلکسینگ در کاربردهای مبتنی بر میکروکنترلر را ساده می‌سازد.

6. اتصال پایه‌ها و رابط مدار

دستگاه 10 پایه دارای پین‌اوت زیر است:

1. کاتد مشترک
2. آند F (سگمنت بالایی)
3. آند G (سگمنت مرکزی)
4. آند E (سگمنت پایین-چپ)
5. آند D (سگمنت پایینی)
6. کاتد مشترک (به صورت داخلی به پایه 1 متصل است)
7. آند RDP (نقطه اعشار راست)
8. آند C (سگمنت پایین-راست)
9. آند B (سگمنت بالا-راست)
10. آند A (سگمنت بالایی)

توجه: دیتاشیت همچنین به \"اعشار دست راست و چپ\" اشاره می‌کند که نشان می‌دهد دستگاه شامل هر دو نقطه اعشار راست و چپ است، اگرچه فقط آند نقطه اعشار راست (RDP) در جدول اتصال پایه فهرست شده است. نقطه اعشار چپ احتمالاً به صورت داخلی به آند سگمنت دیگری متصل شده یا در این نسخه به صورت جداگانه قابل دسترسی نیست. اتصال کاتد مشترک روی پایه‌های 1 و 6 انعطاف‌پذیری در مسیریابی PCB و اتلاف حرارت را فراهم می‌کند.

7. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل کلیدی ارائه شده، حد دمای لحیم‌کاری است: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1.6mm زیر صفحه نشیمن. این با دستورالعمل‌های استاندارد IPC برای قطعات سوراخ‌دار همسو است. برای لحیم‌کاری موجی، این به معنای کنترل زمان پیش‌گرم و تماس است. برای لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل دمایی استفاده شود تا از اعمال حرارت طولانی‌مدت جلوگیری شود. در طول جابجایی باید احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود، زیرا LEDها به الکتریسیته ساکن حساس هستند. ذخیره‌سازی باید در محدوده دمای مشخص شده و در محیطی با رطوبت کم انجام شود.

8. پیشنهادات کاربرد و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربرد معمول

• مولتی‌مترهای قابل حمل و تجهیزات تست:کشش جریان پایین برای عمر باتری ایده‌آل است.
• لوازم خانگی مصرفی:تایمرها، نمایش دما روی فر یا بخاری‌ها.
• پنل‌های کنترل صنعتی:شاخص‌های وضعیت، نمایشگرهای شمارنده.
• نمایشگرهای پس از فروش خودرو:برای گیج‌های کمکی (ولتاژ، دما).
• کیت‌های آموزشی و نمونه‌سازی اولیه:به دلیل سادگی و رابط مشترک آن.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای هر آند سگمنت استفاده کنید. مقدار مقاومت را می‌توان به صورت R = (ولتاژ تغذیه - V_F) / I_F محاسبه کرد. برای یک منبع تغذیه 5V و هدف جریان 10mA با V_Fمعمول 2.1V: R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290Ω. یک مقاومت استاندارد 270Ω یا 330Ω مناسب خواهد بود.
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چند رقمی، یک پیکربندی کاتد مشترک به راحتی مالتی‌پلکس می‌شود. با فعال کردن متوالی کاتد مشترک هر رقم و ارائه داده سگمنت برای آن رقم، می‌توان ارقام زیادی را با پایه‌های I/O کمتری کنترل کرد. ریتینگ جریان پیک اجازه جریان‌های پالسی بالاتر در طول چرخه مالتی‌پلکس را برای دستیابی به روشنایی متوسط می‌دهد.
• رابط میکروکنترلر:معمولاً اگر مالتی‌پلکس نشود، به 8 خط I/O (7 سگمنت + 1 اعشار) به ازای هر رقم نیاز دارد، به علاوه یک ترانزیستور یا IC درایور برای سینک کردن جریان کاتد مشترک، که مجموع جریان‌های تمام سگمنت‌های روشن در آن رقم است.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده امکان موقعیت‌های نصب انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند، اما برای خوانایی بهینه، خط دید اصلی کاربر را در نظر بگیرید.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلأ (VFD)، این نمایشگر LED مصرف توان بسیار پایین‌تر، طول عمر بیشتر و مقاومت بالاتر در برابر ضربه/ارتعاش ارائه می‌دهد. در خانواده نمایشگرهای LED، استفاده از AlInGaP برای قرمز هایپر نسبت به LEDهای قرمز قدیمی GaAsP مزایایی ارائه می‌دهد، که معمولاً بازدهی بالاتر (نور بیشتر به ازای هر mA)، پایداری دمایی بهتر و رنگ قرمز اشباع‌شده‌تری را فراهم می‌کند. اندازه 0.3 اینچی کوچکتر از نمایشگرهای رایج 0.5 اینچی یا 0.56 اینچی است و طراحی‌های با چگالی بالاتر یا فشرده‌تر را ارائه می‌دهد. نیاز جریانی پایین (موثر حتی در 1mA) یک تمایزدهنده کلیدی برای طراحی‌های محدود از نظر توان در مقایسه با نمایشگرهایی است که برای روشنایی استاندارد به 5-20mA به ازای هر سگمنت نیاز دارند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 هدف از دو پایه کاتد مشترک (1 و 6) چیست؟

آن‌ها به صورت داخلی به هم متصل هستند. ارائه دو پایه امکان توزیع بهتر جریان را فراهم می‌کند، چگالی جریان هر پایه را کاهش می‌دهد، به انعطاف‌پذیری چیدمان PCB (مسیریابی از هر دو طرف) کمک می‌کند و می‌تواند اتلاف حرارت از دی را بهبود بخشد.

10.2 آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟

می‌توانید آندهای سگمنت را به پایه‌های خروجی میکروکنترلر متصل کنید، اما شمابایدیک مقاومت محدودکننده جریان را به صورت سری با هر پایه قرار دهید. پایه میکروکنترلر به تنهایی نمی‌تواند جریان را به طور ایمن محدود کند. علاوه بر این، جریان کاتد مشترک (تا 25mA ضربدر تعداد سگمنت‌های روشن) احتمالاً از توانایی سینک یک پایه میکروکنترلر تجاوز می‌کند و نیاز به یک ترانزیستور خارجی یا IC درایور (مانند ULN2003) برای سویچ کردن کاتد دارد.

10.3 \"قرمز هایپر\" در مقایسه با قرمز استاندارد به چه معناست؟

\"قرمز هایپر\" یک اصطلاح بازاریابی است که اغلب برای LEDهای AlInGaP با طول موج غالب حدود 630-640nm استفاده می‌شود. این رنگ به صورت قرمزی عمیق‌تر و با ته‌مایه نارنجی‌تر در مقایسه با \"قرمز عمیق\" با طول موج کمی بلندتر (660-670nm) یا قرمز استاندارد کوتاه‌تر و نارنجی‌تر (620-625nm) ظاهر می‌شود. این رنگ تعادل خوبی از روشنایی بصری و تمایز رنگ ارائه می‌دهد.

10.4 چگونه در یک طراحی چند رقمی، روشنایی یکنواخت در تمام ارقام را به دست آورم؟

از تکنیک مالتی‌پلکسینگ استفاده کنید و اطمینان حاصل کنید که مقاومت‌های محدودکننده جریان برای تمام سگمنت‌های متناظر در بین ارقام یکسان هستند. مشخصه نسبت تطابق شدت نور (حداکثر 2:1) در دیتاشیت کمک می‌کند، اما برای بهترین نتایج، از LEDهای یک بین تولیدی استفاده کنید یا در صورت امکان درایور شما، کالیبراسیون روشنایی نرم‌افزاری را با مدولاسیون عرض پالس (PWM) پیاده‌سازی کنید.

11. مثال طراحی و مورد استفاده

سناریو: طراحی یک نمایشگر ساده ولت‌متر 3 رقمی.

1. توپولوژی مدار:از سه نمایشگر LTS-313AJD در یک پیکربندی مالتی‌پلکس استفاده کنید. آندهای سگمنت (A-G, DP) هر سه نمایشگر به صورت موازی به هم متصل شده‌اند. پایه‌های کاتد مشترک هر نمایشگر به کلکتور یک ترانزیستور NPN جداگانه (مثلاً 2N3904) متصل شده است، با امیتر به زمین. بیس ترانزیستور توسط یک پایه میکروکنترلر از طریق یک مقاومت بیس راه‌اندازی می‌شود.
2. نقش میکروکنترلر:یک ADC ولتاژ را می‌خواند. فرم‌ور مقدار را به سه رقم تبدیل می‌کند. سپس وارد یک حلقه سریع می‌شود: تمام ترانزیستورهای کاتد را خاموش می‌کند، الگوی سگمنت برای رقم 1 را به خطوط آند موازی (از طریق مقاومت‌های سری) خروجی می‌دهد، ترانزیستور کاتد برای رقم 1 را روشن می‌کند، مدت کوتاهی صبر می‌کند (مثلاً 2ms)، سپس برای رقم 2 و رقم 3 تکرار می‌کند. چرخه به اندازه کافی سریع تکرار می‌شود (مثلاً >60Hz) تا به صورت یک نمایش ثابت و بدون لرزش ظاهر شود.
3. محاسبات:اگر هر سگمنت در زمان فعال خود با 5mA راه‌اندازی شود و سه سگمنت در هر رقم روشن باشند (مثلاً نمایش \"1\")، جریان پیک هر سگمنت 5mA است. جریان متوسط هر سگمنت 5mA / 3 (برای مالتی‌پلکس 3 رقمی) ≈ 1.67mA است که به خوبی در محدوده مجاز قرار دارد و در مصرف توان صرفه‌جویی می‌کند. ترانزیستور کاتد باید 3 سگمنت * 5mA = 15mA را سینک کند که به راحتی قابل مدیریت است.

12. معرفی اصل عملکرد

یک نمایشگر LED 7-سگمنت، آرایه‌ای از دیودهای نورافشان است که به صورت الگوی شکل هشت چیده شده‌اند. هر دیود (سگمنت) یک دستگاه نیمه‌هادی پیوند p-n است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه پیوند (تقریباً 2.1V برای این نوع AlInGaP) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج خاص (رنگ) نور توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود که در ترکیب AlInGaP مهندسی شده است. با اعمال انتخابی جریان به ترکیبات مختلفی از هفت سگمنت (A تا G)، اعداد 0-9 و برخی حروف می‌توانند تشکیل شوند. پیکربندی کاتد مشترک، تمام سمت‌های منفی این دیودها را به صورت داخلی به هم متصل می‌کند و کنترل خارجی را ساده می‌سازد.

13. روندها و زمینه فناوری

نمایشگرهای LED 7-سگمنت گسسته مانند این، نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اطمینان هستند. روندهای فعلی در فناوری نمایشگر به سمت یکپارچگی بالاتر در حرکت است، مانند ماژول‌های چند رقمی با کنترلرهای داخلی (مانند درایورهای TM1637 یا MAX7219) که از طریق I2C یا SPI ارتباط برقرار می‌کنند و به شدت از بار I/O و نرم‌افزار میکروکنترلر می‌کاهند. همچنین تغییر به سمت نمایشگرهای LED آلی (OLED) و انعطاف‌پذیر برای گرافیک‌های پیچیده‌تر وجود دارد. با این حال، برای نمایش عددی ساده، روشن، کم‌هزینه و کم‌مصرف در محیط‌های خشن (محدوده دمایی گسترده، نیاز به روشنایی بالا)، سگمنت‌های LED گسسته همچنان یک راه‌حل غالب و بهینه باقی می‌مانند. توسعه مداوم در مواد LED، مانند AlInGaP و InGaN (برای آبی/سبز) کارآمدتر، همچنان به بهبود بازدهی، روشنایی و گزینه‌های رنگ برای چنین نمایشگرهایی ادامه می‌دهد.