دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTC-46454JF - ارتفاع رقم 0.4 اینچ - رنگ زرد-نارنجی - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTC-46454JF یک ماژول نمایشگر چهاررقمی هفت قسمتی آلفانومریک است که برای کاربردهای نیازمند نمایش واضح و روشن اعداد طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری داده‌های عددی است که معمولاً در ابزار دقیق، پنل‌های کنترل صنعتی، لوازم الکترونیکی مصرفی و تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از فناوری پیشرفته نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تراشه‌های LED نهفته است که عملکردی برتر نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای استاندارد GaAsP ارائه می‌دهد.

بازار هدف شامل طراحان و مهندسانی است که محصولاتی را توسعه می‌دهند که در آن‌ها بازدهی توان، خوانایی و قابلیت اطمینان حیاتی است. این شامل دستگاه‌های قابل حمل با باتری، پنل مترها، نمایشگرهای تجهیزات پزشکی و هر سیستمی است که نیازمند خروجی بصری یکنواخت و کم‌نیاز به نگهداری است. نیاز جریانی پایین این دستگاه، آن را به ویژه برای کاربردهای حساس به انرژی مناسب می‌سازد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط آزمایش استاندارد در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سانتی‌گراد تعریف می‌شود. پارامتر کلیدی، شدت نور متوسط (Iv)، در جریان پیشرو (IF) برابر با 1mA برای هر سگمنت، مقدار متداول 650 میکروکندلا دارد. این اندازه‌گیری با استفاده از یک سنسور و فیلتر که منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE را تقریب می‌زند انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که مقدار با درک بصری انسان هم‌خوانی دارد. محدوده گسترده از حداقل 200 میکروکندلا تا مقدار متداول 650 میکروکندلا، نشان‌دهنده فرآیند احتمالی دسته‌بندی (بینینگ) برای روشنایی است.

مشخصات رنگ توسط طول موج تعریف می‌شود. طول موج اوج تابش (λp) به طور معمول 611 نانومتر است، در حالی که طول موج غالب (λd) به طور معمول 605 نانومتر است که هر دو در IF=20mA اندازه‌گیری می‌شوند. تفاوت بین طول موج اوج و غالب برای LEDها طبیعی است و به شکل طیف تابش مربوط می‌شود. پهنای نیم‌خط طیفی (Δλ) برابر با 17 نانومتر است که پهنای طیف نور تابیده شده در نصف حداکثر شدت آن را توصیف می‌کند. پهنای نیم‌خط باریک‌تر نشان‌دهنده رنگی خالص‌تر و اشباع‌شده‌تر است. ترکیب این پارامترها، رنگ زرد-نارنجی متمایز نمایشگر را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی

پارامترهای الکتریکی، محدودیت‌ها و شرایط عملکرد نمایشگر را تعریف می‌کنند. ریتینگ‌های حداکثر مطلق، مرزهای عملکرد ایمن را تعیین می‌کنند. جریان پیشرو پیوسته برای هر سگمنت در دمای 25 درجه سانتی‌گراد برابر با 25 میلی‌آمپر ریت شده است، با ضریب کاهش (دریتینگ) 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد. این بدان معناست که حداکثر جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد و آسیب جلوگیری شود. برای عملکرد پالسی، جریان پیشرو پیک 90 میلی‌آمپر تحت شرایط خاصی مجاز است: چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه. حداکثر ولتاژ معکوس برای هر سگمنت 5 ولت است؛ تجاوز از این مقدار می‌تواند به پیوند LED آسیب برساند.

پارامتر کلیدی عملکرد، ولتاژ پیشرو (VF) است که در جریان آزمایش 20mA برای هر سگمنت، مقدار متداول آن 2.6 ولت و حداکثر آن 2.6 ولت است. حداقل آن 2.05 ولت ذکر شده است. این محدوده Vf برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است. جریان معکوس (IR) در حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال می‌شود، مشخص شده است که نشان‌دهنده جریان نشتی در حالت خاموش است.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد ریت شده است. این محدوده گسترده، عملکرد در شرایط محیطی مختلف، از سردخانه‌های صنعتی تا محفظه‌های گرم را تضمین می‌کند. محدوده دمای نگهداری یکسان است (35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد). یک مشخصه مهم مونتاژ، حداکثر دمای لحیم‌کاری است: 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر مدت 3 ثانیه، که در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این راهنما برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو ضروری است تا از آسیب حرارتی به تراشه‌های LED یا پکیج اپوکسی جلوگیری شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

اگرچه دیتاشیت به صراحت یک کد دسته‌بندی رسمی را شرح نمی‌دهد، اما محدوده‌های مشخص‌شده برای پارامترهای کلیدی حاکی از آن است که انتخاب یا دسته‌بندی صورت می‌گیرد. شدت نور دارای حداقل 200 میکروکندلا و مقدار متداول 650 میکروکندلا است که نشان می‌دهد دستگاه‌ها ممکن است بر اساس روشنایی خروجی مرتب شوند. نسبت تطابق شدت نور حداکثر 2:1 مشخص شده است. این نسبت حداکثر تغییر مجاز در روشنایی بین سگمنت‌های مختلف درون یک رقم یا بین ارقام را تعریف می‌کند و یکنواختی بصری را تضمین می‌نماید. دستگاه‌ها برای برآورده کردن این معیار آزمایش می‌شوند.

به طور مشابه، ولتاژ پیشرو (VF) دارای یک محدوده است (2.05 تا 2.6 ولت در 20mA). محصولات ممکن است بر اساس Vf گروه‌بندی شوند تا نیازهای ولتاژ راه‌اندازی یکنواخت در یک دسته تضمین شود. مشخصات طول موج غالب و اوج نیز نشان‌دهنده کنترل دقیق رنگ است که شکلی از دسته‌بندی رنگ‌سنجی (کروماتیسیتی) محسوب می‌شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری متداول" در صفحه آخر ارجاع می‌دهد. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، اما منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر است:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان پیشرو (منحنی I-V):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد. معمولاً غیرخطی است و بازدهی اغلب در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی کاهش می‌یابد.
• ولتاژ پیشرو در مقابل جریان پیشرو:این نمودار مشخصه دیودی LED را نشان می‌دهد. ولتاژ به صورت لگاریتمی با جریان افزایش می‌یابد.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:این منحنی برای درک کاهش حرارتی (دریتینگ) بسیار مهم است. خروجی نور LEDهای AlInGaP عموماً با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که منحنی زنگوله‌ای شکل حول 611 نانومتر با پهنای نیم‌خط 17 نانومتر را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها به طراحان اجازه می‌دهد تا عملکرد تحت شرایط غیراستاندارد، مانند راه‌اندازی با جریانی بین 1mA و 20mA، یا عملکرد در دماهای غیر از 25 درجه سانتی‌گراد را پیش‌بینی کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این دستگاه یک نمایشگر استاندارد با ارتفاع رقم 0.4 اینچ (10.0 میلی‌متر) است. ابعاد پکیج در یک نقشه ارائه شده است (که در متن به آن ارجاع داده شده اما جزئیات آن شرح داده نشده)، با تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر و تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. طراحی فیزیکی دارای صفحه‌ای خاکستری با سگمنت‌های سفید است که هنگام خاموش بودن LEDها کنتراست را افزایش می‌دهد و هنگام روشن بودن، نور تابیده شده را به طور یکنواخت پخش می‌کند که به "ظاهر عالی کاراکتر" و "کنتراست بالا" ذکر شده در ویژگی‌ها کمک می‌کند.

نمودار اتصال پایه‌ها و نمودار مدار داخلی برای چیدمان PCB بسیار مهم هستند. این دستگاه دارای پیکربندی 13 پایه است. از معماری آند مشترک مالتی‌پلکس استفاده می‌کند. پایه‌های 6، 8، 9 و 12 به ترتیب آندهای مشترک ارقام 4، 3، 2 و 1 هستند. پایه 13 آند مشترک برای نشانگرهای دونقطه بالا (UC) و دونقطه پایین (LC) است. کاتدهای سگمنت‌های مجزا (A, B, C, D, E, F, G, DP) به پایه‌های جداگانه آورده شده‌اند. این پیکربندی امکان راه‌اندازی مالتی‌پلکس را فراهم می‌کند، جایی که ارقام یکی پس از دیگری به سرعت روشن می‌شوند و تعداد کل پایه‌های درایور مورد نیاز را کاهش می‌دهد.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

راهنمای اصلی ارائه شده، محدودیت دمای لحیم‌کاری است: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، که در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این یک مشخصه استاندارد برای قطعات سوراخ‌دار (ترو-هول) با استفاده از لحیم‌کاری موجی است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که پروفایل لحیم‌کاری آن‌ها از این شوک حرارتی تجاوز نمی‌کند. برای لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل دمایی استفاده شود و زمان تماس با پایه به حداقل برسد.

ملاحظات کلی دست‌زنی برای LEDها اعمال می‌شود: از تنش مکانیکی روی لنز اپوکسی اجتناب کنید، در حین دست‌زنی از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) محافظت کنید و در صورت عدم استفاده فوری، در محیط‌های مناسب ضد استاتیک و کنترل رطوبت نگهداری کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه LTC-46454JF است. پسوند "JF" احتمالاً نشان‌دهنده نوع خاص پکیج، پیکربندی پایه یا واریانت رنگ (زرد-نارنجی) است. این دستگاه به عنوان یک نمایشگر "آند مشترک مالتی‌پلکس زرد-نارنجی AlInGaP" با "نقطه اعشار سمت راست" توصیف شده است. بسته‌بندی استاندارد برای چنین نمایشگرهایی معمولاً در لوله‌ها یا سینی‌های ضد استاتیک برای محافظت از پایه‌ها و لنز در حین حمل و نقل و دست‌زنی است. مقادیر خاص ریل یا لوله در متن ارائه شده فهرست نشده است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

طراحی آند مشترک و مالتی‌پلکس برای کاربردهای مبتنی بر میکروکنترلر ایده‌آل است. یک مدار متداول شامل استفاده از پورت‌های I/O میکروکنترلر یا یک IC درایور LED اختصاصی است. پایه‌های آند مشترک به ترانزیستورهای PNP یا MOSFETهای کانال P (یا مستقیماً به پایه‌های میکروکنترلر در صورت کفایت قابلیت تامین جریان) متصل می‌شوند که برای تامین توان به هر رقم به صورت متوالی سوئیچ می‌شوند. پایه‌های کاتد سگمنت به مقاومت‌های محدودکننده جریان و سپس به ترانزیستورهای NPN، MOSFETهای کانال N یا خروجی‌های قابلیت سینک یک درایور IC/میکروکنترلر متصل می‌شوند. مقدار مقاومت محدودکننده جریان با استفاده از فرمول محاسبه می‌شود: R = (Vcc - Vf_led) / I_desired. با Vcc برابر 5 ولت، Vf متداول 2.6 ولت و جریان سگمنت مطلوب 10mA، مقاومت تقریباً برابر با (5 - 2.6) / 0.01 = 240 اهم خواهد بود.

8.2 ملاحظات طراحی

• فرکانس مالتی‌پلکسینگ:نرخ رفرش باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود، معمولاً بالاتر از 60-100 هرتز برای هر رقم. با 4 رقم، فرکانس اسکن باید 4 برابر آن باشد.
• جریان پیک:در یک طراحی مالتی‌پلکس، جریان لحظه‌ای هر سگمنت بالاتر از جریان متوسط است. اگر جریان متوسط هر سگمنت با چرخه کاری 1/4 (4 رقم) هدف 5mA باشد، جریان لحظه‌ای در زمان روشن بودن آن باید 20mA باشد. این باید با ریتینگ‌های حداکثر مقایسه شود.
• تلفات حرارتی:در جریان‌های بالاتر یا در دمای محیط بالا، اطمینان حاصل کنید که تلفات توان هر سگمنت (حداکثر 70mW) با در نظر گرفتن ضریب کاهش (دریتینگ) تجاوز نمی‌کند.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده برای پنل‌هایی که ممکن است از موقعیت‌های خارج از محور مشاهده شوند مفید است.

9. مقایسه فنی

در مقایسه با نمایشگرهای LED قرمز قدیمی GaAsP، فناوری AlInGaP در LTC-46454JF بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. این بدان معناست که می‌تواند در جریان راه‌اندازی پایین‌تر، روشنایی یکسان یا بیشتری را به دست آورد که مستقیماً ویژگی "نیاز توان پایین" را ممکن می‌سازد. همچنین معمولاً پایداری دمایی بهتر و طول عمر عملیاتی طولانی‌تری ارائه می‌دهد. در مقایسه با LEDهای قرمز پرنور معاصر، رنگ زرد-نارنجی (605-611 نانومتر) دید عالی فراهم می‌کند و اغلب به طور ذهنی بسیار روشن درک می‌شود. در مقایسه با نمایشگرهای فلورسنت خلاء (VFD) یا نمایشگرهای کریستال مایع (LCD)، این نمایشگر LED استحکام برتر، محدوده دمایی گسترده‌تر، زمان پاسخ سریع‌تر ارائه می‌دهد و نیازی به نور پس‌زمینه یا منبع ولتاژ بالا ندارد، اما به بهای مصرف توان بالاتر برای نمایشگرهای چندرقمی نسبت به LCDها.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترها)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با منبع تغذیه 3.3 ولتی میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟

پ: بله. ولتاژ پیشرو متداول 2.6 ولت است که 0.7 ولت روی مقاومت محدودکننده جریان در 3.3 ولت افت می‌کند. این برای عملکرد کافی است، اگرچه حاشیه ولتاژ موجود برای تنظیم دقیق جریان در مقایسه با سیستم 5 ولتی کاهش یافته است.

س: حداقل جریان مورد نیاز برای دیدن یک درخشش قابل مشاهده چقدر است؟

پ: دیتاشیت شرایط آزمایش را تا 1mA مشخص می‌کند، جایی که شدت نور متداول 650 میکروکندلا است. احتمالاً در جریان‌های حتی پایین‌تر نیز قابل مشاهده خواهد بود، اگرچه روشنایی بسیار کم خواهد بود. "مشخصات جریان پایین" یک ویژگی کلیدی است.

س: چگونه نقطه اعشار و دونقطه‌ها را کنترل کنم؟

پ: نقطه اعشار (DP) پایه کاتد مخصوص به خود را دارد (پایه 3). دونقطه‌های بالا و پایین (UC, LC) یک آند مشترک (پایه 13) دارند و کاتدهای آن‌ها به کاتد سگمنت B (پایه 7) متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک دونقطه، باید آند مشترک رقم پایه 13 را فعال کنید و کاتد سگمنت B (پایه 7) را به سطح پایین بکشید.

س: چرا ریتینگ ولتاژ معکوس فقط 5 ولت است؟

پ: LEDها برای مسدود کردن ولتاژ معکوس طراحی نشده‌اند. پیوند PN می‌تواند به راحتی توسط بایاس معکوس کوچک آسیب ببیند. ریتینگ 5 ولت یک حد ایمنی است؛ طراحی مدار باید اطمینان حاصل کند که ولتاژ معکوس هرگز اعمال نمی‌شود، که اغلب با استفاده از دیودهای محافظ موازی با LED در کاربردهای سیگنال دوطرفه انجام می‌شود.

11. مورد کاربردی عملی

مورد: طراحی نمایشگر 4 رقمی ولت‌متر.یک طراح در حال ایجاد یک واحد منبع تغذیه میز آزمایشگاهی است که نیازمند نمایش واضح ولتاژ است. آن‌ها LTC-46454JF را به دلیل روشنایی و خوانایی آن انتخاب می‌کنند. سیستم از یک میکروکنترلر با ADC برای اندازه‌گیری ولتاژ خروجی استفاده می‌کند. فریم‌ور میکروکنترلر یک روال مالتی‌پلکسینگ را پیاده‌سازی می‌کند که چهار رقم را به صورت چرخشی روشن می‌کند. الگوهای سگمنت برای اعداد 0 تا 9 در یک جدول جستجو ذخیره می‌شوند. طراح مقاومت‌های محدودکننده جریان را برای جریان متوسط سگمنت 8mA، با در نظر گرفتن مالتی‌پلکسینگ با چرخه کاری 1/4 محاسبه می‌کند (بنابراین جریان لحظه‌ای حدود 32mA است که در محدوده ریتینگ پالسی است اما ممکن است آن را کاهش دهند تا در محدوده ریتینگ پیوسته باقی بمانند). آن‌ها از یک ریل 5 ولتی برای نمایشگر استفاده می‌کنند. صفحه خاکستری نمایشگر به خوبی با پنل جلوی دستگاه ترکیب می‌شود و ارقام زرد-نارنجی تحت شرایط نوری مختلف در آزمایشگاه به راحتی قابل مشاهده هستند.

12. معرفی اصل فناوری

فناوری هسته، سیستم ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) است که بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs (گالیم آرسنید) رشد یافته است. هنگامی که یک ولتاژ پیشرو در سراسر پیوند PN این نیمه‌هادی اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج خاص این نور - در این مورد، زرد-نارنجی حدود 611 نانومتر - توسط انرژی گپ باند آلیاژ AlInGaP تعیین می‌شود که در فرآیند رشد کریستال مهندسی می‌شود. زیرلایه غیرشفاف GaAs هر نوری را که به سمت پایین تابیده می‌شود جذب می‌کند و با کاهش بازتاب داخلی و پراکندگی که می‌تواند باعث اثر "هاله" اطراف سگمنت‌ها شود، کنتراست را بهبود می‌بخشد. چیدمان هفت قسمتی یک الگوی استاندارد است که در آن ترکیبات مختلف سگمنت‌ها (با برچسب A تا G) روشن می‌شوند تا اعداد 0-9 و برخی حروف را تشکیل دهند.

13. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای LED هفت قسمتی مجزا مانند LTC-46454JF برای کاربردهای خاص نیازمند روشنایی بالا، سادگی و استحکام همچنان مرتبط هستند، روند کلی در فناوری نمایشگر به سمت راه‌حل‌های یکپارچه تغییر کرده است. نمایشگرهای LED ماتریس نقطه‌ای و OLED انعطاف‌پذیری بیشتری برای نمایش کاراکترهای آلفانومریک و گرافیک ارائه می‌دهند. برای نمایش‌های عددی ساده، LCDها در کاربردهای فوق‌کم‌مصرف غالب هستند. با این حال، مزایای ذاتی LEDها - روشنایی بالا، خودتابی، محدوده دمایی گسترده و طول عمر طولانی - استفاده مداوم از آن‌ها را در تجهیزات صنعتی، خودرو و فضای باز که این عوامل از اهمیت بالایی برخوردارند، تضمین می‌کند. پیشرفت‌ها در مواد LED، مانند AlInGaP کارآمدتر و ظهور LEDهای آبی/سبز/سفید مبتنی بر GaN، گزینه‌های رنگ و بازدهی را برای محصولات نمایشگر جدیدتر گسترش داده است.