دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTC-5623JD - ارتفاع رقم 0.56 اینچ - رنگ قرمز فوق‌العاده - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTC-5623JD یک ماژول نمایشگر چهاررقمی هفت‌بخشی دیود نورافشان (LED) است. عملکرد اصلی آن ارائه خوانش عددی واضح و روشن برای دستگاه‌ها و ابزارهای الکترونیکی مختلف است. کاربرد اصلی در سناریوهایی است که نیاز به نمایش داده‌های عددی دارند، مانند تجهیزات آزمایشگاهی، کنترل‌های صنعتی، لوازم خانگی و پنل‌های اندازه‌گیری.

موقعیت‌یابی کلیدی دستگاه در تعادل بین اندازه کاراکتر، روشنایی و قابلیت اطمینان آن نهفته است. این دستگاه از فناوری نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تراشه‌های LED خود استفاده می‌کند، به‌طور خاص در رنگ قرمز فوق‌العاده. این فناوری در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP استاندارد، مزایایی در کارایی و شدت نور ارائه می‌دهد. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری‌های سفید برای بخش‌ها است که کنتراست و خوانایی را در شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد.

مزایای اصلی آن، همان‌طور که در دیتاشیت ذکر شده است، شامل ظاهر یکنواخت و پیوسته بخش‌ها، نیاز به توان کم، ظاهر عالی کاراکتر، روشنایی و کنتراست بالا، زاویه دید گسترده و قابلیت اطمینان حالت جامد است. دستگاه همچنین بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده و در بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS ارائه می‌شود.

2. مشخصات فنی و تفسیر عینی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این پارامترها محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. اینها شرایط برای عملکرد عادی نیستند.

• تلفات توان در هر بخش:70 میلی‌وات. این حداکثر توان مجاز تلف شده به صورت گرما برای یک بخش واحد (مثلاً بخش 'A') است. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث گرمای بیش از حد اتصال نیمه‌هادی شود.
• جریان مستقیم پیک در هر بخش:90 میلی‌آمپر. این فقط تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است. برای طرح‌های مالتی‌پلکس‌ینگ که در آن از جریان لحظه‌ای بالاتر برای دستیابی به روشنایی درک شده استفاده می‌شود، مفید است.
• جریان مستقیم پیوسته در هر بخش:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان به صورت خطی با نرخ 0.28 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته تقریباً خواهد بود: 25 میلی‌آمپر - ((85°C - 25°C) * 0.28 mA/°C) = 8.2 میلی‌آمپر.
• محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه می‌تواند در این محدوده کامل عمل کرده و ذخیره شود.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن. این برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو برای جلوگیری از آسیب حرارتی به بسته‌بندی پلاستیکی و اتصالات سیم داخلی بسیار مهم است.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول اندازه‌گیری شده در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد هستند.

• شدت نور متوسط (Iv):320 میکروکاندلا (حداقل)، 700 میکروکاندلا (معمول) در جریان مستقیم (IF) 1 میلی‌آمپر. این مقدار خروجی نور را کمّی می‌کند. دستگاه بر اساس این پارامتر دسته‌بندی/رده‌بندی شده است.
• طول موج تابش پیک (λp):650 نانومتر (معمول) در IF=20mA. این طول موجی است که در آن خروجی طیفی قوی‌ترین است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول) در IF=20mA. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای نور تک‌رنگ‌تر است.
• طول موج غالب (λd):639 نانومتر (معمول) در IF=20mA. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ 'قرمز فوق‌العاده' را تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم در هر بخش (Vf):2.1 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول) در IF=20mA. این افت ولتاژ در یک بخش روشن است. برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است.
• جریان معکوس در هر بخش (Ir):100 میکروآمپر (حداکثر) در ولتاژ معکوس (Vr) 5 ولت. این پارامتر فقط برای اهداف آزمایشی است؛ دستگاه برای عملکرد بایاس معکوس پیوسته در نظر گرفته نشده است.
• نسبت تطابق شدت نور (Iv-m):2:1 (حداکثر). این حداکثر نسبت مجاز بین روشن‌ترین و کم‌نورترین بخش در یک دستگاه را مشخص می‌کند و ظاهر یکنواخت را تضمین می‌کند.

3. سیستم دسته‌بندی و رده‌بندی

دیتاشیت بیان می‌کند که دستگاه "بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است." این بدان معناست که واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (معمولاً 1mA یا 20mA) مرتب (دسته‌بندی) می‌شوند. در حالی که کدهای دسته‌بندی خاص در این بخش ارائه نشده است، رویه رایج شامل کدهای الفبایی-عددی (مانند B1, B2, C1) است که محدوده‌های شدت نور را نشان می‌دهند. این به طراحان اجازه می‌دهد نمایشگرهایی با سطوح روشنایی یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند. نسبت تطابق شدت نور دقیق 2:1 بیشتر، ثبات بصری را در تمام بخش‌های یک رقم و بین ارقام تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" در صفحه آخر اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده است، می‌توانیم محتوای استاندارد آن‌ها را بر اساس فناوری LED استنباط کنیم:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):این نمودار رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. منحنی به طراحان اجازه می‌دهد تا ولتاژ محرک لازم برای جریان عملیاتی مورد نظر را تعیین کنند، که برای طراحی درایورهای جریان ثابت پایدار ضروری است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-L):این نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد. این رابطه به طور کلی در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افت حرارتی و کارایی اشباع می‌شود.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. درک این کاهش برای کاربردهایی که در محیط‌های با دمای بالا عمل می‌کنند بسیار مهم است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک در حدود 650 نانومتر و نیم‌عرض حدود 20 نانومتر را نشان می‌دهد و مشخصات رنگ قرمز فوق‌العاده را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه دارای ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.2 میلی‌متر) است. نقشه ابعادی (که به طور کامل در متن جزئیات ندارد) اندازه‌گیری‌های حیاتی برای طراحی جای پای PCB را ارائه می‌دهد: طول، عرض و ارتفاع کلی؛ فاصله بین ارقام؛ ابعاد بخش‌ها؛ و طول، قطر و فاصله پایه‌ها. یادداشت‌ها مشخص می‌کنند که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر هستند. یک یادداشت حیاتی، تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر است که توصیه می‌کند سوراخ‌های پایه مادربرد با قطر (ψ) 1.0 میلی‌متر طراحی شوند تا این عدم هم‌محوری احتمالی در هنگام نصب را جبران کنند.

5.2 اتصال پایه و قطبیت

LTC-5623JD از پیکربندیآند مشترکاستفاده می‌کند. این بدان معناست که آندهای LED برای هر رقم به طور داخلی به هم متصل شده و به پایه‌های جداگانه (ارقام 1-4) آورده می‌شوند، در حالی که کاتدهای هر نوع بخش (A-G, DP) در بین تمام ارقام مشترک بوده و به پایه‌های جداگانه آورده می‌شوند. پین‌اوت به شرح زیر است: پایه 1: کاتد E، پایه 2: کاتد D، پایه 3: کاتد DP، پایه 4: کاتد C، پایه 5: کاتد G، پایه 6: آند مشترک رقم 4، پایه 7: کاتد B، پایه 8: آند مشترک رقم 3، پایه 9: آند مشترک رقم 2، پایه 10: کاتد F، پایه 11: کاتد A، پایه 12: آند مشترک رقم 1. نمودار مدار داخلی این آرایش مالتی‌پلکس‌ینگ را به وضوح نشان می‌دهد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل کلیدی ارائه شده، محدودیت دمای لحیم‌کاری است: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن. این یک پروفایل استاندارد برای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که فرآیند مونتاژ PCB آن‌ها به این محدودیت پایبند است تا از ترک خوردن بسته‌بندی، تغییر شکل لنز یا آسیب به تراشه داخلی و اتصالات سیم جلوگیری شود. برای لحیم‌کاری موجی، زمان تماس باید به حداقل برسد. همچنین توصیه می‌شود که برای جلوگیری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) به درستی با دستگاه برخورد شود، اگرچه به صراحت ذکر نشده است، زیرا LEDها دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

برای یک نمایشگر آند مشترک، مدار محرک معمولاً شامل اتصال پایه‌های آند مشترک به منبع ولتاژ مثبت (Vcc) از طریق ترانزیستورهای انتخاب رقم (مانند PNP یا MOSFET کانال P) است. پایه‌های کاتد بخش به زمین از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان و ترانزیستورهای درایور بخش یا یک IC درایور LED اختصاصی متصل می‌شوند. از تکنیک مالتی‌پلکس‌ینگ استفاده می‌شود: یک رقم در هر زمان با فعال کردن آند آن روشن می‌شود، در حالی که کاتدهای مناسب برای عدد مورد نظر آن رقم فعال می‌شوند. این چرخه به سرعت در بین چهار رقم تکرار می‌شود و توهم روشن بودن همزمان تمام ارقام را ایجاد می‌کند. این روش تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را از 32 (4 رقم * 8 بخش) به 12 (4 آند + 8 کاتد) کاهش می‌دهد.

7.2 محاسبات طراحی

محاسبه مقاومت محدودکننده جریان:با فرض منبع تغذیه 5 ولت (Vcc)، ولتاژ مستقیم معمول بخش (Vf) 2.6 ولت و جریان بخش مورد نظر (Iseg) 10 میلی‌آمپر برای روشنایی عادی. مقدار مقاومت R = (Vcc - Vf) / Iseg = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 اهم است. توان نامی مقاومت باید حداقل I²R = (0.01)² * 240 = 0.024 وات باشد، بنابراین یک مقاومت استاندارد 1/8W یا 1/10W کافی است.

جریان پیک در مالتی‌پلکس‌ینگ:برای دستیابی به جریان متوسط بخش 10 میلی‌آمپر با چرخه وظیفه 1/4 (برای چهار رقم)، جریان پیک در طول بازه زمانی فعال آن باید 40 میلی‌آمپر باشد. این مقدار در محدوده حداکثر جریان پیک مطلق 90 میلی‌آمپر است اما باید در برابر کاهش جریان پیوسته بررسی شود اگر نمایشگر در محیط گرم کار می‌کند.

7.3 زاویه دید و خوانایی

مشخصه زاویه دید گسترده اطمینان می‌دهد که نمایشگر هنگام مشاهده از کنار همچنان قابل خواندن است. صفحه خاکستری و بخش‌های سفید کنتراست را افزایش می‌دهند و باعث می‌شوند اعداد به وضوح در برابر پس‌زمینه متمایز شوند، که در محیط‌های کم نور و پر نور مفید است.

8. مقایسه و تمایز فنی

LTC-5623JD از طریق چندین عامل خود را متمایز می‌کند. استفاده از فناوریAlInGaP قرمز فوق‌العادهبه طور کلی کارایی نوری بالاتر و پایداری دمایی بهتری نسبت به فناوری‌های قدیمی LED قرمز مانند GaAsP ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر و یکنواخت‌تر می‌شود.ارتفاع رقم 0.56 اینچآن را در یک دسته اندازه خاص قرار می‌دهد، بزرگتر از نمایشگرهای 0.3 اینچی برای دید بهتر از فاصله، اما به طور بالقوه کوچکتر از نمایشگرهای 1 اینچی مورد استفاده در پنل‌های بزرگتر.پیکربندی چهاررقمی، آند مشترک با نقطه اعشار سمت راستیک مجموعه ویژگی استاندارد اما ضروری برای بسیاری از کاربردهای نمایش عددی است.محدوده دمای عملیاتی گستردهآن (35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد) آن را برای محیط‌های صنعتی و خودرویی که دمای شدید رایج است مناسب می‌کند و مزیتی نسبت به نمایشگرهایی با محدوده باریک‌تر ارائه می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

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

پاسخ: خیر. یک پایه MCU معمولی فقط می‌تواند 20-25 میلی‌آمپر را تأمین/جذب کند که کل جریان برای آن پایه است. از آنجایی که این نمایشگر از مالتی‌پلکس‌ینگ استفاده می‌کند، یک بخش واحد ممکن است به 10-40 میلی‌آمپر نیاز داشته باشد و آند مشترک برای یک رقم کامل به مجموع جریان‌های تمام بخش‌های روشن نیاز دارد (مثلاً 8 بخش * 10mA = 80mA). بنابراین، ترانزیستورهای خارجی یا یک IC درایور اختصاصی اجباری هستند.

سوال: چرا تفاوتی بین طول موج پیک (650 نانومتر) و طول موج غالب (639 نانومتر) وجود دارد؟

پاسخ: طول موج پیک، اوج فیزیکی طیف نور ساطع شده است. طول موج غالب بر اساس منحنی پاسخ فوتوپیک چشم انسان (CIE) محاسبه می‌شود. چشم به طول‌موج‌های خاصی حساسیت بیشتری دارد، بنابراین رنگ "درک شده" (غالب) می‌تواند در طول‌موجی متفاوت از اوج فیزیکی باشد.

سوال: دمای ذخیره‌سازی تا 105 درجه سانتی‌گراد است. آیا می‌توانم آن را در دمای 260 درجه سانتی‌گراد لحیم کنم؟

پاسخ: بله، اما با زمان‌بندی حیاتی. رتبه‌بندی ذخیره‌سازی برای شرایط غیرعملیاتی بلندمدت است. رتبه‌بندی لحیم‌کاری (260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه) یک فرآیند حرارتی کوتاه‌مدت و شدید است که بسته‌بندی برای تحمل آن در صورت رعایت دقیق پروفایل طراحی شده است. تجاوز از زمان یا دما می‌تواند باعث آسیب شود.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی خوانش دیجیتال ولت‌متر.یک طراح در حال ساخت یک ولت‌متر DC چهاررقمی با محدوده 0-20 ولت است. آن‌ها LTC-5623JD را به دلیل خوانایی واضح آن انتخاب می‌کنند. مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) و میکروکنترلر ولتاژ ورودی را پردازش می‌کنند. فریم‌ور MCU ارقامی را که باید نمایش داده شوند (مثلاً 12.34) محاسبه کرده و نمایشگر را از طریق یک روال مالتی‌پلکس‌ینگ کنترل می‌کند. پایه‌های آند مشترک از طریق ترانزیستورهای PNP به MCU متصل شده‌اند تا منبع تغذیه 5 ولت را به هر رقم به ترتیب سوئیچ کنند. پایه‌های کاتد بخش از طریق یک شیفت‌رجیستر 74HC595 یا یک درایور LED اختصاصی مانند MAX7219 به MCU متصل می‌شوند که همچنین سینک‌های جریان ثابت را فراهم می‌کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان به صورت سری با خطوط بخش قرار می‌گیرند. فریم‌ور اطمینان می‌دهد که نرخ تازه‌سازی بالاتر از 60 هرتز است تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود. محدوده دمای عملیاتی گسترده به ولت‌متر اجازه می‌دهد در گاراژ کارگاهی که دما می‌تواند به طور قابل توجهی تغییر کند استفاده شود.

11. اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود (تقریباً 2.1-2.6 ولت برای این ماده AlInGaP) در یک بخش اعمال می‌شود (آند نسبت به کاتد مثبت)، الکترون‌ها و حفره‌ها به منطقه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. در یک نیمه‌هادی با شکاف باند مستقیم مانند AlInGaP، این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی شکاف باند را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند، در این مورد، قرمز فوق‌العاده (~639-650 نانومتر). بسته‌بندی پلاستیکی برای محصور کردن و محافظت از تراشه نیمه‌هادی شکننده، شکل‌دهی خروجی نور برای مشاهده بهینه و ارائه رابط مکانیکی (پایه‌ها) برای نصب روی برد مدار عمل می‌کند.

12. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای هفت‌بخشی برای خوانش عددی یک جزء اصلی باقی مانده‌اند، چشم‌انداز گسترده‌تر در حال تحول است. روندی به سمت یکپارچه‌سازی بالاتر وجود دارد، جایی که الکترونیک درایور در داخل ماژول نمایشگر تعبیه شده است و طراحی سیستم میزبان را ساده می‌کند. استفاده از AlInGaP برای قرمز/نارنجی/کهربایی به خوبی تثبیت شده است، اما برای قابلیت تمام‌رنگی، نمایشگرها ممکن است فناوری‌های مختلف LED را ترکیب کنند (مانند InGaN برای آبی/سبز) یا به سمت پنل‌های OLED ماتریس نقطه‌ای یا میکرو-LED حرکت کنند که انعطاف‌پذیری بیشتری در نمایش کاراکترها و گرافیک ارائه می‌دهند. با این حال، برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی بسیار بالا، محدوده دمایی گسترده، عمر طولانی و سادگی دارند، نمایشگرهای هفت‌بخشی LED گسسته مانند LTC-5623JD همچنان یک راه‌حل قوی و مقرون‌به‌صرفه هستند. پیشرفت‌ها در بسته‌بندی ممکن است منجر به عوامل شکل حتی کوچکتر یا نسخه‌های نصب سطحی برای مونتاژ خودکار شود.