دیتاشیت نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-14058AKD - ارتفاع 1.4 اینچ (35.76 میلی‌متر) - قرمز فوق‌قرمز (650 نانومتر) - 40 میلی‌وات به ازای هر نقطه - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-14058AKD یک ماژول نمایشگر ماتریس نقطه‌ای فشرده و تک‌سطحی است که برای نمایش کاراکترهای الفبایی-عددی طراحی شده است. جزء اصلی آن یک آرایه 5 ستون در 8 ردیف از دیودهای نوری (LED) مجزا است که در مجموع 40 نقطه آدرس‌پذیر را تشکیل می‌دهد. ارتفاع فیزیکی ماتریس کاراکتر 1.4 اینچ (35.76 میلی‌متر) مشخص شده است که خوانایی خوبی فراهم می‌کند. این دستگاه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیازمند خروجی بصری قابل اعتماد، کم‌مصرف و با زاویه دید گسترده هستند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این نمایشگر ناشی از تکنولوژی LED حالت جامد و طراحی کارآمد آن است. ویژگی‌های کلیدی شامل نیاز به توان کم است که آن را برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. زاویه دید گسترده اطمینان می‌دهد که اطلاعات نمایش داده شده از موقعیت‌های مختلف نسبت به صفحه قابل مشاهده است. این دستگاه از نظر شدت روشنایی دسته‌بندی شده است که امکان تطابق روشنایی در کاربردهای چند واحدی را فراهم می‌کند. سازگاری آن با کدهای کاراکتر استاندارد (USASCII و EBCDIC) و قابلیت چیدمان افقی، آن را برای سیستم‌های توکار، پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، تجهیزات آزمایشگاهی و سایر کاربردهایی که نیاز به نمایش اطلاعات ساده و مستحکم مبتنی بر کاراکتر دارند، ایده‌آل می‌سازد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای فنی کلیدی دستگاه را همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

نمایشگر از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تولید نور قرمز فوق‌قرمز استفاده می‌کند. طول موج اوج تابش معمولی (λp) 650 نانومتر (nm) است. طول موج غالب (λd) در 639 نانومتر مشخص شده است. پهنای نیم‌ارتفاع طیف (Δλ) که نشان‌دهنده خلوص یا گستردگی رنگ ساطع شده است، 20 نانومتر است. شدت روشنایی متوسط (Iv) به ازای هر نقطه با حداقل 800 میکروکاندلا (μcd)، مقدار معمول 2600 μcd و بدون حداکثر تحت شرایط تست جریان اوج (Ip) 32 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/16 مشخص شده است. نسبت تطابق شدت روشنایی 2:1 یکنواختی معقولی در روشنایی بین نقاط مختلف روی یک نمایشگر را تضمین می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی

ولتاژ مستقیم (Vf) برای هر نقطه LED منفرد بین 2.1 ولت (حداقل) و 2.6 ولت (معمول) در جریان مستقیم (If) 20 میلی‌آمپر است. در جریان بالاتر 80 میلی‌آمپر، این محدوده به 2.3 ولت تا 2.8 ولت تغییر می‌کند. جریان معکوس (Ir) حداکثر 100 میکروآمپر (μA) است هنگامی که ولتاژ معکوس (Vr) 5 ولت اعمال می‌شود. این پارامترها برای طراحی مدار محدودکننده جریان مناسب حیاتی هستند.

3. محدودیت‌های مطلق مطلق و ملاحظات حرارتی

تجاوز از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی به دستگاه شود. اتلاف توان متوسط به ازای هر نقطه نباید از 40 میلی‌وات (mW) تجاوز کند. جریان مستقیم اوج به ازای هر نقطه به 90 میلی‌آمپر محدود شده است، در حالی که جریان مستقیم متوسط به ازای هر نقطه در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 15 میلی‌آمپر است که به ازای هر درجه سانتی‌گراد بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد به صورت خطی 0.2 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد. حداکثر ولتاژ معکوس به ازای هر نقطه 5 ولت است. دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است. برای مونتاژ، حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر مدت 3 ثانیه است که در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دیتاشیت شامل یک نقشه دقیق پکیج با ابعاد بر حسب میلی‌متر است. تلرانس‌ها عموماً ±0.25 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. این نقشه برای طراحی جای پایه PCB (برد مدار چاپی) و یکپارچه‌سازی مکانیکی در محصول نهایی ضروری است. پکیج فیزیکی، آرایه LED را در خود جای داده و رابط الکتریکی را از طریق پایه‌ها فراهم می‌کند.

4.1 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

دستگاه دارای یک رابط 14 پایه است. ترتیب پایه‌ها به شرح زیر است: پایه 1: کاتد ردیف 6؛ پایه 2: کاتد ردیف 8؛ پایه 3: آند ستون 2؛ پایه 4: آند ستون 3؛ پایه 5: کاتد ردیف 5؛ پایه 6: آند ستون 5؛ پایه 7: کاتد ردیف 7؛ پایه 8: کاتد ردیف 3؛ پایه 9: کاتد ردیف 1؛ پایه 10: آند ستون 4؛ پایه 11: آند ستون 3 (توجه: عملکرد تکراری پایه 4، احتمالاً یک یادداشت مستندسازی است)؛ پایه 12: کاتد ردیف 4؛ پایه 13: آند ستون 1؛ پایه 14: کاتد ردیف 2. یک نمودار مدار داخلی آرایه ماتریس را نشان می‌دهد و تأیید می‌کند که یک پیکربندی کاتد مشترک است که در آن ستون‌ها آند و ردیف‌ها کاتد هستند. این ساختار امکان مالتی‌پلکس کردن برای کنترل تمام 40 نقطه را تنها با 13 خط کنترل منحصر به فرد (5 ستون + 8 ردیف) فراهم می‌کند.

5. دستورالعمل‌های کاربرد و ملاحظات طراحی

5.1 راه‌اندازی نمایشگر

برای روشن کردن یک نقطه خاص، ستون (آند) متناظر آن باید در سطح بالا (با محدودیت جریان مناسب) و ردیف (کاتد) متناظر آن باید در سطح پایین راه‌اندازی شود. برای نمایش کاراکترها، یک میکروکنترلر معمولاً از تکنیک مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌کند، به طور متوالی یک ردیف را در هر زمان فعال می‌کند در حالی که الگوی آن ردیف را روی پنج خط ستون ارائه می‌دهد. چرخه کاری 1/16 ذکر شده در شرایط تست نشان‌دهنده یک طرح مالتی‌پلکسینگ است، اگرچه فرکانس اسکن دقیق باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود (معمولاً >60 هرتز). درایورهای خارجی (ترانزیستورها یا ICهای درایور LED اختصاصی) تقریباً همیشه مورد نیاز هستند، زیرا پین‌های GPIO میکروکنترلر معمولاً نمی‌توانند جریان تجمعی مورد نیاز را تأمین یا جذب کنند.

5.2 محدودیت جریان و منبع تغذیه

بر اساس مشخصات الکتریکی، یک مقاومت محدودکننده جریان باید به صورت سری با هر ستون آند قرار گیرد. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vcc - Vf_led) / I_desired. با استفاده از Vcc برابر 5 ولت، Vf معمولی 2.6 ولت و جریان مورد نظر به ازای هر نقطه 20 میلی‌آمپر، مقدار مقاومت تقریباً (5 - 2.6) / 0.02 = 120 اهم خواهد بود. منبع تغذیه باید قادر به تأمین جریان اوج باشد. در یک تنظیم مالتی‌پلکس شده، جریان لحظه‌ای هنگامی که یک ردیف فعال است برابر است با 5 نقطه * I_dot. اگر I_dot برابر 20mA باشد، این مقدار 100mA است. جریان متوسط به دلیل چرخه کاری به طور قابل توجهی کمتر است.

5.3 مدیریت حرارتی

در حالی که نقاط منفرد دارای محدودیت 40mW هستند، توان کل برای نمایشگر باید در نظر گرفته شود. با روشن بودن تمام 40 نقطه به طور مداوم در 20mA و 2.6V، توان کل 40 * 0.052W = 2.08W خواهد بود. در یک طراحی مالتی‌پلکس شده با چرخه کاری 1/8 (برای 8 ردیف)، توان متوسط تقریباً 2.08W / 8 = 0.26W است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مس کافی روی PCB یا سایر روش‌ها برای دفع حرارت وجود دارد، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا، تا در محدوده دمای عملیاتی باقی بمانند.

6. تحلیل عملکرد و منحنی‌های معمول

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، چنین منحنی‌هایی عموماً شامل موارد زیر هستند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد که برای درک افت ولتاژ روی LED در جریان‌های درایو مختلف مهم است.
• شدت روشنایی در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در جریان‌های بالاتر به صورت زیرخطی است.
• شدت روشنایی در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور را با افزایش دمای اتصال نشان می‌دهد که یک عامل حیاتی برای ثبات روشنایی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، حول اوج 650nm و نشان‌دهنده پهنای نیم‌ارتفاع 20nm.

این منحنی‌ها برای طراحی با عملکرد بالا حیاتی هستند و به مهندسان اجازه می‌دهند تا جریان درایو را برای روشنایی و بازدهی مورد نظر بهینه‌سازی کنند در حالی که اثرات حرارتی را مدیریت می‌کنند.

7. مقایسه و تمایز

متمایزکننده‌های اصلی LTP-14058AKD استفاده از تکنولوژی قرمز فوق‌قرمز AlInGaP و فاکتور فرم مکانیکی خاص آن است. در مقایسه با LEDهای قرمز قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP بازدهی بالاتر و روشنایی بهتری ارائه می‌دهد. ارتفاع ماتریس 1.4 اینچ یک اندازه خاص است که ممکن است برای برش‌های پنل خاص یا فواصل خوانایی انتخاب شود. قابلیت چیدمان افقی یک ویژگی مکانیکی کلیدی برای ایجاد نمایشگرهای چند کاراکتری بدون اتصالات پیچیده بین‌المللی است. دسته‌بندی آن از نظر شدت روشنایی یک مزیت برای کاربردهایی است که نیاز به ظاهر یکنواخت در چندین واحد دارند.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

8.1 چگونه این نمایشگر را به یک میکروکنترلر متصل کنم؟

شما نمی‌توانید آن را مستقیماً متصل کنید. شما به درایورهای خارجی نیاز دارید. پایه‌های 5 ستون (آند) را از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان و سوئیچ‌های ترانزیستوری (یا یک IC درایور ستون LED اختصاصی) قادر به تأمین جریان مورد نیاز، به میکروکنترلر متصل کنید. پایه‌های 8 ردیف (کاتد) را به سوئیچ‌های ترانزیستوری (یا یک IC درایور/جذب ردیف LED اختصاصی) قادر به جذب جریان تجمعی یک ردیف کامل (مثلاً 5 * I_dot) متصل کنید. سپس فریم‌ور میکروکنترلر این درایورها را برای مالتی‌پلکس کردن نمایشگر کنترل می‌کند.

8.2 تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟

طول موج اوج (650 نانومتر) طول موجی است که در آن طیف تابش حداکثر شدت را دارد. طول موج غالب (639 نانومتر) طول موج تک‌رنگ نور تک‌رنگی است که با رنگ درک شده نور LED مطابقت دارد. این بیشتر با ادراک رنگ انسان مرتبط است. این تفاوت نشان می‌دهد که طیف کاملاً متقارن نیست.

8.3 آیا می‌توانم LEDها را با جریان بالاتر برای روشنایی بیشتر اجرا کنم؟

شما می‌توانید جریان را افزایش دهید، اما باید در محدوده محدودیت‌های مطلق مطلق باقی بمانید: جریان متوسط به ازای هر نقطه ≤ 15mA (کاهش یافته بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد) و توان متوسط به ازای هر نقطه ≤ 40mW. تجاوز از این درجه‌بندی‌ها قابلیت اطمینان و طول عمر را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، بازدهی (خروجی نور به ازای هر وات) اغلب در جریان‌های بسیار بالا کاهش می‌یابد. همیشه برای درک سود روشنایی در مقابل افزایش حرارت و استرس روی دستگاه، به منحنی‌های عملکرد معمول مراجعه کنید.

9. مثال کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک نمایشگر دمای 4 رقمی ساده برای یک فر صنعتی.چهار نمایشگر LTP-14058AKD در کنار هم قرار می‌گیرند و از قابلیت چیدمان افقی آنها استفاده می‌شود. یک سنسور دما (مثلاً ترموکوپل با ADC) داده‌ها را به یک میکروکنترلر ارائه می‌دهد. فریم‌ور میکروکنترلر شامل یک نقشه فونت برای اعداد (و احتمالاً یک "C" برای سلسیوس) است. از یک وقفه تایمر برای اجرای روال مالتی‌پلکسینگ نمایشگر استفاده می‌کند. در هر وقفه، تمام ردیف‌ها را خاموش می‌کند، ردیف بعدی (1 تا 8) را انتخاب می‌کند و الگوی آن ردیف را در چهار نمایشگر (در مجموع 20 خط ستون) از طریق مدار درایور تنظیم می‌کند. نرخ مالتی‌پلکسینگ روی 200 هرتز تنظیم شده است که چرخه کاری به ازای هر نقطه 1/8 و نرخ تازه‌سازی 25 هرتز به ازای هر نمایشگر را می‌دهد که بدون سوسو است. مقاومت‌های محدودکننده جریان برای جریان 15mA به ازای هر نقطه محاسبه شده‌اند تا قابلیت اطمینان بلندمدت در دمای محیط بالای فر را تضمین کنند و کاهش مناسب اعمال شده است.

10. معرفی تکنولوژی و روندها

10.1 تکنولوژی LED AlInGaP

AlInGaP یک سیستم ماده نیمه‌هادی است که عمدتاً برای LEDهای قرمز، نارنجی، زرد و سبز با روشنایی بالا استفاده می‌شود. این ماده روی یک زیرلایه GaAs رشد می‌کند و مزایای قابل توجهی نسبت به تکنولوژی‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP ارائه می‌دهد، از جمله بازده کوانتومی بالاتر، پایداری دمایی بهتر و طول عمر عملیاتی طولانی‌تر. اصطلاح "قرمز فوق‌قرمز" معمولاً به یک ترکیب خاص اشاره دارد که رنگ قرمز عمیقی در حدود 650-660 نانومتر تولید می‌کند که اغلب برای کاربردهایی که نیاز به دید بالا یا پاسخ طول موج خاص است، انتخاب می‌شود.

10.2 زمینه تکنولوژی نمایشگر

نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای LED مجزا مانند LTP-14058AKD نمایانگر بخشی بالغ و بسیار قابل اعتماد از تکنولوژی نمایشگر هستند. در حالی که تکنولوژی‌های جدیدتر مانند OLED یا TFT LCD وضوح بالاتر و قابلیت گرافیکی کامل را ارائه می‌دهند، ماتریس‌های نقطه‌ای LED همچنان مزایای قوی در محیط‌های شدید (محدوده دمایی گسترده، روشنایی بالا، عمر طولانی)، سادگی و مقرون‌به‌صرفه بودن برای وظایف اختصاصی مبتنی بر کاراکتر را حفظ می‌کنند. روند در این حوزه خاص به سمت یکپارچه‌سازی بالاتر (مانند نمایشگرهای با کنترلر داخلی و رابط‌های سریال) و پذیرش مواد LED حتی کارآمدتر است، اگرچه طراحی ماتریس مالتی‌پلکس شده اساسی بدون تغییر باقی مانده است.