دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-3861JF - ارتفاع رقم 0.3 اینچ (7.62 میلی‌متر) - رنگ زرد-نارنجی AlInGaP - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-3861JF یک ماژول نمایشگر LED تک رقمی 7 سگمنت به همراه نقطه اعشار سمت راست است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی عددی و کاراکترهای آلفانومریک محدود، واضح و با قابلیت دید بالا در دستگاه‌های الکترونیکی است. فناوری هسته‌ای از ماده نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) برای تراشه‌های LED استفاده می‌کند که به دلیل تولید نور با بازدهی بالا در ناحیه زرد-نارنجی طیف شناخته شده است. این دستگاه دارای صفحه‌ای خاکستری با سگمنت‌های سفید است که کنتراست و خوانایی را افزایش می‌دهد. این نمایشگر به صورت پیکربندی آند مشترک طراحی شده است که مدار درایو را در بسیاری از کاربردهای مبتنی بر میکروکنترلر ساده می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی این نمایشگر ناشی از ساختار و طراحی AlInGaP آن است. روشنایی بالا و کنتراست عالی ارائه می‌دهد و آن را برای کاربردهایی که دیدپذیری تحت شرایط نوری مختلف حیاتی است، مناسب می‌سازد. زاویه دید گسترده اطمینان می‌دهد که نمایشگر از موقعیت‌های خارج از محور نیز قابل خواندن باقی بماند. نیاز توان پایین و قابلیت اطمینان حالت جامد آن را برای استفاده بلندمدت در الکترونیک مصرفی و صنعتی ایده‌آل می‌سازد. بازارهای هدف اصلی شامل پنل‌های ابزار دقیق، تجهیزات فروشگاهی، لوازم خانگی، واحدهای کنترل صنعتی و دستگاه‌های ارتباطی است که در آن‌ها به یک نمایش عددی ساده و قابل اطمینان نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از مشخصات الکتریکی و نوری ذکر شده در دیتاشیت را ارائه می‌دهد.

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

شدت نوردهی دسته‌بندی شده است، با مقدار معمول 600 میکروکاندلا (ucd) در جریان پیشرو 1 میلی‌آمپر. این پارامتر با استفاده از یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE اندازه‌گیری می‌شود تا اطمینان حاصل شود که مقدار با درک انسانی از روشنایی همبستگی دارد. طول موج غالب 605 نانومتر (nm) است که خروجی را به طور قطعی در محدوده رنگ زرد-نارنجی قرار می‌دهد. پهنای نیمه خط طیفی 17 نانومتر است که نشان‌دهنده رنگی نسبتاً خالص و اشباع شده با حداقل گسترش طیفی است. نسبت تطابق شدت نوردهی بین سگمنت‌ها 2:1 مشخص شده است که ظاهری یکنواخت در سراسر رقم را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ولتاژ پیشرو به ازای هر تراشه LED به طور معمول 2.60 ولت در 20 میلی‌آمپر است. طراحان باید هنگام طراحی مدار محدودکننده جریان، محدوده ولتاژ پیشرو (2.05V تا 2.60V) را در نظر بگیرند تا روشنایی یکنواخت در بین دسته‌های تولیدی تضمین شود. جریان معکوس حداکثر 100 میکروآمپر در بایاس معکوس 5 ولت مشخص شده است. توجه به این نکته بسیار مهم است که این شرایط ولتاژ معکوس فقط برای اهداف آزمایشی است؛ دستگاه برای کار مداوم تحت بایاس معکوس طراحی نشده است. ریتینگ‌های حداکثر مطلق محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند: اتلاف توان 70 میلی‌وات به ازای هر سگمنت، جریان پیشرو پیک 90 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، پالس 0.1 میلی‌ثانیه)، و جریان پیشرو پیوسته 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد که به صورت خطی به میزان 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد بالاتر از آن دما کاهش می‌یابد.

2.3 ریتینگ‌های حرارتی و محیطی

این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد ریت شده است، با محدوده دمای ذخیره‌سازی یکسان. این محدوده گسترده، استقرار در محیط‌های مستعد تغییرات دمایی قابل توجه را پشتیبانی می‌کند. ریتینگ دمای لحیم‌کاری برای مونتاژ حیاتی است: دمای بدنه قطعه نباید در حین لحیم‌کاری از حداکثر ریتینگ آن تجاوز کند، با دستورالعمل 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه برای پایه‌ها در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن.

3. سیستم دسته‌بندی و طبقه‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه‌ها بر اساس شدت نوردهی دسته‌بندی می‌شوند. این بدان معناست که واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (معمولاً 1mA یا 20mA) آزمایش و در سطل‌های مختلف مرتب می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با روشنایی یکنواخت برای یک کاربرد خاص انتخاب کنند. در حالی که کدهای سطل خاص در این گزیده توضیح داده نشده است، مشخصه نسبت تطابق شدت 2:1 تضمین می‌کند که سگمنت‌های داخل یک دستگاه، روشنایی نسبتاً یکنواختی خواهند داشت. طراحان در صورت نیاز به یکنواختی دقیق روشنایی در بین چندین نمایشگر، باید برای اطلاعات دقیق دسته‌بندی با سازنده مشورت کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

منحنی‌های عملکرد معمول در دیتاشیت ارجاع داده شده‌اند. این نمودارها برای درک رفتار دستگاه فراتر از مشخصات تک نقطه‌ای در دمای 25 درجه سانتی‌گراد ضروری هستند. آن‌ها معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• منحنی IV (جریان در مقابل ولتاژ):رابطه بین ولتاژ پیشرو و جریان پیشرو را نشان می‌دهد. این منحنی غیرخطی است و برای طراحی مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت صحیح حیاتی است.
• شدت نوردهی در مقابل جریان پیشرو:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد. این به تعیین جریان درایو بهینه برای سطح روشنایی مورد نظر کمک می‌کند در حالی که اتلاف توان و طول عمر در نظر گرفته می‌شود.
• شدت نوردهی در مقابل دمای محیط:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این برای کاربردهایی که در دمای محیط بالا یا جریان درایو بالا کار می‌کنند حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک در 611 نانومتر و پهنای طیفی را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها به مهندسان اجازه می‌دهد تا عملکرد تحت شرایط واقعی و غیرایده‌آل را پیش‌بینی کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

نمایشگر دارای ارتفاع رقم 0.3 اینچ (7.62 میلی‌متر) است. نقشه ابعاد پکیج داده‌های مکانیکی حیاتی برای طراحی فوت‌پرینت PCB و نصب در محفظه را ارائه می‌دهد. تلرانس‌های کلیدی ذکر شده است: ±0.25 میلی‌متر برای اکثر ابعاد و تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر. قطر سوراخ PCB توصیه شده برای پایه‌ها 1.40 میلی‌متر است. دیتاشیت همچنین شامل یادداشت‌های کنترل کیفیت در مورد سطوح قابل قبول مواد خارجی، حباب در سگمنت، خمش رفلکتور و آلودگی جوهر سطح است.

5.1 پین‌اوت و دیاگرام مدار

دستگاه دارای پیکربندی 10 پایه تک ردیفی است. دیاگرام مدار داخلی یک طراحی آند مشترک را نشان می‌دهد، جایی که آندهای تمام LEDهای یک رقم مشخص به هم متصل شده‌اند. جدول اتصال پایه‌ها برای سیم‌کشی صحیح ضروری است:
پایه 1: آند مشترک
پایه 2: کاتد F (سگمنت)
پایه 3: کاتد G (سگمنت)
پایه 4: کاتد E (سگمنت)
پایه 5: کاتد D (سگمنت)
پایه 6: آند مشترک (به صورت داخلی به پایه 1 متصل است)
پایه 7: کاتد D.P. (نقطه اعشار)
پایه 8: کاتد C (سگمنت)
پایه 9: کاتد B (سگمنت)
پایه 10: کاتد A (سگمنت)
دو پایه آند (1 و 6) به توزیع جریان کمک می‌کنند و می‌توانند روی PCB به هم متصل شوند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 ریفلو و لحیم‌کاری دستی

برای فرآیندهای لحیم‌کاری خودکار، شرایط 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه مشخص شده است، که در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. برای لحیم‌کاری دستی، دمای هویه بالاتر 350 درجه سانتی‌گراد ±30 درجه سانتی‌گراد مجاز است، اما زمان تماس باید به حداکثر 5 ثانیه محدود شود. تجاوز از این پروفایل‌های زمان-دما می‌تواند به اپوکسی داخلی، تراشه‌های LED یا اتصالات سیمی آسیب برساند.

6.2 ذخیره‌سازی و جابجایی

اگرچه به صراحت در این گزینه توضیح داده نشده است، اما احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) برای دستگاه‌های LED اعمال می‌شود. آن‌ها باید در بسته‌بندی ضد استاتیک در یک محیط کنترل شده در محدوده دمای ذخیره‌سازی مشخص شده (35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) نگهداری شوند تا از جذب رطوبت و سایر تخریب‌ها جلوگیری شود.

7. یادداشت‌های کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

به عنوان یک نمایشگر آند مشترک، آندها معمولاً از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان به ولتاژ تغذیه مثبت (Vcc) متصل می‌شوند یا ترجیحاً توسط یک منبع جریان ثابت یا یک پایه میکروکنترلر پیکربندی شده به عنوان منبع جریان (در صورت داشتن قابلیت) درایو می‌شوند. پایه‌های کاتد برای روشن کردن یک سگمنت به زمین متصل می‌شوند (جریان سینک). این برعکس یک نمایشگر کاتد مشترک است. مالتی‌پلکس کردن چندین رقم یک تکنیک رایج برای صرفه‌جویی در پایه‌های I/O است، جایی که آندها به سرعت سوئیچ می‌شوند در حالی که الگوهای کاتد مربوطه ارائه می‌شوند.

7.2 هشدارهای طراحی حیاتی

بخش "هشدارها" چندین نکته حیاتی را برجسته می‌کند:
1. محدود کردن جریان اجباری است:LEDها دستگاه‌های جریان-محور هستند. همیشه یک مقاومت سری یا مدار جریان ثابت فعال برای جلوگیری از فرار حرارتی و تخریب مورد نیاز است.
2. تغییرات ولتاژ پیشرو را در نظر بگیرید:مدار باید طوری طراحی شود که جریان درایو مورد نظر را در کل محدوده VF (2.05V-2.60V) تأمین کند.
3. از بایاس معکوس اجتناب کنید:مدار درایو باید شامل محافظت (مانند یک دیود موازی) باشد تا از اسپایک‌های ولتاژ معکوس در حین چرخه روشن/خاموش شدن جلوگیری کند.
4. مدیریت حرارتی:جریان درایو برای دمای محیط بالا باید کاهش یابد. جریان اضافی یا دمای عملیاتی بالا منجر به تخریب سریع‌تر خروجی نور و خرابی زودرس می‌شود.
5. حوزه کاربرد:این دستگاه برای تجهیزات الکترونیکی استاندارد در نظر گرفته شده است. برای کاربردهای حیاتی از نظر ایمنی (هوانوردی، پزشکی و غیره)، مشاوره و تأیید صلاحیت خاص ضروری است.

8. قابلیت اطمینان و آزمایش

دستگاه تحت مجموعه جامعی از آزمایش‌های قابلیت اطمینان بر اساس استانداردهای نظامی (MIL-STD)، ژاپنی (JIS) و داخلی قرار می‌گیرد. این موارد شامل:
- آزمایش عمر عملیاتی (RTOL):1000 ساعت در حداکثر جریان ریت شده.
- آزمایش‌های تنش محیطی:ذخیره‌سازی دمای بالا/رطوبت بالا، ذخیره‌سازی دمای بالا/پایین، چرخه دمایی و شوک حرارتی.
- آزمایش‌های استحکام فرآیند:آزمایش‌های مقاومت در برابر لحیم‌کاری و قابلیت لحیم‌کاری.
این آزمایش‌ها توانایی دستگاه برای تحمل سختی‌های تولید، ذخیره‌سازی و عملیات بلندمدت را تأیید می‌کنند.

9. مقایسه و تمایز

تمایز اصلی LTS-3861JF در استفاده از فناوری AlInGaP برای انتشار نور زرد-نارنجی است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP، AlInGaP بازده نوردهی به مراتب بالاتر و پایداری دمایی بهتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر و یکنواخت‌تر می‌شود. طراحی صفحه خاکستری/سگمنت سفید در مقایسه با پکیج‌های کاملاً پخش شده، کنتراست برتری ارائه می‌دهد. اندازه رقم 0.3 اینچی آن، یک جایگاه خاص بین نمایشگرهای کوچک‌تر و کمتر قابل خواندن و نمایشگرهای بزرگ‌تر و پرتوان‌تر را هدف قرار داده است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین آند مشترک و کاتد مشترک چیست؟
ج: در یک نمایشگر آند مشترک، تمام آندهای LED به Vcc متصل شده‌اند و سگمنت‌ها با سینک کردن جریان (پایین آوردن کاتد) روشن می‌شوند. در کاتد مشترک، تمام کاتدها به زمین متصل شده‌اند و سگمنت‌ها با سورس کردن جریان (بالا بردن آند) روشن می‌شوند. مدار درایو باید با نوع نمایشگر مطابقت داشته باشد.

س: چگونه مقدار مقاومت محدودکننده جریان را محاسبه کنم؟
ج: از قانون اهم استفاده کنید: R = (V_supply - VF_LED) / I_desired. از حداکثر VF دیتاشیت (2.60V) استفاده کنید تا جریان کافی در انتهای پایین محدوده VF تضمین شود. برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان مورد نظر 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 اهم. همیشه ریتینگ توان مقاومت را بررسی کنید: P = I^2 * R.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر درایو کنم؟
ج: بستگی به قابلیت سورس/سینک جریان پایه MCU دارد. بسیاری از MCUها می‌توانند جریان بیشتری را سینک کنند تا سورس. برای یک نمایشگر آند مشترک (جریان سینک)، ممکن است بتوانید آن را مستقیماً درایو کنید اگر جریان سگمنت (مثلاً 10-20 میلی‌آمپر) در داخل مشخصه جریان سینک MCU به ازای هر پایه و محدوده کل پکیج باشد. اغلب از یک IC درایور (مانند شیفت رجیستر 74HC595 با درایور سینک TPIC6B595، یا یک درایور LED اختصاصی) برای مالتی‌پلکس کردن و تأمین جریان بالاتر استفاده می‌شود.

11. مثال کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک نمایشگر تایمر دیجیتال ساده.
از چهار رقم LTS-3861JF برای نمایش دقیقه و ثانیه (MM:SS) استفاده می‌شود. یک میکروکنترلر با پایه‌های I/O محدود انتخاب شده است.پیاده‌سازی:از مالتی‌پلکسینگ استفاده کنید. تمام کاتدهای سگمنت متناظر (A, B, C, D, E, F, G, DP) چهار رقم را به هم وصل کنید. این هشت خط به هشت پایه میکروکنترلر که به عنوان خروجی پیکربندی شده‌اند (برای سینک جریان) متصل می‌شوند. پایه آند مشترک هر رقم از طریق یک ترانزیستور NPN کوچک (مانند 2N3904) که می‌تواند جریان کل رقم را تحمل کند (تا 8 سگمنت * 20mA = 160mA) به یک پایه جداگانه میکروکنترلر متصل می‌شود. میکروکنترلر به سرعت بین روشن کردن یک ترانزیستور (فعال کردن یک رقم) در حالی که الگوی سگمنت آن رقم را روی خطوط کاتد خروجی می‌دهد، چرخه می‌زند. نرخ رفرش بیشتر از 100 هرتز از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری می‌کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان روی خطوط کاتد یا مسیرهای آند قرار می‌گیرند.

12. اصل فناوری

AlInGaP (فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم) یک نیمه‌هادی مرکب III-V است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. نسبت خاص Al، In، Ga و P در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند. برای نور زرد-نارنجی (~605nm)، از ترکیب خاصی استفاده می‌شود. AlInGaP بر روی زیرلایه GaAs رشد داده می‌شود. این ماده به دلیل بازده کوانتومی داخلی بالا و عملکرد خوب در دماهای بالا در مقایسه با سایر سیستم‌های مواد برای رنگ‌های قرمز-زرد شناخته شده است.

13. روندهای صنعت

روند در نمایشگرهای LED گسسته به سمت بازدهی بالاتر، گاموت رنگی گسترده‌تر و ادغام با فناوری نصب سطحی (SMT) است. در حالی که AlInGaP برای رنگ‌های کهربایی و قرمز با کارایی بالا همچنان غالب است، دستگاه‌های مبتنی بر AllnGaN در حال پیشروی بیشتر به سمت طیف سبز و زرد هستند. همچنین یک تغییر کلی صنعتی به سمت ماژول‌های LED با پیکسل ریزتر و دید مستقیم برای نمایشگرهای بزرگ وجود دارد که تقاضا برای ارقام سگمنت شده گسسته را در برخی کاربردها کاهش می‌دهد. با این حال، برای نمایش‌های عددی ساده، کم‌هزینه و بسیار قابل اطمینان در دستگاه‌های صنعتی و مصرفی، نمایشگرهای LED سگمنت شده مانند LTS-3861JF به دلیل سادگی، دوام و سهولت واسط، همچنان یک راه‌حل قوی و عملی باقی می‌مانند.