مشخصات فنی نمایشگر LED مدل LTC-5836JG - ارتفاع رقم 0.52 اینچ - رنگ سبز AlInGaP - ولتاژ آستانه 2.6 ولت

1. مرور کلی محصول

LTC-5836JG یک ماژول نمایشگر LED هفت قسمتی با عملکرد بالا و سه رقمی است. این محصول برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به نمایش اعداد واضح و روشن دارند. فناوری هسته آن از ماده نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) استفاده می‌کند که بر روی بستر آرسنید گالیم (GaAs) رشد یافته و برای تابش نور سبز مهندسی شده است. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و خلوص رنگ عالی شناخته می‌شود. ارتفاع رقم این دستگاه 0.52 اینچ (13.2 میلی‌متر) است که دید خوبی فراهم می‌کند. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با بخش‌های سفید است که کنتراست را افزایش داده و خوانایی کاراکترها را در شرایط نوری مختلف بهبود می‌بخشد. این نمایشگر از پیکربندی آند مشترک استفاده می‌کند که یک طراحی استاندارد برای ساده‌سازی مدار درایور در نمایشگرهای چند رقمی است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این نمایشگر شامل شدت نور بالا، ظاهر عالی کاراکترها با روشنایی یکنواخت بخش‌ها و زاویه دید گسترده است که خوانایی از موقعیت‌های مختلف را تضمین می‌کند. ساختار حالت جامد آن در مقایسه با سایر فناوری‌های نمایشگر، قابلیت اطمینان بالا و عمر عملیاتی طولانی‌تری ارائه می‌دهد. نیاز به توان پایین، آن را برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. این محصول معمولاً برای ابزار دقیق صنعتی، الکترونیک مصرفی (مانند ساعت، تایمر و لوازم خانگی)، تجهیزات تست و اندازه‌گیری و هر کاربرد دیگری که نیاز به نمایشگر عددی قابل اعتماد، روشن و آسان برای خواندن دارد، هدف‌گیری شده است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

ویژگی‌های الکتریکی و نوری، مرزهای عملیاتی و عملکرد نمایشگر LED را تعریف می‌کنند. درک این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و یکپارچه‌سازی سیستم بسیار مهم است.

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

پارامتر نوری کلیدی، شدت نور متوسط هر بخش است. تحت جریان تست استاندارد 10 میلی‌آمپر، مقدار معمول 577 میکروکاندلا (µcd) است، با حداقل مقدار مشخص شده 200 µcd. این سطح روشنایی بالا، دید خوبی را تضمین می‌کند. طول موج اوج تابش (λp) معمولاً 571 نانومتر (nm) است که آن را به طور قطع در ناحیه سبز طیف مرئی قرار می‌دهد. عرض نیمه خط طیفی (Δλ) 15 نانومتر است که نشان‌دهنده تابش رنگ نسبتاً باریک و خالص است. طول موج غالب (λd) 572 نانومتر است. تطابق شدت نور بین بخش‌ها با حداکثر نسبت 2:1 مشخص شده است که هدف آن اطمینان از روشنایی یکنواخت در تمام بخش‌های یک رقم برای ظاهری یکسان است.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ولتاژ آستانه (VF) هر بخش، یک پارامتر حیاتی برای طراحی درایور است. در جریان مستقیم (IF) 20 میلی‌آمپر، VF معمول 2.6 ولت است، با حداکثر 2.6 ولت و حداقل 2.1 ولت. این محدوده ولتاژ هنگام انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان یا طراحی درایورهای جریان ثابت باید در نظر گرفته شود. جریان معکوس (IR) هر بخش بسیار کم است، با حداکثر 100 میکروآمپر (µA) در ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت که نشان‌دهنده ویژگی‌های دیودی خوب است.

2.3 حداکثر مقادیر مطلق و ملاحظات حرارتی

این مقادیر، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. حداکثر اتلاف توان پیوسته هر بخش 70 میلی‌وات است. حداکثر جریان مستقیم پیک هر بخش 60 میلی‌آمپر است، اما این فقط تحت شرایط پالسی (فرکانس 1 کیلوهرتز، چرخه وظیفه 10%) برای مدیریت تولید حرارت مجاز است. جریان مستقیم پیوسته هر بخش از 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد با نرخ 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. این منحنی کاهش برای طراحی سیستم‌های قابل اعتماد که در دمای محیط بالا کار می‌کنند ضروری است. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی از 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد مشخص شده است که آن را برای طیف گسترده‌ای از محیط‌ها مناسب می‌سازد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است. این به معنای فرآیند بینینگ است که در آن واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در جریان تست استاندارد (احتمالاً 10 میلی‌آمپر) مرتب می‌شوند. دسته‌ها با مقادیر حداقل و حداکثر شدت نور تعریف می‌شوند. طراحان باید آگاه باشند که سفارش این قطعه ممکن است نمایشگرهایی از یک دسته شدت نور خاص به همراه داشته باشد که بر یکنواختی کلی روشنایی نمایشگر تأثیر می‌گذارد، به ویژه اگر چندین نمایشگر در یک محصول استفاده شود. دیتاشیت دسته‌های جداگانه‌ای برای طول موج یا ولتاژ آستانه مشخص نکرده است که نشان‌دهنده کنترل سخت‌تر یا تغییرات کمتر در این پارامترها برای این خط محصول است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، منحنی‌های مشخصه معمول برای چنین دستگاهی برای طراحی ضروری خواهند بود. این منحنی‌ها معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• منحنی جریان-ولتاژ (IV):رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد که برای تعیین نقطه کار و طراحی مدار درایور بسیار مهم است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان، معمولاً به صورت زیرخطی افزایش می‌یابد و به بهینه‌سازی تعادل بین روشنایی و مصرف توان/گرما کمک می‌کند.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد که برای کاربردها در محیط‌های با دمای بالا بسیار مهم است.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت نسبی نور تابشی را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد و مقادیر طول موج اوج و غالب را تأیید می‌کند.

مهندسان باید برای پیش‌بینی عملکرد تحت شرایط عملیاتی غیراستاندارد، این منحنی‌ها را بررسی کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

دستگاه در یک پکیج استاندارد نمایشگر LED عرضه می‌شود. ابعاد پکیج بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر ارائه شده است. نمودار اتصال پایه‌ها برای چیدمان PCB حیاتی است. LTC-5836JG دارای 30 پایه است. نمودار مدار داخلی، پیکربندی آند مشترک را برای هر یک از سه رقم نشان می‌دهد، با کاتدهای جداگانه برای هر بخش (A-G) و نقطه اعشار (D.P.). جدول پایه‌ها به دقت هر پایه را به عملکرد آن نگاشت می‌کند (به عنوان مثال، پایه 3 آند مشترک برای رقم 1 است، پایه 16 کاتد B برای رقم 3 است). تفسیر صحیح این جدول برای جلوگیری از خطاهای سیم‌کشی در طراحی PCB اجباری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت یک شرایط لحیم‌کاری واحد را مشخص می‌کند: دستگاه می‌تواند در دمای هویه 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه قرار گیرد، در حالی که نوک هویه حداقل 1/16 اینچ (تقریباً 1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن پکیج قرار دارد. این یک دستورالعمل برای لحیم‌کاری دستی یا تعمیر است. برای مونتاژ مدرن، پروفایل‌های لحیم‌کاری موجی یا ریفلو رایج‌تر هستند. اگرچه در اینجا مشخص نشده است، یک پروفایل ریفلو بدون سرب معمولی با دمای اوج حدود 245-260 درجه سانتی‌گراد احتمالاً قابل اعمال است، اما جرم حرارتی پکیج باید در نظر گرفته شود. همیشه توصیه می‌شود که یک فرآیند صلاحیت‌سنجی انجام شود. محدوده دمای ذخیره‌سازی 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد است و دستگاه‌ها در صورت استفاده برای لحیم‌کاری ریفلو باید در بسته‌بندی حساس به رطوبت نگهداری شوند تا از آسیب \"پاپ کورن\" جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه LTC-5836JG است. پسوند \"JG\" احتمالاً نشان‌دهنده رنگ سبز و نوع خاص پکیج یا عملکرد است. دیتاشیت جزئیات بسته‌بندی فله (مانند لوله، سینی یا قرقره) یا تعداد در هر بسته را شرح نمی‌دهد. برای تولید، این اطلاعات باید از تأمین‌کننده یا توزیع‌کننده به دست آید. برچسب روی بسته‌بندی معمولاً شامل شماره قطعه، کد دسته و احتمالاً اطلاعات دسته شدت نور خواهد بود.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای هر دستگاهی که نیاز به نمایش عددی واضح و چند رقمی دارد ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل مولتی‌متر دیجیتال، فرکانس‌شمار، نشانگرهای کنترل فرآیند، ترازو، دستگاه‌های پزشکی، نمایشگرهای داشبورد خودرو (برای اطلاعات غیرحیاتی)، تایمرهای صنعتی و لوازم خانگی مصرفی مانند فر یا مایکروویو است.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایور:از یک درایور جریان ثابت یا مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر کاتد بخش استفاده کنید. آند مشترک هر رقم باید سوئیچ شود (به عنوان مثال توسط یک ترانزیستور) تا مالتی‌پلکسینگ فعال شود که تعداد پایه‌های I/O مورد نیاز از میکروکنترلر را کاهش می‌دهد.
• محاسبه جریان:بر اساس روشنایی مورد نظر و منحنی IV، مقدار مقاومت سری مناسب را با استفاده از فرمول محاسبه کنید: R = (Vcc - VF) / IF، که در آن Vcc ولتاژ تغذیه، VF ولتاژ آستانه (برای حاشیه طراحی از 2.6 ولت استفاده کنید) و IF جریان مستقیم مورد نظر است (از 25 میلی‌آمپر پیوسته تجاوز نکند).
• مالتی‌پلکسینگ:هنگام مالتی‌پلکس کردن چندین رقم، اطمینان حاصل کنید که نرخ تازه‌سازی به اندازه کافی بالا است (معمولاً >60 هرتز) تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود. جریان پیک هر بخش در زمان روشن بودن مالتی‌پلکس شده نباید از حداکثر مقادیر مطلق تجاوز کند.
• مدیریت حرارت:اگر در نزدیکی حداکثر جریان یا در دمای محیط بالا کار می‌کنید، اطمینان از تهویه مناسب ضروری است. منحنی کاهش جریان مستقیم را در نظر بگیرید.
• محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD):LEDها به تخلیه الکترواستاتیک حساس هستند. در طول مونتاژ، روش‌های صحیح مدیریت ESD را پیاده‌سازی کنید.

9. مقایسه فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز فسفید آرسنید گالیم (GaAsP)، فناوری AlInGaP در LTC-5836JG بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به نمایشگرهای روشن‌تر برای جریان یکسان یا روشنایی مشابه در توان پایین‌تر می‌شود. رنگ سبز اغلب برای مشاهده طولانی‌مدت راحت‌تر از رنگ قرمز درک می‌شود. در مقایسه با نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای یا گرافیکی OLED، این نمایشگر هفت قسمتی ساده‌تر، مقرون‌به‌صرفه‌تر برای کاربردهای فقط عددی است و معمولاً روشنایی بالاتر و عمر طولانی‌تری ارائه می‌دهد، اگرچه فاقد قابلیت حروف-اعداد یا گرافیکی است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف از پیکربندی \"آند مشترک\" چیست؟

پ: در یک نمایشگر آند مشترک، تمام آندهای LEDهای یک رقم به یک پایه واحد متصل شده‌اند. این اجازه می‌دهد تا میکروکنترلر با تأمین ولتاژ (از طریق یک سوئیچ) به این آند مشترک، کنترل کند کدام رقم فعال است، در حالی که کاتدهای بخش‌های جداگانه برای روشن یا خاموش کردن بخش‌های خاص کنترل می‌شوند. این امر تعداد پایه‌های مورد نیاز میکروکنترلر را به شدت کاهش می‌دهد.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

پ: بله، اما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر بخش استفاده کنید. به عنوان مثال، برای دستیابی به جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر با VF برابر 2.6 ولت و Vcc برابر 5 ولت، مقدار مقاومت خواهد بود: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 اهم. یک مقاومت استاندارد 120Ω مناسب خواهد بود.

س: عبارت \"دسته‌بندی شده بر اساس شدت نور\" برای طراحی من چه معنایی دارد؟

پ: به این معنی است که نمایشگرها بر اساس روشنایی آن‌ها آزمایش و در گروه‌هایی (دسته‌ها) مرتب می‌شوند. اگر یکنواختی مطلق روشنایی در تمام واحدهای محصول شما حیاتی است، باید دستگاه‌هایی از همان دسته شدت نور را از تأمین‌کننده خود مشخص و خریداری کنید.

س: چگونه سه رقم را مالتی‌پلکس کنم؟

پ: شما باید تمام کاتدهای بخش متناظر را به هم وصل کنید (به عنوان مثال، تمام کاتدهای بخش \"A\" از رقم 1، 2 و 3 را از طریق یک درایور به یک پایه میکروکنترلر). سپس شما به ترتیب آند مشترک رقم 1، سپس رقم 2، سپس رقم 3 را فعال می‌کنید (برق می‌دهید)، در حالی که الگوی بخش صحیح را برای هر رقم خروجی می‌دهید. این چرخه به سرعت تکرار می‌شود.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک تایمر دیجیتال با میکروکنترلر.یک طراح در حال ساخت یک تایمر شمارش معکوس است. آن‌ها از LTC-5836JG برای نمایش دقیقه و ثانیه (MM:SS) استفاده می‌کنند. آن‌ها 7 خط بخش (A-G) و خطوط نقطه/دو نقطه را از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان (محاسبه شده برای 15 میلی‌آمپر در هر بخش برای تعادل بین روشنایی و توان) به پایه‌های خروجی یک میکروکنترلر وصل می‌کنند. سه پایه آند مشترک (یکی برای هر رقم دقیقه و دو تا برای ثانیه) از طریق ترانزیستورهای NPN که به عنوان سوئیچ سمت پایین عمل می‌کنند، به میکروکنترلر متصل می‌شوند. فریم‌ور میکروکنترلر یک وقفه تایمر را در 1 کیلوهرتز اجرا می‌کند. در روال سرویس وقفه، تمام ترانزیستورهای رقم را خاموش می‌کند، الگوی بخش را برای رقم بعدی که باید نمایش داده شود به‌روزرسانی می‌کند، ترانزیستور رقم مربوطه را روشن می‌کند و سپس به رقم بعدی می‌رود. این طرح مالتی‌پلکسینگ تنها از 7+3=10 پایه I/O میکروکنترلر برای کنترل یک نمایشگر 3 رقمی استفاده می‌کند که نشان‌دهنده استفاده کارآمد از منابع است.

12. معرفی اصل فناوری

LTC-5836JG بر اساس فناوری نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) است. این یک نیمه‌هادی مرکب III-V با گاف نواری مستقیم است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص Al، In، Ga و P در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور تابشی مطابقت دارد. برای تابش سبز، گاف نواری برای حدوداً 2.2 تا 2.3 الکترون ولت (eV) مهندسی شده است. استفاده از بستر GaAs یک قالب کریستالی مناسب برای رشد لایه‌های اپیتاکسیال AlInGaP فراهم می‌کند. صفحه خاکستری و بخش‌های سفید بخشی از پکیج پلاستیکی هستند که به عنوان پخش‌کننده و لنز عمل کرده و خروجی نور از تراشه‌های LED ریز را به بخش‌های یکنواخت و قابل تشخیص شکل می‌دهد.

13. روندهای توسعه فناوری

روند در فناوری نمایشگر LED به سمت بازدهی بالاتر، یکپارچه‌سازی بیشتر و اشکال متنوع‌تر است. در حالی که نمایشگرهای هفت قسمتی مجزا مانند LTC-5836JG برای کاربردهای فقط عددی و حساس به هزینه همچنان مرتبط هستند، چندین روند قابل توجه است. اولاً، حرکت به سمت مواد حتی کارآمدتر مانند نیترید گالیم (GaN) برای آبی/سبز/سفید و ادامه پالایش AlInGaP برای قرمز/نارنجی/زرد/سبز. ثانیاً، یکپارچه‌سازی درایورهای IC مستقیماً در ماژول نمایشگر (\"نمایشگرهای هوشمند\") برای ساده‌سازی طراحی سیستم. ثالثاً، رشد پکیج‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) نسبت به انواع سوراخ‌دار برای مونتاژ خودکار. در نهایت، فشار رقابتی از فناوری‌های جایگزین مانند LEDهای آلی (OLED) و نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) که قابلیت گرافیکی کامل را در پکیج‌های نازک ارائه می‌دهند، اگرچه اغلب در نقاط قیمت، روشنایی و عمر متفاوت هستند. نمایشگر هفت قسمتی AlInGaP جایگاهی پایدار دارد که در آن سادگی، استحکام، روشنایی بالا و هزینه کم مزایای تعیین‌کننده‌ای هستند.