دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTP-3862JF - ارتفاع رقم 0.3 اینچ - رنگ زرد نارنجی AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-3862JF یک ماژول نمایشگر نورگسیل دیودی (LED) الفبایی-عددی دو رقمی با 17 سگمنت است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی عددی و محدود حروف الفبا با وضوح و دید بالا در دستگاه‌های الکترونیکی است. فناوری هسته آن بر پایه ماده نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) است که به طور خاص برای گسیل نور در طیف طول موج زرد-نارنجی طراحی شده است. این دستگاه در دسته نمایشگرهای مالتی‌پلکس با آند مشترک طبقه‌بندی می‌شود، به این معنی که آندهای هر رقم به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند تا مدار درایو هنگام استفاده از تکنیک‌های مالتی‌پلکس تقسیم زمانی ساده‌تر شود.

نمایشگر دارای صفحه‌ای مشکی با خطوط دور سگمنت‌های سفید است که با به حداقل رساندن نور محیط منعکس شده از نواحی غیر روشن، به طور قابل توجهی کنتراست و خوانایی را افزایش می‌دهد. ارتفاع رقم 0.3 اینچی (7.62 میلی‌متر) تعادلی بین اندازه کافی بزرگ برای مشاهده واضح از فاصله متوسط و به اندازه کافی فشرده برای ادغام در پنل‌ها و ابزارهای با محدودیت فضا برقرار می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط آزمایش استاندارد در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. پارامتر کلیدی، شدت نور متوسط (I_V)، با حداقل 320 میکروکاندلا، مقدار معمول 800 میکروکاندلا و بدون حداکثر مشخص شده، هنگامی که با جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود، مشخص شده است. این نشان‌دهنده خروجی روشنی است که برای محیط‌های داخلی و بسیاری از محیط‌های با نور مناسب است. نسبت تطابق شدت نور بین سگمنت‌ها حداکثر 2:1 مشخص شده است که یکنواختی روشنایی در سراسر نمایشگر برای ظاهری یکنواخت را تضمین می‌کند.

ویژگی‌های طیفی در ناحیه زرد-نارنجی متمرکز شده است. طول موج اوج گسیل (λ_p) معمولاً 611 نانومتر است، در حالی که طول موج غالب (λ_d) معمولاً 605 نانومتر است، که در I_F=20mA اندازه‌گیری شده است. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) معمولاً 17 نانومتر است که پهنای باند باریک نور گسیل شده را توصیف می‌کند. این مشخصه فناوری AlInGaP است و به رنگ اشباع شده و خالص کمک می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی و حرارتی

مقادیر حداکثر مطلق محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. جریان مستقیم پیوسته برای هر سگمنت 25 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است، با ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس بالای 25 درجه سلسیوس. این کاهش برای مدیریت حرارتی بسیار مهم است، زیرا تجاوز از حداکثر دمای اتصال می‌تواند عملکرد و طول عمر را کاهش دهد. جریان مستقیم اوج برای هر سگمنت، برای عملکرد پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه)، بالاتر و معادل 60 میلی‌آمپر است که اجازه می‌دهد برای مدت کوتاهی اوردرایو شود تا روشنایی اوج بالاتری در کاربردهای مالتی‌پلکس حاصل شود.

اتلاف توان برای هر سگمنت به 70 میلی‌وات محدود شده است. ولتاژ مستقیم برای هر سگمنت (V_F) در I_F=20mA از 2.0 ولت (حداقل) تا 2.6 ولت (حداکثر) متغیر است. طراحان باید این افت ولتاژ را هنگام محاسبه مقادیر مقاومت محدودکننده جریان سری در نظر بگیرند. درجه‌بندی ولتاژ معکوس 5 ولت است که نیاز به طراحی مدار مناسب برای جلوگیری از بایاس معکوس تصادفی را برجسته می‌کند. جریان معکوس (I_R) حداکثر 100 میکروآمپر در V_R=5V مشخص شده است.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه مطابق با طرح استاندارد بسته‌بندی نمایشگر LED دو رقمی 17 سگمنت است. نقشه ابعادی ارائه شده، طرح فیزیکی دقیق را مشخص می‌کند، شامل طول، عرض و ارتفاع کلی، و همچنین فاصله و قطر دقیق 20 پایه. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر ارائه شده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. آرایش پایه‌ها در یک ردیف در امتداد لبه پایینی بسته‌بندی قرار دارد. صفحه نشیمن و هندسه پیشنهادی پد لحیم کاری نیز معمولاً نشان داده می‌شود تا طرح PCB را برای اتصال مکانیکی و لحیم کاری قابل اعتماد راهنمایی کند.

3.1 اتصال پایه و مدار داخلی

نمایشگر 20 پایه دارد. نمودار مدار داخلی پیکربندی مالتی‌پلکس با آند مشترک را نشان می‌دهد. پایه 4 آند مشترک برای رقم 1 و پایه 10 آند مشترک برای رقم 2 است. تمام پایه‌های دیگر (1-3, 5-9, 11-13, 15-20) به کاتدهای سگمنت‌های خاصی متصل هستند (با برچسب A تا U، DP و سایر موارد مطابق با قرارداد نام‌گذاری سگمنت). پایه 14 به عنوان \"بدون اتصال\" (N/C) ذکر شده است. این آرایش پایه برای طراحی مدار درایور صحیح ضروری است، که باید به طور متوالی آند مشترک هر رقم را تغذیه کند در حالی که جریان را از طریق پایه‌های کاتد سگمنت مناسب به زمین می‌کشاند تا کاراکتر مورد نظر شکل گیرد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

منحنی‌های عملکرد معمولی به صورت گرافیکی رابطه بین پارامترهای کلیدی تحت شرایط مختلف را نشان می‌دهند. در حالی که منحنی‌های خاصی ارجاع داده شده‌اند، به طور کلی شامل موارد زیر هستند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):این منحنی غیرخطی نشان می‌دهد که چگونه V_Fبا افزایش I_Fافزایش می‌یابد. این برای تعیین نقطه کار و مقدار مقاومت محدودکننده جریان مورد نیاز برای دستیابی به سطح روشنایی مطلوب بدون تجاوز از حداکثر درجه جریان بسیار مهم است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:این منحنی خروجی نور نسبی را به عنوان تابعی از جریان درایو نشان می‌دهد. معمولاً زیرخطی است، به این معنی که بازده (لومن بر وات) ممکن است در جریان‌های بسیار بالا کاهش یابد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:این منحنی کاهش خروجی نور را با افزایش دمای اتصال نشان می‌دهد. برای LEDهای AlInGaP، شدت نور معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد، که باید در طراحی‌ها برای محیط‌های با دمای بالا در نظر گرفته شود.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که اوج مشخصه نزدیک 611 نانومتر و پهنای نیمه باریک را نشان می‌دهد.

5. دستورالعمل‌های لحیم کاری و مونتاژ

دیتاشیت پارامترهای حیاتی لحیم کاری را برای جلوگیری از آسیب حرارتی به تراشه‌های LED و بسته‌بندی اپوکسی مشخص می‌کند. حداکثر دمای مجاز لحیم کاری 260 درجه سلسیوس تعریف شده است که در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن قطعه اندازه‌گیری می‌شود. زمان قرارگیری در این دما نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. این پارامترها با پروفایل‌های معمولی لحیم کاری ریفلو مادون قرمز یا همرفتی همسو هستند. پیروی از این دستورالعمل‌ها برای جلوگیری از به خطر افتادن اتصالات سیمی داخلی، تخریب ماده اپوکسی یا ایجاد تنش حرارتی که می‌تواند منجر به خرابی زودرس شود، ضروری است. شرایط نگهداری مناسب نیز معمولاً به معنای محیط خشک و ضد استاتیک برای جلوگیری از جذب رطوبت و آسیب تخلیه الکترواستاتیک است.

6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای کاربردهایی که نیاز به نمایشگرهای عددی فشرده و کم‌مصرف دارند، بسیار مناسب است. کاربردهای رایج شامل موارد زیر است:

• تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری (مولتی‌مترها، فرکانس‌شمارها).
• الکترونیک مصرفی (تقویت‌کننده‌های صوتی، رادیو ساعت‌دارها، نمایشگرهای لوازم خانگی).
• پنل‌های کنترل صنعتی (نشانگرهای فرآیند، نمایشگرهای تایمر).
• دستگاه‌های جانبی خودرو (مانیتورهای ولتاژ، گیج‌های ساده).

رنگ زرد-نارنجی در مقایسه با برخی رنگ‌های دیگر، دید عالی و فشار کمتری بر چشم در شرایط نوری مختلف ارائه می‌دهد.

6.2 ملاحظات طراحی و مدار درایو

طراحی با LTP-3862JF نیاز به توجه به چندین حوزه کلیدی دارد:

1. محدود کردن جریان:مقاومت‌های خارجی برای هر کاتد سگمنت یا آند رقم (بسته به توپولوژی درایور) برای تنظیم جریان کاری اجباری هستند. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F- V_{اشباع_درایور}) / I_F. برای طراحی محافظه‌کارانه از حداکثر V_Fاز دیتاشیت استفاده کنید.
2. درایورهای مالتی‌پلکس:برای کنترل 34 سگمنت (17 در هر رقم x 2) با تنها 20 پایه، از یک طرح درایو مالتی‌پلکس استفاده می‌شود. این نیاز به یک میکروکنترلر یا IC درایور نمایشگر اختصاصی دارد که قادر به تامین/کشیدن جریان کافی و ارائه زمان‌بندی مالتی‌پلکس صحیح باشد. درایور باید بین فعال کردن رقم 1 و رقم 2 در فرکانسی به اندازه کافی بالا چرخه کند تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود (معمولاً >60 هرتز).
3. مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که اتلاف توان متوسط هر سگمنت، به ویژه هنگامی که با جریان‌های بالاتر یا در دمای محیط بالا راه‌اندازی می‌شود، از درجه 70 میلی‌وات تجاوز نکند. ممکن است مساحت کافی مس PCB یا تهویه لازم باشد.
4. زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است، اما موقعیت نصب روی پنل جلویی باید در نظر گرفته شود تا مخروط دید بهینه با خط دید معمولی کاربر هم‌راستا شود.

7. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های اصلی LTP-3862JF از سیستم ماده AlInGaP و طراحی بسته‌بندی خاص آن ناشی می‌شود.

• در مقابل LEDهای سنتی GaAsP یا GaP:فناوری AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتر و پایداری دمایی بهتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر و یکنواخت‌تر می‌شود. رنگ زرد-نارنجی از AlInGaP در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر نیز اشباع‌شده‌تر و خالص‌تر است.
• در مقابل LEDهای قرمز استاندارد:گسیل زرد-نارنجی وضوح دید و خوانایی برتری در بسیاری از محیط‌ها ارائه می‌دهد و ممکن است برای برخی نیازهای زیبایی‌شناختی یا عملکردی ترجیح داده شود.
• در مقابل نمایشگرهای بزرگ‌تر یا کوچک‌تر:ارتفاع رقم 0.3 اینچی آن را بین نمایشگرهای کوچک‌تر و متراکم‌تر و نمایشگرهای بزرگ‌تر با دید برد بلند قرار می‌دهد. این یک اندازه رایج برای ابزارهای رومیزی و قابل حمل است.
• در مقابل پیکربندی‌های کاتد مشترک:پیکربندی آند مشترک اغلب هنگام اتصال به پورت‌های میکروکنترلر پیکربندی شده به عنوان چاه جریان (درایورهای فعال-کم) ترجیح داده می‌شود، که یک تنظیم رایج است.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت و بدون مالتی‌پلکس راه‌اندازی کنم؟

ج: بله، اما از نظر استفاده از پایه‌ها ناکارآمد است. شما باید تمام کاتدهای سگمنت برای هر دو رقم را به طور مستقل وصل کنید که به خطوط I/O بسیار بیشتری نیاز دارد. مالتی‌پلکس روش استاندارد و توصیه شده است.

س: هدف از مشخصه \"نسبت تطابق شدت نور\" چیست؟

ج: تضمین می‌کند که تفاوت روشنایی بین کمنورترین و پرنورترین سگمنت روی یک نمایشگر از نسبت 2:1 تجاوز نکند. این یکنواختی دید را تضمین می‌کند و از این که برخی سگمنت‌ها به طور محسوسی تاریک‌تر از دیگران به نظر برسند جلوگیری می‌کند.

س: جریان مستقیم اوج 60mA است، اما پیوسته فقط 25mA است. آیا می‌توانم از 60mA به طور پیوسته استفاده کنم؟

ج: قطعاً خیر. درجه 60mA برای پالس‌های بسیار کوتاه (0.1ms) در چرخه وظیفه کم (10%) است. تجاوز از درجه جریان پیوسته باعث گرمای بیش از حد می‌شود که منجر به تخریب سریع نور و احتمال خرابی فاجعه‌بار می‌شود.

س: چگونه مقاومت محدودکننده جریان مورد نیاز را برای یک طراحی مالتی‌پلکس محاسبه کنم؟

ج: در یک طراحی مالتی‌پلکس با چرخه وظیفه 1/2 (برای دو رقم)، برای دستیابی به جریان متوسط موثر I_{F_avg}، شما معمولاً جریان اوج را در بازه زمانی فعال روی 2 * I_{F_avg}تنظیم می‌کنید. سپس مقاومت را با استفاده از جریان اوج و ولتاژ منبع محاسبه کنید. به عنوان مثال، برای هدف متوسط 10mA در هر سگمنت، از اوج 20mA در محاسبه استفاده کنید: R = (V_CC- V_F) / 0.020A.

9. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک نمایشگر ساده ولت‌متر دو رقمی.

یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) یک ولتاژ (0-99V مقیاس شده به 0-5V) را اندازه می‌گیرد. فریم‌ور مقدار دیجیتال را به دو رقم اعشاری تبدیل می‌کند. با استفاده از یک روال مالتی‌پلکس، میکروکنترلر:

1. آند مشترک برای رقم 1 را فعال می‌کند (پایه را High می‌کند یا از طریق ترانزیستور به V_CCمتصل می‌کند).
2. الگوی مناسب را روی خطوط کاتد سگمنت تنظیم می‌کند (جریان را به زمین می‌کشاند) تا رقم \"دهگان\" را نمایش دهد.
3. این حالت را برای مدت کوتاهی نگه می‌دارد (مثلاً 5ms).
4. رقم 1 را غیرفعال و آند مشترک برای رقم 2 را فعال می‌کند.
5. الگوی سگمنت را برای رقم \"یکان\" (و به طور اختیاری نقطه اعشار، پایه 5) تنظیم می‌کند.
6. برای 5ms نگه می‌دارد، سپس چرخه را تکرار می‌کند. دوره کل 10ms منجر به نرخ نوسازی 100 هرتز می‌شود که سوسو زدن را حذف می‌کند.

مقاومت‌های محدودکننده جریان به صورت سری با هر خط کاتد سگمنت قرار می‌گیرند. منبع تغذیه باید تنظیم‌شده باشد تا روشنایی یکنواخت تضمین شود.

10. معرفی اصل عملکرد

LTP-3862JF بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. ماده فعال AlInGaP است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی اتصال (تقریباً 2.0-2.6V) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به داخل اتصال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. انرژی گاف نواری خاص آلیاژ AlInGaP طول موج (رنگ) نور گسیل شده را تعیین می‌کند که در این مورد در محدوده زرد-نارنجی (605-611 نانومتر) است. هر سگمنت از نمایشگر شامل یک یا چند عدد از این تراشه‌های LED ریز است. صفحه مشکی نور پراکنده را جذب می‌کند، در حالی که خطوط دور سفید سگمنت‌ها به پخش یکنواخت نور گسیل شده در سراسر ناحیه سگمنت کمک می‌کنند.

11. روندها و زمینه فناوری

در حالی که فناوری‌های نمایشگر جدیدتر مانند LEDهای آلی (OLED) و LCDهای ماتریس نقطه‌ای با وضوح بالا در الکترونیک مصرفی رایج هستند، نمایشگرهای سگمنت گسسته LED مانند LTP-3862JF در حوزه‌های خاص صنعتی، خودرو و ابزار دقیق همچنان بسیار مرتبط هستند. مزایای آن‌ها شامل قابلیت اطمینان فوق‌العاده، محدوده دمای کاری گسترده، روشنایی بالا، هزینه کم برای نمایشگرهای عددی ساده و سهولت در واسط است. روند در این بخش به سمت مواد با بازده بالاتر (مانند AlInGaP بهبود یافته و InGaN برای رنگ‌های دیگر)، ولتاژهای کاری پایین‌تر و احتمالاً مدار درایو مجتمع در داخل بسته است. با این حال، اصول طراحی اساسی و مالتی‌پلکس پایدار و به طور گسترده درک شده باقی می‌ماند که طول عمر چنین قطعاتی در کتابخانه‌های طراحی مهندسی را تضمین می‌کند.