دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTC-2728JS - ارتفاع رقم 0.28 اینچ - زرد AlInGaP - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - اتلاف توان 40 میلی‌وات - مستندات فنی فارسی

1. مرور محصول

LTC-2728JS یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی چهاررقمی و هفت‌قطعه‌ای است که برای کاربردهای نیازمند خوانش واضح و روشن اعداد طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری داده‌های عددی از طریق قطعات قابل آدرس‌دهی جداگانه است. این دستگاه با استفاده از فناوری نیمه‌هادی پیشرفته فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) برای المان‌های نورافشان ساخته شده که بر روی یک زیرلایه غیرشفاف آرسنید گالیم (GaAs) نصب شده‌اند. این ترکیب منجر به انتشار نور زرد مشخصه می‌شود. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری قطعات سفید است که کنتراست و خوانایی را در شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد.

مزایای اصلی این نمایشگر شامل ظاهر عالی کاراکتر، حاصل از قطعات پیوسته و یکنواخت، و روشنایی بالا با کنتراست قوی است. این نمایشگر با نیازهای توان پایین کار می‌کند و آن را برای دستگاه‌های باتری‌خور یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. علاوه بر این، زاویه دید گسترده‌ای ارائه می‌دهد و از قابلیت اطمینان حالت جامد ذاتی فناوری LED بهره می‌برد که عمر عملیاتی طولانی و مقاومت در برابر ضربه و لرزش را تضمین می‌کند.

بازار هدف این قطعه شامل پنل‌های کنترل صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، الکترونیک مصرفی (مانند ساعت یا لوازم خانگی)، داشبورد خودرو (برای نمایشگرهای کمکی) و هر سیستم نهفته‌ای است که نیازمند یک راه‌حل نمایش عددی قوی، خوانا و کارآمد باشد.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و نوری

پارامترهای نوری کلیدی عملکرد بصری نمایشگر را تعریف می‌کنند. شدت نور متوسط (Iv)با مقدار معمول 600 میکروکاندلا در جریان پیشرو (IF) برابر با 1mA و حداقل 200 میکروکاندلا مشخص شده است. این پارامتر روشنایی درک‌شده خروجی نور را که توسط چشم انسان دیده می‌شود اندازه‌گیری می‌کند و با استفاده از یک فیلتر که منحنی پاسخ فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند کالیبره شده است. طول موج اوج انتشار (λp)588 نانومتر است و طول موج غالب (λd)587 نانومتر است که هر دو در IF=20mA اندازه‌گیری شده‌اند. این مقادیر، انتشار نور را به طور قطعی در ناحیه زرد طیف مرئی قرار می‌دهند. نیمه‌عرض خط طیفی (Δλ)15 نانومتر است که نشان‌دهنده رنگ زرد نسبتاً خالص و تک‌فام است. نسبت تطبیق شدت نوربین قطعات حداکثر 2:1 مشخص شده است که یکنواختی روشنایی در تمام قطعات یک رقم را برای ظاهری یکنواخت تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی، راه‌اندازی ایمن و مؤثر LEDها را کنترل می‌کنند. ولتاژ پیشرو به ازای هر قطعه (VF)دارای مقدار معمول 2.6 ولت در IF=20mA و حداکثر 2.6 ولت است. این افت ولتاژ در یک قطعه روشن است. جریان معکوس به ازای هر قطعه (IR)حداکثر 10 میکروآمپر است هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال می‌شود که نشان‌دهنده جریان نشتی در حالت خاموش است. جریان پیشرو پیوسته به ازای هر قطعهدر دمای 25 درجه سانتی‌گراد حداکثر 25 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است، با ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد. این بدان معناست که حداکثر جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط بالای 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود. برای کار پالسی، جریان پیشرو اوج به ازای هر قطعه60 میلی‌آمپر تحت شرایط خاص (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است. اتلاف توان به ازای هر قطعهبه 40 میلی‌وات محدود شده است.

2.3 درجه‌بندی‌های حرارتی و حداکثر مطلق

این درجه‌بندی‌ها محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازیاز 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است. این محدوده گسترده، نمایشگر را برای محیط‌های خشن مناسب می‌سازد. حداکثر ولتاژ معکوس به ازای هر قطعه5 ولت است؛ تجاوز از این مقدار می‌تواند پیوند LED را از بین ببرد. یک مشخصه حیاتی در هنگام کار، دمای لحیم‌کاریاست: دستگاه می‌تواند حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد را تا 3 ثانیه تحمل کند، که در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشستن پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این برای راهنمایی فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو بسیار مهم است.

3. توضیح سیستم باینینگ

بر اساس دیتاشیت ارائه شده، کدهای باینینگ صریح برای طول موج (یا دمای رنگ)، شار نوری، یا ولتاژ پیشرو به تفصیل ذکر نشده است. مشخصات، مقادیر حداقل، معمول و حداکثر را برای پارامترهای کلیدی مانند شدت نور (200-600 میکروکاندلا) و ولتاژ پیشرو (2.05-2.6 ولت) ارائه می‌دهد. در زمینه تولید، سازندگان اغلب LEDها را در باین‌های عملکردی تنگ‌تر درون این محدوده‌ها گروه‌بندی می‌کنند تا یکنواختی درون یک دسته یا برای نیازهای خاص مشتری را تضمین کنند. طراحان در صورتی که تطبیق رنگ دقیق یا یکنواختی شدت فراتر از مشخصات منتشر شده حداقل/حداکثر برای کاربرد حیاتی است، باید برای گزینه‌های باینینگ موجود با سازنده مشورت کنند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن بازتولید نشده‌اند، منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر می‌شود:جریان پیشرو (IF) در مقابل ولتاژ پیشرو (VF): این منحنی رابطه نمایی را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.شدت نور (Iv) در مقابل جریان پیشرو (IF): این نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، معمولاً در یک ناحیه تقریباً خطی قبل از اینکه بازده در جریان‌های بسیار بالا کاهش یابد.شدت نور (Iv) در مقابل دمای محیط (Ta): این منحنی ضریب دمایی منفی LEDها را نشان می‌دهد، جایی که خروجی نور با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد.توزیع توان طیفی: نموداری که شدت نسبی نور منتشر شده در طول‌موج‌ها را نشان می‌دهد، حول 588 نانومتر با نیمه‌عرض مشخص شده 15 نانومتر متمرکز شده است. درک این روابط برای بهینه‌سازی شرایط راه‌اندازی برای روشنایی، بازده و طول عمر ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

ارتفاع رقم نمایشگر 0.28 اینچ (7.0 میلی‌متر) است. ابعاد پکیج در یک نقشه دقیق با تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. تلرانس‌ها معمولاً ±0.25 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. دستگاه یک پکیج دو ردیفه 16 پایه (DIP) است. نمودار مدار داخلی یک پیکربندی کاتد مشترک مالتی‌پلکس را نشان می‌دهد. این بدان معناست که کاتدهای LEDهای هر رقم به هم متصل شده‌اند (چهار پایه کاتد مشترک: رقم 1، 2، 3 و 4)، در حالی که آندهای هر نوع قطعه (A تا G، به علاوه DP) در تمام ارقام به هم متصل شده‌اند. این ساختار امکان مالتی‌پلکسینگ را فراهم می‌کند، جایی که ارقام یکی پس از دیگری به سرعت روشن می‌شوند تا ادراک روشن بودن مداوم همه ارقام را ایجاد کنند و به طور قابل توجهی تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را کاهش می‌دهند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل کلیدی ارائه شده، مقاومت حرارتی لحیم‌کاری است: قطعه می‌تواند دمای اوج 260 درجه سانتی‌گراد را حداکثر به مدت 3 ثانیه تحمل کند، که در فاصله 1.6 میلی‌متر زیر بدنه پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این یک درجه‌بندی استاندارد برای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است. برای پروفایل‌های ریفلو، یک پروفایل استاندارد بدون سرب با دمای اوج حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد قابل اعمال است. اقدامات احتیاطی شامل اجتناب از تنش مکانیکی روی پایه‌ها در هنگام نصب، اطمینان از تراز مناسب قبل از لحیم‌کاری و جلوگیری از پل‌زدن لحیم اضافی بین پایه‌ها است. دستگاه باید تا زمان استفاده در کیسه رطوبت‌گیر اصلی خود، در محدوده دمای ذخیره‌سازی مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد و در محیطی با رطوبت کم نگهداری شود تا از جذب رطوبت جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه LTC-2728JS است. توضیحات مرتبط با این شماره قطعه "زرد AlInGaP، کاتد مشترک مالتی‌پلکس، اعشار دست راست" است. این نشان‌دهنده ماده LED، پیکربندی الکتریکی و موقعیت نقطه اعشار است. جزئیات بسته‌بندی خاص مانند تعداد در تیوب، تعداد در تری یا مشخصات ریل در متن ارائه شده گنجانده نشده است. برچسب معمولاً شامل شماره قطعه، کد دسته و کد تاریخ است. برای سفارش، شماره قطعه پایه LTC-2728JS استفاده می‌شود.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای هر کاربرد نیازمند خوانش عددی واضح و چندرقمی ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: پنل مترهای دیجیتال برای ولتاژ، جریان یا فرکانس؛ تایمرها و ساعت‌ها؛ شمارنده‌های خط تولید؛ خوانش‌های دستگاه‌های پزشکی (مانند فشارسنج‌ها)؛ نمایشگرهای لوازم خانگی (اجاق‌ها، مایکروویو، ماشین‌های لباسشویی)؛ و گیج‌های جانبی خودرو می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

مدار درایور:به دلیل طراحی مالتی‌پلکس کاتد مشترک آن، تقریباً همیشه به یک IC درایور نمایشگر اختصاصی (مانند MAX7219 یا یک میکروکنترلر با نرم‌افزار مالتی‌پلکسینگ) نیاز است. هر رقم با کشیدن جریان از طریق پایه کاتد مشترک خود روشن می‌شود در حالی که جریان به پایه‌های آند قطعه مناسب تزریق می‌شود.محدودکننده جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر خط آند قطعه (یا احتمالاً برای هر کاتد مشترک، بسته به معماری درایور) اجباری هستند تا جریان پیشرو را روی یک مقدار ایمن تنظیم کنند، معمولاً بین 5 تا 20 میلی‌آمپر بسته به روشنایی مورد نظر و بودجه توان. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از R = (Vcc - VF) / IF محاسبه کرد.نرخ تازه‌سازی:در مالتی‌پلکسینگ، نرخ تازه‌سازی هر رقم باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود، معمولاً بالای 60 هرتز برای هر رقم (بنابراین نرخ چرخه کل >240 هرتز برای 4 رقم).زاویه دید:زاویه دید گسترده امکان موقعیت‌های نصب انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند.ترتیب توان:اطمینان حاصل کنید که مدار درایور در هنگام روشن یا خاموش شدن دستگاه، ولتاژ معکوس یا جریان بیش از حد اعمال نمی‌کند.

9. مقایسه فنی

در مقایسه با سایر فناوری‌های هفت‌قطعه‌ای، LEDهای زرد AlInGaP مزایای متمایزی ارائه می‌دهند. در مقابل LEDهای قرمز سنتی GaAsP یا GaP، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان درایو می‌شود. همچنین پایداری دمایی بهتر و عمر طولانی‌تری ارائه می‌دهد. در مقایسه با LEDهای آبی یا سفید با فیلتر، زرد AlInGaP یک رنگ انتشار مستقیم است که از تلفات بازده مرتبط با تبدیل فسفر اجتناب می‌کند. ارتفاع رقم 0.28 اینچ یک اندازه رایج است که تعادل خوبی بین خوانایی و مصرف فضای برد ارائه می‌دهد، بزرگتر از نمایشگرهای 0.2 اینچی برای مشاهده آسان‌تر و کوچکتر از نمایشگرهای 0.5 اینچی برای فشردگی است. طراحی کاتد مشترک مالتی‌پلکس برای نمایشگرهای چندرقمی استاندارد است و تعداد پایه‌ها را در مقایسه با یک طراحی غیرمالتی‌پلکس (درایو استاتیک) که به خطوط I/O بسیار بیشتری نیاز دارد، به حداقل می‌رساند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: منظور از "اعشار دست راست" در توضیحات چیست؟

ج: این موقعیت فیزیکی قطعه نقطه اعشار را مشخص می‌کند. "دست راست" به این معنی است که نقطه اعشار در سمت راست رقم قرار دارد. برخی نمایشگرها نقاط اعشار دست چپ یا مرکزی ارائه می‌دهند.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک منبع ولتاژ ثابت بدون یک مقاومت سری محدودکننده جریان احتمالاً اجازه می‌دهد جریان بیش از حد جاری شود و قطعه LED را از بین ببرد. همیشه از یک طرح محدودکننده جریان استفاده کنید.

س: "چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه" برای جریان پیشرو اوج به چه معناست؟

ج: این درجه‌بندی اجازه می‌دهد یک جریان لحظه‌ای بالاتر (60 میلی‌آمپر) تنها در صورتی که پالس بسیار کوتاه باشد (0.1 میلی‌ثانیه) و LED برای مدت بسیار طولانی‌تری خاموش باشد (که چرخه وظیفه 10% می‌دهد). این به شما امکان می‌دهد یک انفجار کوتاه از روشنایی بالاتر برای مالتی‌پلکسینگ یا افکت‌های استروب بدون گرم شدن بیش از حد تراشه به دست آورید. برای روشنایی حالت پایدار، باید از درجه‌بندی جریان پیشرو پیوسته (حداکثر 25 میلی‌آمپر) استفاده کنید.

س: پایه‌های 4، 9، 10 و 12 به عنوان "بدون پایه" فهرست شده‌اند. این به چه معناست؟

ج: اینها پایه‌هایی هستند که از نظر فیزیکی وجود ندارند. پکیج دارای جای پایه 16 پایه است، اما تنها 12 پایه واقعاً وجود دارد و از نظر الکتریکی متصل است. این یک روش رایج برای استانداردسازی اندازه پکیج در حالی است که پیکربندی‌های مدار داخلی مختلف را در خود جای می‌دهد.

س: چگونه کل مصرف توان را محاسبه کنم؟

ج: برای یک نمایشگر مالتی‌پلکس، توان به سادگی مجموع تمام قطعات نیست. در یک طرح مالتی‌پلکسینگ معمولی، تنها یک رقم در هر لحظه روشن است. بنابراین، توان لحظه‌ای تقریباً برابر با توان برای یک رقم کاملاً روشن است (مثلاً 8 قطعه * IF به ازای هر قطعه * VF). توان متوسط این مقدار تقسیم بر تعداد ارقام است (برای زمان‌های روشن بودن برابر).

11. مورد کاربردی عملی

مورد: طراحی خوانش ولت‌متر 4 رقمی.یک طراح در حال ساخت یک ولت‌متر دیجیتال برای نمایش 0.00 ولت تا 19.99 ولت است. او LTC-2728JS را به دلیل روشنایی و خوانایی آن انتخاب می‌کند. او از یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای اندازه‌گیری ولتاژ استفاده می‌کند. فریم‌ور میکروکنترلر تبدیل قرائت ADC به فرمت BCD (کد اعشاری باینری) را مدیریت می‌کند. چهار پایه I/O به عنوان خروجی‌های درین باز پیکربندی شده‌اند تا پایه‌های کاتد مشترک (ارقام 1-4) را راه‌اندازی کنند. هفت پایه I/O دیگر (به علاوه یکی برای نقطه اعشار) به عنوان خروجی‌های push-pull پیکربندی شده‌اند تا آندهای قطعه (A-G, DP) را از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه 100 اهمی (محاسبه شده برای Vcc=5V, VF~2.6V, IF~20mA) راه‌اندازی کنند. فریم‌ور یک وقفه تایمر پیاده‌سازی می‌کند که چهار رقم را با نرخ 1 کیلوهرتز (250 هرتز برای هر رقم) چرخه می‌کند. در روال وقفه، تمام ارقام را خاموش می‌کند، الگوی قطعه برای رقم بعدی را خروجی می‌دهد و سپس کاتد آن رقم را روشن می‌کند. این یک نمایش پایدار و بدون سوسو ایجاد می‌کند که ولتاژ اندازه‌گیری شده را نشان می‌دهد.

12. معرفی اصل عملکرد

اصل عملکرد بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی است. ساختار کریستالی AlInGaP (فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم) یک نیمه‌هادی با گاف نواری مستقیم است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. انرژی آزاد شده در طول این بازترکیب به صورت فوتون (نور) منتشر می‌شود. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور منتشر شده مطابقت دارد - در این مورد، زرد (~587-588 نانومتر). زیرلایه غیرشفاف GaAs هر نوری را که به سمت پایین منتشر می‌شود جذب می‌کند و با جلوگیری از بازتاب داخلی که می‌تواند باعث ظاهر "محو" شود، کنتراست را بهبود می‌بخشد. فرمت هفت‌قطعه‌ای یک الگوی استاندارد است که در آن هفت LED میله‌ای شکل کنترل شونده جداگانه (قطعات) می‌توانند در ترکیبات مختلف روشن شوند تا اعداد 0-9 و برخی حروف را تشکیل دهند.

13. روندهای توسعه

روند در نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای و نشانگرهای LED گسسته مشابه به سمت بازده بالاتر، مصرف توان کمتر و قابلیت اطمینان بهبودیافته ادامه دارد. در حالی که فناوری اساسی AlInGaP بالغ است، پالایش‌های فرآیندی منجر به بازده کوانتومی داخلی بهتر و استخراج نور بهتر می‌شود. یکپارچگی فزاینده‌ای از الکترونیک درایور وجود دارد که به سمت نمایشگرهای "هوشمند" با کنترلرهای داخلی، رابط‌های I2C یا SPI و حتی سنسورهای نور محیط برای تنظیم خودکار روشنایی حرکت می‌کند و بار طراحی روی میکروکنترلر سیستم را کاهش می‌دهد. از نظر فرم فاکتور، فشار مداومی برای پکیج‌های نازک‌تر و گام پیکسل کوچک‌تر برای نمایش اطلاعات با چگالی بالاتر وجود دارد. با این حال، برای خوانش‌های صنعتی استاندارد، پکیج DIP سوراخ‌دار کلاسیک، همانطور که توسط LTC-2728JS استفاده می‌شود، به دلیل استحکام، سهولت لحیم‌کاری دستی برای نمونه‌سازی اولیه و قابلیت اطمینان اثبات شده در محیط‌های سخت، همچنان محبوب باقی مانده است.