دیتاشیت نمایشگر LED هفت‌قطعه‌ای آبی LTC-5689TBZ - ارتفاع رقم 0.56 اینچ - ولتاژ پیشرو 3.6 ولت - چیپ آبی InGaN - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTC-5689TBZ یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی سه‌رقمی و هفت‌قطعه‌ای با عملکرد بالا است. این نمایشگر برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش اعداد واضح، روشن و با قابلیت دید عالی هستند. جزء اصلی این نمایشگر یک چیپ LED آبی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) است که بر روی بستر یاقوت کبود به روش اپیتاکسی رشد داده شده و نوردهی پایدار و کارآمدی را فراهم می‌کند. یک ویژگی کلیدی یکپارچه، یک دیود زنر برای هر قطعه است که در برابر اسپایک‌های ولتاژ معکوس محافظت می‌کند؛ عاملی حیاتی برای افزایش قابلیت اطمینان بلندمدت نمایشگر در محیط‌های دارای نویز الکتریکی.

نمایشگر دارای صفحه‌ای مشکی با قطعات سفید است که ظاهری با کنتراست بالا ایجاد کرده و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. این نمایشگر در دسته نوع آند مشترک طبقه‌بندی می‌شود که پیکربندی استانداردی برای مدارهای درایو مالتی‌پلکس است که معمولاً در سیستم‌های مبتنی بر میکروکنترلر استفاده می‌شود. دستگاه مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) است که تضمین می‌کند با مواد بدون سرب تولید شده است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی LTC-5689TBZ از طراحی اپتوالکترونیکی و ساختار مستحکم آن نشأت می‌گیرد. استفاده از فناوری InGaN، روشنایی بالا و رنگ آبی یکنواختی با طول موج غالب معمولاً حدود 470-475 نانومتر ارائه می‌دهد. قطعات پیوسته و یکنواخت، ظاهری حرفه‌ای و یکپارچه برای کاراکترها ایجاد می‌کنند که برای رابط‌های کاربری در لوازم الکترونیکی مصرفی، پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق و تجهیزات آزمایشگاهی حیاتی است.

نیاز توان پایین آن، آن را برای دستگاه‌های باتری‌خور یا حساس به مصرف انرژی مناسب می‌سازد. زاویه دید گسترده تضمین می‌کند که نمایشگر حتی هنگام مشاهده از کنار نیز خوانا باقی بماند که قابلیت استفاده آن در کاربردهای نصب‌شده روی پنل را گسترش می‌دهد. قابلیت اطمینال حالت جامد LEDها، در کنار محافظت اضافه دیود زنر، این نمایشگر را به انتخابی بادوام برای کاربردهایی تبدیل می‌کند که نیازمند عمر عملیاتی طولانی و پایداری هستند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

درک حداکثر مقادیر مطلق مجاز برای جلوگیری از خرابی دستگاه در حین طراحی و عملکرد مدار ضروری است. این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد.

• توان تلف شده در هر قطعه:70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که می‌تواند به صورت حرارت توسط یک قطعه روشن تحت عملکرد پیوسته به طور ایمن تلف شود.
• جریان پیشروی پیک در هر قطعه:100 میلی‌آمپر. این جریان تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. نباید برای محاسبه شرایط عملیاتی عادی استفاده شود.
• جریان پیشروی پیوسته در هر قطعه:20 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این حداکثر جریان توصیه‌شده برای عملکرد استاندارد است. یک ضریب کاهش خطی 0.21 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد اعمال می‌شود. به عنوان مثال، در دمای 50 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته تقریباً 20 میلی‌آمپر - (0.21 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد * 25 درجه سانتی‌گراد) = 14.75 میلی‌آمپر خواهد بود.
• محدوده دمای عملکرد و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه برای محدوده دمایی صنعتی درجه‌بندی شده است.
• شرایط لحیم‌کاری:دستگاه می‌تواند فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو را تحمل کند که در آن دمای لحیم در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمنگاه حداکثر 3 ثانیه 260 درجه سانتی‌گراد باشد.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (Ta=25°C)

این پارامترها تحت شرایط آزمایش خاصی اندازه‌گیری شده و نمایانگر عملکرد معمول دستگاه هستند.

• شدت نور متوسط (Iv):5400 - 9000 میکروکاندلا در جریان پیشرو (IF) برابر 10 میلی‌آمپر. این محدوده گسترده نشان می‌دهد که دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی یا بن شده است. طراحان هنگام هدف‌گیری برای روشنایی یکنواخت در بین چندین واحد یا نمایشگر باید این تغییرات را در نظر بگیرند.
• ولتاژ پیشرو در هر قطعه (VF):3.3 ولت (حداقل)، 3.6 ولت (معمول) در IF=20 میلی‌آمپر. این پارامتر برای طراحی مقدار مقاومت محدودکننده جریان حیاتی است. با استفاده از منبع تغذیه استاندارد 5 ولت، مقدار مقاومت به صورت R = (Vcc - VF) / IF = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70 اهم خواهد بود. اغلب برای قابلیت اطمینان و در نظر گرفتن تغییرات VF از مقداری کمی بالاتر (مثلاً 75-100 اهم) استفاده می‌شود.
• طول موج تابش پیک (λp):468 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن شدت نور تابیده شده در بالاترین حد است.
• طول موج غالب (λd):470 - 475 نانومتر (معمول). این طول موجی است که توسط چشم انسان درک شده و رنگ LED را تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):25 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای نور تک‌رنگ‌تر است.
• جریان معکوس در هر قطعه (IR):100 میکروآمپر (حداکثر) در ولتاژ معکوس (VR) برابر 5 ولت.نکته حیاتی:این شرایط آزمایش فقط برای تضمین کیفیت (تست IR) است. دستگاه برای عملکرد پیوسته تحت بایاس معکوس طراحی نشده است. دیود زنر یکپارچه برای محافظت در برابر گذراها در نظر گرفته شده، نه برای عملکرد حالت پایدار تحت ولتاژ معکوس.
• نسبت تطابق شدت نور:2:1 (حداکثر). این حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین قطعات در یک رقم یا در نواحی روشن مشابه را مشخص می‌کند و یکنواختی بصری را تضمین می‌نماید.

3. سیستم بنینگ و دسته‌بندی

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه \"برای شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این یک روش رایج در تولید LED برای گروه‌بندی محصولات بر اساس پارامترهای عملکردی اندازه‌گیری شده است.

• بنینگ شدت نور:محدوده Iv از 5400-9000 میکروکاندلا نشان‌دهنده چندین بن شدت نور است. برای کاربردهایی که نیازمند روشنایی یکنواخت هستند (مانند نمایشگرهای چندرقمی یا پنل‌های دارای چندین واحد)، مشخص کردن یک بن محدودتر یا تهیه از یک دسته تولیدی یکسان توصیه می‌شود.
• بنینگ طول موج/رنگ:اگرچه با کدهای صریح جزئیات داده نشده، محدوده معمول λd از 470-475 نانومتر دلالت بر امکان مرتب‌سازی رنگ دارد. طول موج غالب یکنواخت کلید ظاهر رنگ یکسان است.
• مرتب‌سازی ولتاژ پیشرو:محدوده VF (3.3V تا 3.6V) نیز ممکن است مشمول دسته‌بندی باشد که می‌تواند بر طراحی منبع تغذیه و مدیریت حرارتی در آرایه‌های بزرگ تأثیر بگذارد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در این بخش ارائه نشده‌اند، می‌توان منحنی‌های استاندارد LED را استنباط کرد که برای طراحی حیاتی هستند.

• جریان پیشرو در مقابل ولتاژ پیشرو (منحنی I-V):یک LED رابطه نمایی I-V را نشان می‌دهد. VF مشخص شده در 20 میلی‌آمپر یک نقطه روی این منحنی را می‌دهد. منحنی ولتاژ روشن شدن و چگونگی افزایش سریع جریان با ولتاژ بالاتر از این نقطه را نشان می‌دهد که ضرورت مکانیسم‌های محدودکننده جریان را برجسته می‌سازد.
• شدت نور در مقابل جریان پیشرو (منحنی L-I):خروجی نور عموماً با جریان پیشرو متناسب است، اما در جریان‌های بالا به دلیل اثرات حرارتی می‌تواند اشباع شود. عملکرد در یا زیر 20 میلی‌آمپر توصیه‌شده، خطی بودن و طول عمر را تضمین می‌کند.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:خروجی نور LED با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. کاهش جریان پیوسته (0.21 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد) مستقیماً با مدیریت این اثر حرارتی برای حفظ روشنایی و قابلیت اطمینان مرتبط است.
• توزیع طیفی:نمودار شدت نسبی نور تابیده شده در طول‌موج‌ها را نشان می‌دهد که حول 470-475 نانومتر با نیم‌عرض معمول 25 نانومتر متمرکز است.

5. اطلاعات مکانیکی، پکیج و پایه‌ها

5.1 ابعاد پکیج

نمایشگر دارای ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.2 میلی‌متر) است. تمام ابعاد مکانیکی بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر ارائه شده‌اند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. یک یادداشت خاص تلرانس جابجایی نوک پایه +0.4 میلی‌متر را ذکر می‌کند که برای طراحی جای پایه PCB جهت اطمینان از تراز صحیح و قابلیت لحیم‌کاری مهم است.

5.2 دیاگرام مدار داخلی و اتصال پایه‌ها

دیاگرام مدار داخلی معماری را نشان می‌دهد: هر قطعه (A-G, DP1-5) یک چیپ LED آبی InGaN مجزا است که به صورت سری با یک دیود زنر قرار دارد. تمام این جفت‌های LED-Zener یک اتصال آند مشترک برای هر رقم دارند. پایه‌ها به شرح زیر است:

• پایه‌های 1-7: به ترتیب کاتد قطعات A, B, C, D, E, F, G.
• پایه 8: کاتد مشترک برای سه نقطه اعشار سمت راست (DP1, DP2, DP3).
• پایه‌های 9, 10, 11: به ترتیب آند مشترک برای رقم 3، رقم 2 و رقم 1. این نقطه تغذیه برای هر رقم است.
• پایه 12: آند مشترک برای دو نقطه اعشار سمت چپ (DP4, DP5).
• پایه‌های 13, 14: به ترتیب کاتد برای DP5 و DP4.

این پیکربندی برای مالتی‌پلکس کردن ایده‌آل است. با درایو متوالی آندهای مشترک (پایه‌های 9,10,11,12) به سطح HIGH و سینک کردن جریان از طریق پایه‌های کاتد قطعه مناسب، می‌توان هر سه رقم و پنج نقطه اعشار را با تعداد نسبتاً کم پایه از یک میکروکنترلر کنترل کرد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری، مونتاژ و نگهداری

پایبندی به مشخصات لحیم‌کاری حیاتی است. دستگاه می‌تواند حداکثر دمای لحیم 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر زیر بدنه پکیج، تحمل کند. پروفایل‌های ریفلو استاندارد بدون سرب (IPC/JEDEC J-STD-020) عموماً قابل اعمال هستند. باید مراقب بود تا از اعمال تنش مکانیکی بر پایه‌ها در حین نصب جلوگیری شود و از گرمایش بیش از حد در حین لحیم‌کاری دستی پرهیز گردد. برای ذخیره‌سازی، محدوده توصیه‌شده 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک و بدون میعان است.

7. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

متداول‌ترین روش درایو، مالتی‌پلکس کردن است. یک میکروکنترلر از پایه‌های خروجی برای کنترل سوئیچ‌های ترانزیستوری (مانند PNP یا MOSFET کانال P) روی خطوط آند مشترک استفاده می‌کند و از پورت‌های I/O با قابلیت سینک یا درایورهای IC (مانند شیفت رجیستر 74HC595 با آرایه‌های دارلینگتون ULN2003) روی خطوط کاتد استفاده می‌نماید. یک مقاومت محدودکننده جریان برای هر خط کاتد (یا تعبیه شده در درایور) مورد نیاز است. فرکانس مالتی‌پلکس باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن جلوگیری شود (معمولاً >60 هرتز).

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های سری استفاده کنید. محاسبه بر اساس بدترین حالت (حداقل) VF انجام شود تا از جریان بیش از حد جلوگیری گردد.
• چرخه کاری مالتی‌پلکس:از آنجایی که هر رقم تنها برای کسری از زمان تغذیه می‌شود، جریان لحظه‌ای هر قطعه می‌تواند برای دستیابی به روشنایی مطلوب، بالاتر از میانگین باشد. به عنوان مثال، در مالتی‌پلکس 3 رقمی، چرخه کاری هر رقم ~1/3 است. برای دستیابی به جریان متوسط 10 میلی‌آمپر، جریان لحظه‌ای در طول زمان فعال آن می‌تواند روی 30 میلی‌آمپر تنظیم شود، مشروط بر اینکه از ریتینگ جریان پیک تجاوز نکند و توان تلفی متوسط در محدوده مجاز باشد.
• عملکرد دیود زنر:دیود زنر یکپارچه، هر گونه گذرای ولتاژ منفی روی قطعه را محدود کرده و از چیپ LED حساس محافظت می‌کند. در حین عملکرد پیشروی عادی، ولتاژ را تنظیم نمی‌کند.
• زاویه دید و نصب:اطمینان حاصل کنید که نمایشگر به صورت مربع روی PCB نصب شده و برش پنل به درستی تراز شده باشد تا مزیت زاویه دید گسترده به حداکثر برسد.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای استاندارد بدون دیود محافظ، LTC-5689TBZ مقاومت به‌مراتب بهبودیافته‌ای در برابر استرس الکتریکی ناشی از بک-EMF، سوئیچینگ القایی یا خطاهای سیم‌کشی ارائه می‌دهد. در مقایسه با نمایشگرهایی که از فناوری قدیمی GaP یا GaAsP استفاده می‌کنند، چیپ آبی InGaN روشنایی بالاتر و رنگ آبی زنده‌تر و اشباع‌شده‌تری ارائه می‌دهد. ارتفاع رقم 0.56 اینچی آن را در دسته‌ای قرار می‌دهد که برای مشاهده در فاصله متوسط مناسب است، بزرگتر از نمایشگرهای مینیاتوری SMD اما کوچکتر از پنل مترهای بزرگ.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک سیستم میکروکنترلر 3.3 ولتی درایو کنم؟

پاسخ: احتمالاً، اما با احتیاط. VF معمول 3.6 ولت است که از 3.3 ولت بالاتر است. ممکن است نور بسیار کم یا بدون نور داشته باشید. برای تغذیه LED، یک مدار بوست یا یک درایور IC که از ولتاژ بالاتری (مانند 5 ولت) تغذیه می‌شود مورد نیاز خواهد بود، در حالی که سیگنال‌های کنترل می‌توانند در سطح منطقی 3.3 ولت باقی بمانند.

سوال: چرا یک مشخصه جریان معکوس (IR) وجود دارد اگر نباید ولتاژ معکوس اعمال کنم؟

پاسخ: تست IR یک بررسی کیفیت ساخت است تا اطمینان حاصل شود دیود زنر و اتصال LED سالم هستند. این یک راهنمای عملیاتی نیست. بایاس معکوس پیوسته می‌تواند دستگاه را تخریب کند.

سوال: چگونه نقاط اعشار را به طور مستقل کنترل کنم؟

پاسخ: پنج نقطه اعشار به دو گروه تقسیم شده‌اند: DP1/DP2/DP3 (کاتد مشترک روی پایه 8) و DP4/DP5 (کاتدهای مجزا روی پایه‌های 14 و 13، آند مشترک روی پایه 12). آن‌ها باید بر این اساس در توالی مالتی‌پلکس درایو شوند.

10. مثال کاربردی عملی

مورد: طراحی یک نمایشگر ساده ولت‌متر سه‌رقمی.یک میکروکنترلر با ADC یک ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کند. فریم‌ور مقدار خوانده شده را به سه رقم تبدیل می‌کند. با استفاده از یک روال مالتی‌پلکس، ابتدا آند رقم 1 (پایه 11) را فعال می‌کند، سپس پایه‌های کاتد (1-7، 8 برای DP) را به الگوی زمین برای مقدار رقم اول تنظیم می‌کند، مدت کوتاهی منتظر می‌ماند، سپس رقم 1 را غیرفعال کرده و رقم 2 (پایه 10) را فعال می‌کند و به همین ترتیب ادامه می‌دهد. نقطه اعشار (مثلاً DP2) با فعال کردن گروه آند مشترک آن (پایه 12 برای DP4/DP5، یا گنجانده شده در چرخه رقم برای DP1/2/3) و پایین کشیدن کاتد خاص آن در طول دوره فعال رقم صحیح، روشن می‌شود. مقاومت‌های محدودکننده جریان 100 اهمی روی هر خط کاتد، یک نقطه عملیاتی ایمن از یک منبع تغذیه 5 ولتی فراهم می‌کنند.

11. اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی فراتر از آستانه روشن شدن دیود (تقریباً 3.3-3.6 ولت برای این LED InGaN) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب ماده خاص (InGaN) انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که با طول موج آبی نور تابیده شده مطابقت دارد. دیود زنر یکپارچه هنگامی که یک ولتاژ معکوس از ولتاژ شکست آن فراتر رود، به شدت هدایت می‌کند و در نتیجه جریان معکوس مضر را از اتصال LED منحرف کرده و از آسیب دیدن آن محافظت می‌نماید.

12. روندهای فناوری

LEDهای مبتنی بر InGaN نمایانگر یک فناوری بالغ و بسیار کارآمد برای تابش آبی و سبز هستند. روندهای فناوری نمایشگر شامل حرکت به سمت چگالی پیکسل بالاتر (قطعات کوچکتر یا ماتریس نقطه‌ای)، درایورها و کنترلرهای یکپارچه در داخل پکیج نمایشگر و پذیرش پکیج‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار است. در حالی که نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای مجزا برای کاربردهای خاص حیاتی باقی می‌مانند، نقش آن‌ها به طور فزاینده‌ای توسط ماژول‌های OLED و TFT LCD که انعطاف‌پذیری بیشتری برای گرافیک و خروجی چندرنگ ارائه می‌دهند، تکمیل می‌شود. یکپارچه‌سازی اجزای محافظ مانند دیودهای زنر، همانطور که در LTC-5689TBZ مشاهده می‌شود، نشان‌دهنده تمرکز صنعت بر بهبود استحکام و قابلیت اطمینان در کاربردهای حساس به هزینه است.