دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTD-4708JG - ارتفاع رقم 0.4 اینچ - سبز AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTD-4708JG یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی دو رقمی و هفت قسمتی است که برای کاربردهای نیازمند نمایش اعداد واضح و روشن طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری دو رقم (0-9) با استفاده از بخش‌های LED قابل آدرس‌دهی مجزا است. فناوری هسته از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که بر روی بستر غیرشفاف GaAs رشد یافته و به دلیل تولید نور سبز با بازدهی بالا شناخته می‌شود. این دستگاه دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری سفید بخش‌ها است که کنتراست و خوانایی را در شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد.

نمایشگر در دسته کاتد مشترک طبقه‌بندی می‌شود، به این معنی که کاتدهای LEDهای هر رقم به صورت داخلی به یکدیگر متصل شده‌اند. این پیکربندی مالتی‌پلکسینگ در مدارهای درایور را ساده می‌کند و امکان کنترل چندین رقم را با تعداد کاهش‌یافته پایه‌های I/O میکروکنترلر فراهم می‌نماید. مزایای کلیدی آن شامل ظاهر عالی کاراکتر به دلیل بخش‌های یکنواخت و پیوسته، روشنایی و کنتراست بالا، زاویه دید گسترده برای قابلیت مشاهده از موقعیت‌های مختلف و قابلیت اطمینان ذاتی حالت جامد فناوری LED است. بسته‌بندی مطابق با دستورالعمل‌های RoHS و بدون سرب می‌باشد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. در جریان آزمایش استاندارد 1 میلی‌آمپر برای هر بخش، شدت نور متوسط از حداقل 320 میکروکاندلا تا مقدار معمول 850 میکروکاندلا متغیر است. این پارامتر روشنایی درک شده را تعریف می‌کند. طول موج غالب (λd) در 572 نانومتر مشخص شده است که تابش را به طور قطع در ناحیه سبز طیف مرئی قرار می‌دهد. طول موج تابش اوج (λp) 571 نانومتر است، با پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 15 نانومتر که نشان‌دهنده رنگ سبز نسبتاً خالص و اشباع شده است. تطابق شدت نور بین بخش‌ها در یک ناحیه نوری مشابه، در نسبت 2:1 تضمین می‌شود که یکنواختی روشنایی در سراسر کاراکتر نمایش داده شده را تضمین می‌کند. تداخل نوری (Cross-talk)، یعنی روشنایی ناخواسته بخش‌های انتخاب نشده، حداکثر 2.5٪ مشخص شده است.

2.2 مشخصات الکتریکی

پارامترهای الکتریکی مرزهای عملیاتی و شرایط کار دستگاه را تعریف می‌کنند. ولتاژ مستقیم (VF) هر بخش به طور معمول 2.6 ولت و حداکثر 2.6 ولت در جریان مستقیم (IF) 1 میلی‌آمپر است. این مقدار برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است. حداکثر مقادیر مطلق محدودیت‌های سخت را تعیین می‌کنند: جریان مستقیم پیوسته هر بخش 25 میلی‌آمپر است که به صورت خطی با نرخ 0.28 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. یک جریان مستقیم اوج 60 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است. حداکثر ولتاژ معکوس هر بخش 5 ولت است که فقط برای آزمایش جریان معکوس (IR، حداکثر 100 میکروآمپر در VR=5V) در نظر گرفته شده و برای کار مداوم نیست. حداکثر اتلاف توان هر بخش 70 میلی‌وات است.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

ارتفاع رقم نمایشگر 0.4 اینچ (10.0 میلی‌متر) است. ابعاد بسته‌بندی در یک نقشه دقیق ارائه شده است. نکات مکانیکی کلیدی شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس عمومی ±0.25 میلی‌متر؛ تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر؛ قطر سوراخ PCB توصیه شده 1.0 میلی‌متر است. مشخصات ظاهری نیز تعریف شده‌اند که مواد خارجی روی بخش‌ها را به ≤10 میل، آلودگی جوهر سطحی را به ≤20 میل، خمیدگی را به ≤1/100 و حباب‌های داخل بخش‌ها را به ≤10 میل محدود می‌کنند.

4. پیکربندی پایه‌ها و مدار داخلی

دستگاه دارای پیکربندی 10 پایه است. نمودار مدار داخلی دو گره کاتد مشترک را نشان می‌دهد، یکی برای هر رقم (رقم 1 و رقم 2). آندهای بخش‌های A تا G و نقطه اعشار (D.P.) به پایه‌های مجزا آورده شده‌اند. تخصیص پایه خاص به شرح زیر است: 1 (آند C)، 2 (آند D.P.)، 3 (آند E)، 4 (کاتد مشترک رقم 2)، 5 (آند D)، 6 (آند F)، 7 (آند G)، 8 (آند B)، 9 (کاتد مشترک رقم 1)، 10 (آند A). این چیدمان برای طراحی مدار درایور خارجی ضروری است.

5. حداکثر مقادیر مطلق و شرایط کاری

رعایت دقیق این مقادیر برای جلوگیری از آسیب دائمی ضروری است. دستگاه می‌تواند در محدوده دمای محیط 35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد کار کند و در همان محدوده قابل نگهداری است. برای لحیم‌کاری در حین مونتاژ، شرایط 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن مشخص شده است. باید از تجاوز از حداکثر درجه حرارت مجاز در حین مونتاژ اجتناب کرد.

6. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولی ارجاع می‌دهد. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، چنین منحنی‌هایی معمولاً رابطه بین جریان مستقیم (IF) و شدت نور (IV) را نشان می‌دهند و نشان می‌دهند که روشنایی چگونه با جریان تا حداکثر مقدار مجاز افزایش می‌یابد. همچنین ممکن است ولتاژ مستقیم (VF) در مقابل جریان و تغییرات شدت نور با دمای محیط را نشان دهند. این منحنی‌ها برای طراحان حیاتی هستند تا جریان درایو را برای روشنایی مطلوب بهینه‌سازی کنند و در عین حال بازدهی و طول عمر را حفظ کنند و همچنین کاهش عملکرد در دماهای بالا را درک نمایند.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای کاربردهای نیازمند نشانگرهای عددی فشرده، روشن و قابل اطمینان مناسب است. کاربردهای رایج شامل تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری (مولتی‌مترها، فرکانس‌شمارها)، پنل‌های کنترل صنعتی، لوازم خانگی مصرفی (مایکروویو، فر، ماشین لباسشویی)، نمایشگرهای داشبورد خودرو (برای لوازم جانبی پس از فروش) و پایانه‌های فروشگاهی است. روشنایی بالا و زاویه دید گسترده آن را برای محیط‌های با نور محیطی بالا مناسب می‌سازد.

7.2 دستورالعمل‌های طراحی

هنگام یکپارچه‌سازی این نمایشگر، چندین عامل باید در نظر گرفته شود.محدودکننده جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر خط آند یا کاتد اجباری هستند تا جریان مستقیم هر بخش را تنظیم کنند، معمولاً بین 1 تا 20 میلی‌آمپر بسته به روشنایی مورد نیاز و بودجه توان. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از R = (Vcc - VF) / IF محاسبه کرد، که در آن VF ولتاژ مستقیم معمول است.مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای دو رقمی با کاتد مشترک، طرح درایو مالتی‌پلکسینگ کارآمدترین است. این شامل فعال‌سازی متوالی کاتد مشترک یک رقم در هر زمان (از طریق یک سوئیچ ترانزیستوری) در حالی که الگوهای آند صحیح برای بخش‌های مورد نظر آن رقم اعمال می‌شود، است. نرخ تازه‌سازی باید به اندازه کافی بالا باشد (معمولاً >60 هرتز) تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود.چیدمان PCB:برای لحیم‌کاری قابل اطمینان، اندازه سوراخ توصیه شده 1.0 میلی‌متر را دنبال کنید. اطمینان حاصل کنید که عرض تریس برای جریان بخش کافی است.زاویه دید:نمایشگر را با در نظر گرفتن زاویه دید مشخص شده آن قرار دهید تا دید بهینه برای کاربر نهایی تضمین شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای سبز استاندارد GaP (گالیم فسفید)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان درایو می‌شود. استفاده از بستر غیرشفاف GaAs با کاهش پراکندگی نور داخلی، کنتراست را بهبود می‌بخشد. صفحه خاکستری با بخش‌های سفید یک انتخاب طراحی است که کنتراست را در مقایسه با صفحات کاملاً سیاه یا خاکستری افزایش می‌دهد. به عنوان یک بسته هفت قسمتی اختصاصی، در مقایسه با استفاده از LEDهای مجزا برای تشکیل ارقام، راه‌حلی یکپارچه‌تر و از نظر مکانیکی مستحکم‌تر ارائه می‌دهد، زمان مونتاژ را صرفه‌جویی می‌کند و تراز ثابت بخش‌ها را تضمین می‌نماید.

9. پرسش‌های متداول (FAQs)

س: هدف از پیکربندی کاتد مشترک چیست؟

ج: طراحی مدار را برای مالتی‌پلکسینگ چندین رقم ساده می‌کند. به جای نیاز به اتصال زمین جداگانه برای هر یک از 14+ بخش هر رقم، شما فقط به یک اتصال برای هر رقم نیاز دارید که تعداد خطوط درایور مورد نیاز را به شدت کاهش می‌دهد.

س: چگونه مقدار مقاومت محدودکننده جریان را محاسبه کنم؟

ج: از قانون اهم استفاده کنید: R = (ولتاژ منبع - ولتاژ مستقیم LED) / جریان مستقیم مورد نظر. برای منبع 5 ولت، VF برابر 2.6 ولت و IF مورد نظر 10 میلی‌آمپر: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 اهم. همیشه از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد استفاده کنید و رتبه توان را تأیید نمایید.

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

ج: خیر. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. ولتاژ مستقیم آنها دارای تلرانس است و با دما کاهش می‌یابد. اتصال مستقیم به یک منبع ولتاژ بالاتر از VF باعث جریان بیش از حد شده و ممکن است بخش را از بین ببرد. یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت ضروری است.

س: عبارت "دسته‌بندی شده برای شدت نور" به چه معناست؟

ج: نشان می‌دهد که دستگاه‌ها بر اساس خروجی نوری اندازه‌گیری شده‌شان دسته‌بندی یا مرتب شده‌اند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح روشنایی یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند، که برای نمایشگرهای چند رقمی که یکنواختی در آنها مهم است، حیاتی می‌باشد.

10. مطالعه موردی طراحی عملی

طراحی یک شمارنده ساده دو رقمی با استفاده از یک میکروکنترلر را در نظر بگیرید. میکروکنترلر دارای 8 پایه I/O است که از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان به آندهای بخش (A-G و DP) متصل می‌شوند. دو پایه I/O اضافی ترانزیستورهای NPN (یا سوئیچ‌های مشابه) متصل به دو پایه کاتد مشترک (رقم 1 و رقم 2) را کنترل می‌کنند. فریم‌ور یک روال مالتی‌پلکسینگ را پیاده‌سازی می‌کند: ترانزیستور مربوط به رقم 1 را روشن کنید، الگوی بخش برای مقدار رقم اول را روی پورت‌های آند خروجی دهید، یک وقفه کوتاه صبر کنید (مثلاً 5 میلی‌ثانیه)، سپس ترانزیستور رقم 1 را خاموش کنید. سپس، ترانزیستور مربوط به رقم 2 را روشن کنید، الگوی بخش برای رقم دوم را خروجی دهید، صبر کنید و آن را خاموش کنید. این چرخه به طور مداوم تکرار می‌شود. زمان‌بندی باید اطمینان حاصل کند که جریان اوج هر بخش تجاوز نمی‌کند و جریان متوسط با روشنایی مورد نظر مطابقت دارد.

11. اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ بایاس مستقیم بیش از ولتاژ روشن شدن دیود (تقریباً 2.05-2.6 ولت برای این ماده AlInGaP) اعمال شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. در LEDهای AlInGaP، این بازترکیب انرژی را عمدتاً به شکل فوتون‌هایی با طول موج متناظر با نور سبز (حدود 572 نانومتر) آزاد می‌کند. ترکیب آلیاژ خاص آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید، انرژی گاف نواری و در نتیجه رنگ نور تابشی را تعیین می‌کند. ساختار هفت قسمتی با الگودهی چندین تراشه LED بر روی یک بستر و اتصال آنها با سیم‌های باندینگ به پایه‌های خارجی تشکیل می‌شود.

12. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای LED هفت قسمتی همچنان یک راه‌حل مستحکم و مقرون‌به‌صرفه برای نمایش اعداد باقی مانده‌اند، چشم‌انداز گسترده‌تر فناوری نمایشگر در حال تکامل است. یک روند کلی به سمت یکپارچه‌سازی بالاتر وجود دارد، مانند نمایشگرهای دارای درایور IC داخلی (مانند ماژول‌های سازگار با TM1637) که از طریق پروتکل‌های سریال ساده (I2C، SPI) ارتباط برقرار می‌کنند و بار منابع میکروکنترلر را کاهش می‌دهند. از نظر مواد، در حالی که AlInGaP برای رنگ‌های قرمز، نارنجی، کهربایی و سبز بسیار کارآمد است، فناوری InGaN (ایندیم گالیم نیترید) برای LEDهای آبی، سبز و سفید با روشنایی بالا غالب است. برای کاربردهای نیازمند قابلیت الفبایی-عددی یا گرافیکی، نمایشگرهای LED ماتریس نقطه‌ای یا OLED به طور فزاینده‌ای رایج هستند. با این حال، برای نشانگرهای عددی ساده، روشن و کم‌مصرف در محیط‌های خشن، نمایشگرهای LED هفت قسمتی مجزا مانند LTD-4708JG همچنان ترکیبی بی‌نظیر از قابلیت اطمینان، سادگی و عملکرد را ارائه می‌دهند.