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

1. مرور کلی محصول

LTD-4708JS یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی دو رقمی و هفت قسمتی است که برای کاربردهای نیازمند نمایش واضح و روشن اعداد 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 فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای تولید نور زرد استفاده می‌کند. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و خلوص رنگ عالی در طیف زرد-نارنجی-قرمز شناخته شده است. دستگاه دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری سفید بخش‌ها است که کنتراست و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. این محصول بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که تضمین‌کننده سطوح روشنایی یکسان در بین دسته‌های تولید برای ظاهر یکنواخت در کاربردهای چند واحدی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. در جریان آزمایش استاندارد 1 میلی‌آمپر برای هر بخش، شدت نور متوسط از حداقل 200 میکروکاندلا تا مقدار معمول 650 میکروکاندلا متغیر است. طول موج اوج تابش (λp) معمولاً 588 نانومتر است، با طول موج غالب (λd) 587 نانومتر که خروجی را به طور محکمی در ناحیه زرد طیف مرئی قرار می‌دهد. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 15 نانومتر است که نشان‌دهنده پهنای باند نسبتاً باریک و اشباع رنگ خوب است. نسبت تطابق شدت نور بین بخش‌ها حداکثر 2:1 مشخص شده است که برای اطمینان از روشنایی یکنواخت در تمام بخش‌های یک رقم حیاتی است.

2.2 پارامترهای الکتریکی و حرارتی

از نظر الکتریکی، هر بخش LED دارای ولتاژ مستقیم (VF) از 2.05 ولت تا 2.6 ولت در جریان راه‌اندازی 20 میلی‌آمپر است. حداکثر مقادیر مطلق، محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند: جریان مستقیم پیوسته برای هر بخش در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 25 میلی‌آمپر است که با افزایش دمای محیط به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. جریان مستقیم اوج، مجاز تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه)، 60 میلی‌آمپر است. حداکثر اتلاف توان برای هر بخش 70 میلی‌وات است. دستگاه می‌تواند ولتاژ معکوس حداکثر 5 ولت برای هر بخش را تحمل کند، با جریان معکوس (IR) کمتر از 100 میکروآمپر در این ولتاژ. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی از 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد مشخص شده است که نشان‌دهنده استحکام برای محیط‌های صنعتی و مصرفی است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه \"برای شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این به معنای یک فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید است. LEDها معمولاً بر اساس پارامترهای کلیدی مانند شدت نور و ولتاژ مستقیم آزمایش و گروه‌بندی (دسته‌بندی) می‌شوند تا یکنواختی تضمین شود. در حالی که جزئیات کد دسته خاص در این بخش ارائه نشده است، چنین سیستمی به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با روشنایی کاملاً مطابقت‌یافته را انتخاب کنند و از تغییرات محسوس بین ارقام یا بخش‌ها در یک آرایه جلوگیری کنند، که برای یکنواختی زیبایی‌شناختی و عملکردی در محصولات نهایی حیاتی است.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، چنین منحنی‌هایی معمولاً رابطه بین جریان مستقیم (IF) و شدت نور (IV)، ولتاژ مستقیم (VF) در مقابل دما، و توزیع زاویه‌ای نور (الگوی زاویه دید) را نشان می‌دهند. این منحنی‌ها برای طراحان ضروری هستند تا رفتار غیرخطی LEDها را درک کنند. به عنوان مثال، منحنی IV نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد اما ممکن است در جریان‌های بالاتر اشباع شود. منحنی کاهش دما برای طراحی مدیریت حرارتی جهت اطمینان از طول عمر و عملکرد پایدار حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد و طرح کلی

نقشه بسته‌بندی (ارجاع داده شده اما به طور دقیق نشان داده نشده) ابعاد فیزیکی نمایشگر را ارائه می‌دهد. مشخصه اصلی ارتفاع رقم 0.4 اینچ (10.0 میلی‌متر) است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر ارائه شده‌اند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این اطلاعات برای طراحی جایگاه PCB و اطمینان از قرارگیری صحیح نمایشگر در محفظه محصول حیاتی است.

5.2 پیکربندی پین و قطبیت

دستگاه دارای پیکربندی 10 پین است. از معماری کاتد مشترک دوگانه استفاده می‌کند، به این معنی که دو پین کاتد مشترک جداگانه وجود دارد - یکی برای هر رقم (پین‌های 4 و 9). آندهای بخش‌های A تا G و نقطه اعشار (D.P.) روی پین‌های جداگانه قرار دارند. پین‌اوت خاص به این صورت است: 1(C), 2(D.P.), 3(E), 4(کاتد رقم 2), 5(D), 6(F), 7(G), 8(B), 9(کاتد رقم 1), 10(A). شناسایی صحیح پین‌های کاتد و آند برای جلوگیری از آسیب بایاس معکوس در طول مونتاژ مدار ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

حداکثر مقادیر مطلق شامل یک پارامتر حیاتی لحیم‌کاری است: دستگاه می‌تواند حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر مدت 3 ثانیه تحمل کند، که در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری شده است. این دستورالعمل برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی در نظر گرفته شده است. برای لحیم‌کاری رفلو، باید از پروفیلی با دمای اوج زیر این حد و نرخ‌های افزایش کنترل‌شده استفاده شود. قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض دمای بالا می‌تواند به اتصالات سیمی داخلی، تراشه‌های LED یا بسته پلاستیکی آسیب برساند.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای نیازمند نشانگرهای عددی فشرده و کم‌مصرف مناسب است. کاربردهای رایج شامل پنل‌های ابزار دقیق (مانند مولتی‌مترها، فرکانس‌شمارها)، لوازم خانگی مصرفی (مایکروویو، ماشین لباس‌شویی، ترموستات‌ها)، نمایشگرهای کنترل صنعتی و دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل است. روشنایی بالا و زاویه دید گسترده آن را در محیط‌های کم نور و پرنور قابل خواندن می‌سازد.

7.2 ملاحظات طراحی

محدودکننده جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر آند بخش یا خط کاتد مشترک اجباری هستند تا روشنایی مورد نظر را تنظیم کرده و از تجاوز از حداکثر جریان مستقیم پیوسته جلوگیری کنند. مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ تغذیه (Vcc)، ولتاژ مستقیم LED (VF ~2.6V حداکثر) و جریان مستقیم مورد نظر (مثلاً 10-20 میلی‌آمپر) محاسبه می‌شود.
مالتی‌پلکسینگ:معماری کاتد مشترک برای مدارهای درایو مالتی‌پلکس ایده‌آل است. با فعال‌سازی متوالی یک کاتد (رقم) در فرکانس بالا (معمولاً >100 هرتز) در حالی که داده بخش مناسب به آندها ارسال می‌شود، دو رقم را می‌توان با تعداد کمتری از پین‌های I/O نسبت به درایو استاتیک کنترل کرد. این همچنین میانگین مصرف توان را کاهش می‌دهد.
زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما باید در طول طراحی مکانیکی در نظر گرفته شود تا مخروط دید بهینه نمایشگر با خط دید مورد انتظار کاربر هم‌راستا شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای استاندارد GaAsP یا GaP، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان ورودی می‌شود. رنگ زرد تولید شده اشباع‌شده‌تر و خالص‌تر است. در مقایسه با نمایشگرهای تک رقمی، این واحد دو رقمی فضای PCB را ذخیره کرده و مونتاژ را ساده می‌کند. دسته‌بندی (باینینگ) برای شدت نور یک تمایز کلیدی از قطعات غیر دسته‌بندی شده است که به طراحان عملکرد قابل پیش‌بینی ضروری برای محصولات درجه حرفه‌ای ارائه می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: برای راه‌اندازی یک بخش در 15 میلی‌آمپر با تغذیه 5 ولت باید از چه مقدار مقاومت استفاده کنم؟
پ: با استفاده از قانون اهم: R = (Vcc - VF) / IF. با فرض VF معمول 2.3 ولت، R = (5V - 2.3V) / 0.015A ≈ 180 Ω. همیشه برای طراحی محافظه‌کارانه از حداکثر VF از دیتاشیت (2.6V) استفاده کنید: R = (5V - 2.6V) / 0.015A ≈ 160 Ω. یک مقاومت استاندارد 150 Ω یا 180 Ω مناسب خواهد بود، با بررسی اتلاف توان واقعی در مقاومت.
س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پین میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟
پ: خیر. پین‌های میکروکنترلر معمولاً نمی‌توانند جریان مورد نیاز را تامین یا جذب کنند (تا 25 میلی‌آمپر برای هر بخش، احتمالاً بسیار بیشتر برای چند بخش روی یک رقم). شما باید از درایورهای ترانزیستوری (برای سوئیچینگ کاتد مشترک) و/یا ICهای درایور LED اختصاصی برای تامین جریان کافی و پیاده‌سازی مالتی‌پلکسینگ استفاده کنید.
س: هدف از رتبه \"جریان مستقیم اوج\" چیست؟
پ: این رتبه اجازه پالس‌های جریان کوتاه‌مدت بالاتر از رتبه DC را می‌دهد، که می‌تواند در مدارهای مالتی‌پلکس برای دستیابی به روشنایی اوج بالاتر در طول زمان کوتاه روشن بودن هر رقم استفاده شود. میانگین جریان در طول زمان همچنان باید در محدوده رتبه‌های پیوسته باقی بماند.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

طراحی یک شمارنده ساده دو رقمی را در نظر بگیرید. مدار شامل یک میکروکنترلر تولیدکننده توالی شمارش خواهد بود. دو ترانزیستور NPN (یا یک آرایه ترانزیستور دوگانه) برای جذب جریان از طریق پین‌های کاتد مشترک (رقم‌های 1 و 2) استفاده می‌شوند، که توسط GPIOهای جداگانه میکروکنترلر تنظیم شده در حالت درین باز یا کلکتور باز کنترل می‌شوند. آندهای هفت بخش (A-G) از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه (مثلاً 150Ω) به سایر GPIOها متصل می‌شوند. فریم‌ور مالتی‌پلکسینگ را پیاده‌سازی می‌کند: ترانزیستور برای رقم 1 را روشن کنید، GPIOها را برای روشن کردن بخش‌های مورد نیاز برای مقدار رقم اول تنظیم کنید، چند میلی‌ثانیه صبر کنید، سپس رقم 1 را خاموش کنید، رقم 2 را روشن کنید، بخش‌ها را برای مقدار رقم دوم تنظیم کنید و تکرار کنید. این چرخه این تصور را ایجاد می‌کند که هر دو رقم به طور پیوسته روشن هستند.

11. معرفی اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود (تقریباً 2 ولت برای AlInGaP) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. بازترکیب آنها انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی - در این مورد AlInGaP - تعیین می‌شود که برای تابش در طیف زرد طراحی شده است. هر یک از هفت بخش (به علاوه نقطه اعشار) شامل یک یا چند عدد از این تراشه‌های LED کوچک است. پیکربندی کاتد مشترک به این معنی است که کاتدهای (ترمینال‌های منفی) تمام LEDها در یک رقم به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند، که اجازه می‌دهد کل رقم توسط یک سوئیچ واحد فعال یا غیرفعال شود.

12. روندها و زمینه فناوری

فناوری AlInGaP نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به مواد LED قبلی برای نور قرمز، نارنجی و زرد است. این فناوری بازدهی بالاتر و پایداری دمایی بهتری ارائه می‌دهد. در حالی که این دیتاشیت برای یک جزء گسسته است، روند در فناوری نمایشگر به سمت یکپارچگی بیشتر است، مانند ماژول‌های چند رقمی با درایورهای داخلی و رابط‌های سریال (I2C, SPI). علاوه بر این، برای نشانگرهای زرد، گاهی اوقات از LEDهای سفید تبدیل‌شده با فسفر یا LEDهای مبتنی بر InGaN با تابش مستقیم که طیف وسیع‌تری را پوشش می‌دهند استفاده می‌شود. با این حال، برای کاربردهای نیازمند نور زرد خالص و کارآمد با درایو مستقیم ساده، AlInGaP همچنان یک انتخاب مرتبط و قابل اعتماد باقی می‌ماند. اصول مالتی‌پلکسینگ، محدودیت جریان و مدیریت حرارتی که در اینجا بحث شد، اساسی هستند و برای انواع گسترده‌ای از فناوری‌های نمایشگر مبتنی بر LED اعمال می‌شوند.