دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTD-4608JS - ارتفاع رقم 0.4 اینچ - زرد AlInGaP - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTD-4608JS 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) و یک نقطه اعشار با استفاده از بخش‌های LED مجزا است. فناوری هسته از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تولید نور زرد استفاده می‌کند. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و روشنایی عالی در مقایسه با فناوری‌های سنتی LED شناخته شده است. دستگاه دارای صفحه رویی خاکستری با نشانه‌گذاری سفید بخش‌ها است که کنتراست و خوانایی را در شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. این محصول بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که امکان انتخاب یکنواخت در تولید انبوه را فراهم می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای طیفی از کاربردها مناسب می‌سازد. نیاز به توان پایین آن، آن را برای دستگاه‌های باتری‌خور یا حساس به انرژی ایده‌آل می‌کند. روشنایی و کنتراست بالا، همراه با زاویه دید گسترده، خوانایی از دیدگاه‌های مختلف را تضمین می‌کند که برای الکترونیک مصرفی، ابزار دقیق و پنل‌های کنترل صنعتی حیاتی است. قابلیت اطمینان حالت جامد LEDها به معنای عمر عملیاتی طولانی و مقاومت در برابر ضربه و لرزش است، برخلاف نمایشگرهای مکانیکی یا فلورسنت خلاء. بخش‌های یکنواخت و پیوسته، ظاهری زیبا و خوشایند از کاراکترها ارائه می‌دهند. بازارهای هدف اصلی شامل دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، داشبورد خودرو (برای نشانگرهای غیرحساس)، لوازم خانگی و پایانه‌های فروشگاهی است که در آنها نمایش عددی واضح و قابل اطمینان ضروری است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی و نوری مشخص شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد و اهمیت آنها را برای مهندسان طراح توضیح می‌دهد.

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد فوتومتریک در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. «««شدت نور متوسط (Iv)»»» در جریان پیشرو (IF) برابر با 1mA از 200 تا 650 µcd مشخص شده است. این محدوده گسترده نشان‌دهنده فرآیند دسته‌بندی (بینینگ) است؛ طراحان باید این تغییرات را در نظر بگیرند یا دسته‌های محدودتری را برای ظاهر یکنواخت در چندین نمایشگر مشخص کنند. «««طول موج اوج تابش (λp)»»» 588 نانومتر و «««طول موج غالب (λd)»»» 587 نانومتر است که هر دو در IF=20mA اندازه‌گیری شده‌اند. این مقادیر نقطه رنگ زرد را تعریف می‌کنند. «««نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)»»» برابر با 15 نانومتر نشان‌دهنده پهنای باند طیفی نسبتاً باریک است که منجر به رنگ زرد اشباع شده می‌شود. «««نسبت تطابق شدت نور (IV-m)»»» حداکثر 2:1، تغییرات مجاز روشنایی بین بخش‌ها در یک دستگاه واحد را تعریف می‌کند که بر یکنواختی کلی تأثیر می‌گذارد.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط عملیاتی را تعریف می‌کنند. «««ولتاژ پیشرو به ازای هر بخش (VF)»»» در IF=20mA مقدار معمول 2.6 ولت دارد. این پارامتر برای طراحی شبکه مقاومت‌های محدودکننده جریان حیاتی است. «««جریان معکوس به ازای هر بخش (IR)»»» در VR=5V حداکثر 100 µA است که نشان‌دهنده جریان نشتی هنگام بایاس معکوس LED است و در عملیات عادی معمولاً ناچیز است. این پارامترها باید در کنار محدودیت‌های مطلق مطلق در نظر گرفته شوند تا عملیات قابل اطمینان تضمین شود.

2.3 محدودیت‌های مطلق و حرارتی

محدودیت‌های مطلق مطلق، حد تنش‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. «««جریان پیشرو پیوسته به ازای هر بخش»»» در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 25 میلی‌آمپر است، با ضریب کاهش (درریتینگ) 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد. این بدان معناست که جریان پیوسته مجازی با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان تقریباً خواهد بود: 25 میلی‌آمپر - (0.33 میلی‌آمپر/°C * (85-25)°C) = 5.2 میلی‌آمپر. «««جریان پیشرو اوج»»» 60 میلی‌آمپر است اما تنها تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه). «««اتلاف توان به ازای هر بخش»»» 70 میلی‌وات است. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد است که محدودیت‌های محیطی برای استفاده و عدم کارکرد را تعریف می‌کند. درجه حرارت لحیم‌کاری (حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه) برای فرآیندهای مونتاژ PCB حیاتی است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه \"برای شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این به معنای یک فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید است. در حالی که کدهای دسته‌بندی خاصی در این سند ارائه نشده است، دسته‌بندی معمول برای چنین نمایشگرهایی شامل مرتب‌سازی واحدها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در جریان تست استاندارد (مثلاً 1mA، همانطور که در مشخصات نشان داده شده) است. این اطمینان می‌دهد که طراحانی که چندین واحد تهیه می‌کنند می‌توانند به سطوح روشنایی یکنواخت در محصولات خود دست یابند. مهندسان در صورت حیاتی بودن یکنواختی به عنوان یک نیاز طراحی، باید برای مشخصات دقیق دسته‌بندی یا داده‌های خاص هر دسته با سازنده مشورت کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، منحنی‌های استاندارد برای چنین LEDهایی معمولاً شامل موارد زیر است:

• منحنی IV (جریان در مقابل ولتاژ پیشرو):رابطه نمایی را نشان می‌دهد و به تعیین مقاومت دینامیکی و افت ولتاژ دقیق در جریان‌های عملیاتی مختلف کمک می‌کند.
• شدت نور در مقابل جریان پیشرو (Iv-IF):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده عملیاتی رابطه‌ای تقریباً خطی دارد و به کالیبراسیون روشنایی و محاسبات بازدهی کمک می‌کند.
• شدت نور در مقابل دمای محیط (Iv-Ta):کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد که برای طراحی کاربردهایی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنند حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که طول موج‌های اوج و غالب و شکل طیف تابش را تأیید می‌کند.

این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد و برای بهینه‌سازی مدار درایو برای عملکرد و طول عمر ضروری هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

بسته دستگاه توسط یک نقشه ابعاد دقیق (بر حسب میلی‌متر) تعریف شده است. ویژگی‌های کلیدی شامل ابعاد کلی، ارتفاع نمایشگر، فاصله بین دو رقم، و مکان و قطر سوراخ‌ها یا پایه‌های نصب است. نمودار اتصال پایه‌ها حیاتی است: این یک پیکربندی 10 پایه با دو آند مشترک (یکی برای هر رقم) و کاتدهای مجزا برای بخش‌های A-G و نقطه اعشار (D.P.) است. نمودار مدار داخلی آرایش مالتی‌پلکس شده را نشان می‌دهد: تمام بخش‌های متناظر (مثلاً تمام بخش‌های 'A') بین دو رقم به صورت داخلی به یک پایه کاتد واحد متصل شده‌اند. آند هر رقم به طور جداگانه کنترل می‌شود (پایه 9 برای رقم 1، پایه 4 برای رقم 2). این طراحی مالتی‌پلکس تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را از 15 (7 بخش + DP برای هر رقم، به علاوه دو زمین) به 10 کاهش می‌دهد و مدار رابط را ساده می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

ملاحظه اصلی مونتاژ، فرآیند لحیم‌کاری است. محدودیت مطلق مطلق مشخص می‌کند که دمای لحیم‌کاری نباید از 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 3 ثانیه تجاوز کند، که در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این یک درجه‌بندی استاندارد برای لحیم‌کاری موجی یا دستی است. برای لحیم‌کاری رفلو، باید از پروفیل استاندارد بدون سرب با دمای اوج زیر 260 درجه سانتی‌گراد استفاده شود و زمان بالاتر از نقطه مایع کنترل شود تا تنش حرارتی روی تراشه‌های LED و بسته پلاستیکی به حداقل برسد. اگرچه دیتاشیت درجه‌بندی ESD را مشخص نکرده است، اما توصیه می‌شود برای جلوگیری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) به درستی با دستگاه برخورد شود. ذخیره‌سازی باید در محدوده دمای مشخص شده (35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) در محیطی با رطوبت کم انجام شود تا از جذب رطوبت جلوگیری شود که می‌تواند در حین رفلو باعث \"پاپ کورن شدن\" شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای هر کاربرد نیازمند نمایش عددی دو رقمی فشرده و روشن مناسب است. مثال‌ها شامل: مولتی‌متر دیجیتال، منبع تغذیه میزی، فرکانس‌شمار، نمایشگر ساعت (دقیقه/ثانیه)، تابلو امتیاز، شمارنده خط تولید و نشانگر وضعیت روی تجهیزات شبکه یا صوتی است. رنگ زرد آن اغلب برای نشانگرهای احتیاطی یا برای ایجاد کنتراست بصری متمایز در برابر سایر نمایشگرها انتخاب می‌شود.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو:از یک مدار درایور مالتی‌پلکس استفاده کنید. هر رقم به طور متناوب در فرکانس بالا (معمولاً >100 هرتز) روشن می‌شود تا این تصور ایجاد شود که هر دو رقم به طور پیوسته روشن هستند. این امر به پایه‌های GPIO میکروکنترلر یا یک آی‌سی درایور نمایشگر اختصاصی (مانند دیکدر 7447 یا MAX7219) نیاز دارد که قادر به سینک کردن جریان بخش و سورس کردن جریان آند رقم باشد.
• محدودیت جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر خط کاتد (بخش‌ها) اجباری هستند یا می‌توانند در درایور ادغام شوند. مقدار مقاومت به صورت R = (Vcc - VF) / IF محاسبه می‌شود، که در آن VF ولتاژ پیشرو است (برای محاسبه جریان در بدترین حالت از حداکثر مقدار استفاده کنید)، Vcc ولتاژ تغذیه و IF جریان پیشرو مورد نظر است (که نباید از ریتینگ پیوسته تجاوز کند).
• کنترل روشنایی:روشنایی متوسط را می‌توان با تنظیم جریان IF یا با استفاده از مدولاسیون عرض پالس (PWM) روی سیگنال‌های درایو کنترل کرد.
• زاویه دید:نمایشگر را با در نظر گرفتن زاویه دید گسترده آن قرار دهید تا دید برای کاربر نهایی تضمین شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با سایر فناوری‌های نمایشگر، این نمایشگر LED از جنس AlInGaP مزایای متمایزی ارائه می‌دهد. در مقابل «««LEDهای قرمز قدیمی GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)»»»، AlInGaP بازده نوری و روشنایی به مراتب بالاتری برای جریان یکسان و پایداری دمایی بهتری ارائه می‌دهد. در مقایسه با ماژول‌های «««LCD (نمایشگر کریستال مایع)»»»، به نور پس‌زمینه نیاز ندارد، زاویه دید گسترده‌تری ارائه می‌دهد، در دمای سرد سریع‌تر عمل می‌کند و از نظر مکانیکی مقاوم‌تر است. معامله اصلی، مصرف توان بالاتر هنگام نمایش بخش‌های زیاد در مقایسه با LCDها است. در بازار نمایشگرهای بخش LED، عوامل تمایز کلیدی آن ارتفاع رقم خاص 0.4 اینچ، رنگ زرد AlInGaP، پیکربندی آند مشترک دوگانه و شدت نور دسته‌بندی شده برای اطمینان از یکنواختی کیفیت است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: چگونه این نمایشگر را به یک میکروکنترلر متصل کنم؟

پ: حداقل به 10 پایه GPIO نیاز دارید. پایه‌های آند مشترک (4 و 9) را به پایه‌های میکروکنترلر که به عنوان خروجی تنظیم شده‌اند و برای فعال کردن یک رقم روی HIGH تنظیم شده‌اند، متصل کنید. پایه‌های کاتد بخش (1,2,3,5,6,7,8,10) را به پایه‌هایی که به عنوان خروجی تنظیم شده‌اند و برای روشن کردن یک بخش روی LOW تنظیم شده‌اند، متصل کنید. شما باید با فعال کردن سریع یک رقم، تنظیم بخش‌های آن و سپس سوئیچ به رقم دیگر، مالتی‌پلکس کنید. استفاده از یک آی‌سی درایور اختصاصی به شدت توصیه می‌شود تا بار MCU کاهش یابد.

س: چرا جریان پیشرو با دما کاهش می‌یابد (درریت می‌شود)؟

پ: با افزایش دما، بازده داخلی LED کاهش می‌یابد و توان الکتریکی بیشتری به جای نور به گرما تبدیل می‌شود. این گرما، اگر مدیریت نشود، می‌تواند دمای اتصال را بیشتر افزایش دهد و منجر به تخریب سریع‌تر یا خرابی شود. کاهش جریان (درریتینگ)، گرمای تولید شده را محدود می‌کند و دمای اتصال را در محدوده ایمن نگه می‌دارد.

س: \"نسبت تطابق شدت نور 2:1\" به چه معناست؟

پ: به این معنی است که در یک واحد نمایشگر، روشنایی کم‌نورترین بخش کمتر از نصف روشنایی درخشان‌ترین بخش نخواهد بود. نسبت 1:1 یکنواختی کامل خواهد بود؛ 2:1 یک مشخصه رایج است که اطمینان از یکنواختی بصری قابل قبول را می‌دهد.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک شمارنده ساده دو رقمی.هدف شمارش از 00 تا 99 است. یک میکروکنترلر کم‌هزینه (مانند ATtiny) سیگنال‌های کنترل را تولید می‌کند. مدار از هشت مقاومت محدودکننده جریان 180 اهمی (یکی برای هر کاتد بخش، محاسبه شده برای تغذیه 5 ولت، VF=2.6 ولت، IF~13 میلی‌آمپر) استفاده می‌کند. دو ترانزیستور NPN (مانند 2N3904) به عنوان سوئیچ‌های سمت بالا برای پایه‌های آند مشترک استفاده می‌شوند که توسط دو پایه دیگر MCU کنترل می‌شوند. فریم‌ور یک وقفه تایمر در 2 میلی‌ثانیه پیاده‌سازی می‌کند. در روال سرویس وقفه، رقم در حال نمایش فعلی غیرفعال می‌شود، الگوی بخش برای رقم بعدی بر اساس مقدار شمارش به‌روزرسانی می‌شود، ترانزیستور برای آن رقم فعال می‌شود و سپس خروج انجام می‌شود. حلقه اصلی متغیر شمارش را هر ثانیه افزایش می‌دهد. این طراحی به طور کارآمد از منابع MCU استفاده می‌کند و نمایشی پایدار و بدون لرزش ارائه می‌دهد.

11. معرفی اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ پیشرو بیش از ولتاژ روشن شدن دیود (تقریباً 2.05-2.6 ولت) در یک بخش اعمال می‌شود (از آند مشترک به کاتد خاص آن)، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال AlInGaP بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کند و نور زرد با طول موجی حول 588 نانومتر تولید می‌کند. هفت بخش (A تا G) تراشه‌های LED مجزایی هستند که به صورت الگوی \"8\" چیده شده‌اند. با انرژی‌دهی انتخابی ترکیبات مختلف این بخش‌ها، تمام ارقام عددی از 0 تا 9 می‌توانند تشکیل شوند. پیکربندی آند مشترک دوگانه به این معنی است که تمام LEDهای یک رقم یک اتصال ولتاژ مثبت مشترک دارند که در حین مالتی‌پلکسینگ برای فعال کردن آن رقم سوئیچ می‌شود.

12. روندها و تحولات فناوری

در حالی که این دستگاه خاص از فناوری تثبیت شده AlInGaP استفاده می‌کند، حوزه گسترده‌تر نمایشگرهای LED همچنان در حال تکامل است. روندها شامل اتخاذ مواد حتی کارآمدتر مانند InGaN (ایندیم گالیم نیترید) برای گاموت رنگی گسترده‌تر است، اگرچه AlInGaP برای رنگ‌های قرمز، نارنجی و زرد غالب باقی مانده است. حرکت به سمت ماژول‌های چند رقمی با چگالی بالاتر و نمایشگرهای مجهز به درایور و کنترلر یکپارچه (\"نمایشگرهای هوشمند\") برای ساده‌سازی طراحی سیستم وجود دارد. کوچک‌سازی روند دیگری است، با ارتفاع رقم کوچکتر برای دستگاه‌های قابل حمل در دسترس قرار می‌گیرد. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در بسته‌بندی با هدف بهبود مدیریت حرارتی، امکان روشنایی بالاتر در سطوح جریان معین یا بهبود طول عمر را فراهم می‌کند. اصل مالتی‌پلکسینگ اساسی به دلیل کارایی آن در کاهش پایه‌ها استاندارد باقی می‌ماند.