دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTD-2601JS - ارتفاع رقم 0.28 اینچ - زرد AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTD-2601JS یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی دو رقمی و هفت قسمتی است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش واضح و روشن اعداد هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری اعداد و برخی کاراکترهای محدود از طریق بخش‌های قابل آدرس‌دهی جداگانه است. فناوری هسته از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که به طور خاص برای تابش نور در طیف طول موج زرد طراحی شده است. این انتخاب ماده در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر، مزایایی در کارایی و خلوص رنگ ارائه می‌دهد. دستگاه دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری سفید بخش‌ها است که تضاد بالایی برای خوانایی بهینه در شرایط نوری مختلف فراهم می‌کند. این نمایشگر در پیکربندی آند مشترک دسته‌بندی می‌شود که یک طراحی استاندارد برای ساده‌سازی مالتی‌پلکسینگ در کاربردهای چند رقمی است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر دارای چندین مزیت کلیدی است که جایگاه بازار آن را تعریف می‌کند. ارتفاع رقم 0.28 اینچی (7 میلی‌متر) آن، قالب فشرده‌ای ارائه می‌دهد که در عین حال قابل خواندن است و برای پنل‌مترها، ابزار دقیق، لوازم خانگی و رابط‌های کنترل صنعتی که فضا در آن‌ها محدود است، مناسب می‌باشد. استفاده از فناوری AlInGaP، شدت نور بالا و ظاهر عالی کاراکترها را ارائه می‌دهد که حتی در محیط‌های پرنور نیز دید را تضمین می‌کند. زاویه دید گسترده، ویژگی حیاتی دیگری است که امکان خواندن دقیق نمایشگر از موقعیت‌های مختلف را فراهم می‌کند و برای تجهیزات نصب شده روی پنل ضروری است. دستگاه همچنین بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است، به این معنی که واحدها برای روشنایی یکسان دسته‌بندی می‌شوند و در بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) ارائه می‌شود که آن را برای بازارهای جهانی با مقررات سخت زیست‌محیطی مناسب می‌سازد. بازار هدف شامل طراحان تجهیزات تست و اندازه‌گیری، پایانه‌های فروش، داشبورد خودرو (نمایشگرهای ثانویه) و لوازم خانگی است که نیازمند نشانگرهای عددی قابل اعتماد و کم‌نیاز به نگهداری هستند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

درک کامل پارامترهای الکتریکی و نوری برای طراحی صحیح مدار و تضمین قابلیت اطمینان بلندمدت بسیار مهم است.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای کارکرد مداوم نیستند.

• اتلاف توان در هر بخش:70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که می‌تواند به صورت حرارت توسط یک بخش LED به طور ایمن تلف شود. تجاوز از این حد، خطر تخریب حرارتی پیوند نیمه‌هادی را دارد.
• جریان مستقیم پیک در هر بخش:60 میلی‌آمپر. این حداکثر پالس جریان لحظه‌ای است که یک بخش می‌تواند تحمل کند و معمولاً مربوط به طرح‌های مالتی‌پلکسینگ با پالس‌های دارای چرخه کاری بالا است.
• جریان مستقیم پیوسته در هر بخش:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این حداکثر جریان توصیه شده برای کارکرد حالت پایدار (DC) است. ضریب کاهش 0.28 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد مشخص شده است، به این معنی که حداکثر جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
• ولتاژ معکوس در هر بخش:5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بالاتر از این مقدار می‌تواند باعث شکست و آسیب به LED شود.
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه برای کارکرد و ذخیره‌سازی در این محدوده دمایی گسترده درجه‌بندی شده است که برای اکثر محیط‌های صنعتی و مصرفی مناسب است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (در Ta=25°C)

این‌ها پارامترهای عملکرد معمول تحت شرایط تست مشخص شده هستند.

• شدت نور متوسط (Iv):200 (حداقل)، 600 (معمول) میکروکاندلا در جریان مستقیم (If) برابر با 1 میلی‌آمپر. این پارامتر که با فیلتری شبیه‌ساز پاسخ چشم انسان (منحنی CIE) اندازه‌گیری می‌شود، روشنایی درک شده را کمّی می‌کند. محدوده گسترده نشان‌دهنده استفاده از یک سیستم دسته‌بندی است.
• طول موج تابش پیک (λp):588 نانومتر (معمول) در If=20mA. این طول موجی است که در آن خروجی توان نوری حداکثر است و رنگ زرد را تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ عرض باریک‌تر به معنای رنگ زرد اشباع‌شده‌تر و خالص‌تر است.
• طول موج غالب (λd):587 نانومتر (معمول). این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان برای مطابقت با رنگ LED درک می‌شود و ارتباط نزدیکی با طول موج پیک دارد.
• ولتاژ مستقیم در هر بخش (Vf):2.05 (حداقل)، 2.6 (معمول) ولت در If=20mA. این افت ولتاژ در دو سر LED هنگام هدایت است. برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است.
• جریان معکوس در هر بخش (Ir):100 میکروآمپر (حداکثر) در Vr=5V. این جریان نشتی کوچک زمانی است که LED در حداکثر درجه‌بندی خود تحت بایاس معکوس قرار دارد.
• نسبت تطابق شدت نور:2:1 (حداکثر). این حداکثر تغییرات مجاز روشنایی بین بخش‌های داخل یک رقم یا بین ارقام را مشخص می‌کند تا ظاهر یکنواختی را تضمین کند.
• تداخل نوری (Cross Talk):≤2.5%. این پارامتر، روشنایی ناخواسته یک بخش مجاور را هنگامی که بخش همسایه فعال می‌شود، اندازه‌گیری می‌کند که ناشی از بازتاب داخلی نوری یا نشتی الکتریکی است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه \"برای شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این به معنای فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید است.

• دسته‌بندی شدت نور:مشخصات Iv حداقل 200 میکروکاندلا و مقدار معمول 600 میکروکاندلا را در 1 میلی‌آمپر نشان می‌دهد. واحدها تست شده و در دسته‌های شدت مختلف (مثلاً روشنایی بالا، روشنایی استاندارد) مرتب می‌شوند. طراحان می‌توانند یک دسته خاص را برای کاربردهایی که نیازمند روشنایی یکسان در چندین نمایشگر یا اجراهای تولیدی هستند، انتخاب کنند.
• دسته‌بندی طول موج/رنگ:اگرچه با دسته‌های متعدد به صراحت جزئیات داده نشده است، اما مشخصات دقیق طول موج پیک (588 نانومتر) و غالب (587 نانومتر) نشان‌دهنده کنترل دقیق فرآیند است. برای کاربردهای حساس تطابق رنگ، مرتب‌سازی بیشتر طول موج ممکن است به عنوان یک گزینه سفارشی در دسترس باشد.
• دسته‌بندی ولتاژ مستقیم:محدوده Vf (2.05 ولت تا 2.6 ولت) نشان‌دهنده برخی تغییرات طبیعی است. برای طراحی‌های حساس به ولتاژ منبع تغذیه یا هدف‌مند برای تطابق دقیق جریان در آرایه‌های مالتی‌پلکس شده، انتخاب LED از یک دسته Vf دقیق می‌تواند مهم باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

اگرچه بخش ارائه شده PDF به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" اشاره می‌کند، اما نمودارهای خاص در متن گنجانده نشده‌اند. بر اساس رفتار استاندارد LED، این منحنی‌ها معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

• منحنی جریان در مقابل ولتاژ (I-V):این نمودار رابطه نمایی بین جریان مستقیم (If) و ولتاژ مستقیم (Vf) را نشان می‌دهد. برای تعیین ولتاژ درایو مورد نیاز برای یک جریان مطلوب و برای طراحی درایورهای جریان ثابت ضروری است.
• منحنی شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی L-I):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد. این رابطه در جریان‌های پایین عموماً خطی است اما ممکن است در جریان‌های بالاتر به دلیل افت حرارتی و کارایی به اشباع برسد. این منحنی به بهینه‌سازی جریان درایو برای روشنایی و کارایی مطلوب کمک می‌کند.
• منحنی شدت نور در مقابل دمای محیط:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. درک این کاهش درجه‌بندی برای کاربردهایی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنند، حیاتی است.
• منحنی توزیع طیفی:نموداری از توان نوری نسبی در مقابل طول موج که پیک در حدود 588 نانومتر و نیم‌عرض طیفی حدود 15 نانومتر را نشان می‌دهد و ویژگی‌های رنگ زرد را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد و تلرانس‌های بسته‌بندی

نمایشگر مطابق با قالب استاندارد DIP (بسته دو ردیفه) با پایه‌های عبوری است. نکات ابعادی کلیدی از دیتاشیت شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر است که برای قرارگیری سوراخ PCB مهم است. کنترل‌های کیفیت خاصی ذکر شده است: مواد خارجی روی یک بخش باید ≤10 میل، آلودگی جوهر روی سطح ≤20 میل، خمش باید ≤1/100 و حباب‌های داخل ماده بخش باید ≤10 میل باشد.

5.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

دستگاه دارای 10 پایه در یک ردیف است. نمودار مدار داخلی نشان می‌دهد که از نوع آند مشترک با دو پایه آند مشترک جداگانه (پایه 6 برای رقم 2، پایه 9 برای رقم 1) است. هر بخش (A, B, C, D, E, F, G و نقطه اعشار) پایه کاتد اختصاصی خود را دارد. این پیکربندی برای مالتی‌پلکسینگ استاندارد است: با فعال کردن متوالی یک آند مشترک (رقم) در هر زمان و درایو پایه‌های کاتد مناسب برای بخش‌های آن رقم، می‌توان چندین رقم را با تعداد کاهش‌یافته پایه‌های I/O کنترل کرد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت شرایط لحیم‌کاری خاصی را برای جلوگیری از آسیب حرارتی در حین مونتاژ PCB ارائه می‌دهد: \"شرایط لحیم‌کاری: 1/16 اینچ زیر صفحه نشیمن به مدت 3 ثانیه در دمای 260 درجه سانتی‌گراد.\" این مربوط به لحیم‌کاری موجی است. نوک هویه باید در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر بدنه پلاستیکی نمایشگر قرار گیرد و زمان تماس نباید بیش از 3 ثانیه در حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد باشد. این از ذوب شدن محفظه پلاستیکی یا آسیب دیدن اتصالات سیم داخلی توسط حرارت بیش از حد جلوگیری می‌کند. برای لحیم‌کاری ریفلو، پروفایل نباید از حداکثر درجه دمای به دست آمده از دمای ذخیره‌سازی (105+ درجه سانتی‌گراد) به اضافه حاشیه ایمنی تجاوز کند، اگرچه پروفایل ریفلو خاصی ارائه نشده است. قطعات باید در کیسه‌های اصلی ضد رطوبت خود در یک محیط کنترل شده ذخیره شوند تا از جذب رطوبت که می‌تواند باعث \"ترکیدن\" در حین ریفلو شود، جلوگیری شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

متداول‌ترین روش درایو، مالتی‌پلکسینگ است. یک میکروکنترلر از دو پایه I/O به عنوان انتخاب‌کننده رقم (جذب جریان برای آندهای مشترک از طریق ترانزیستورها) و 8 پایه I/O (یا یک شیفت رجیستر) برای جذب جریان برای کاتدهای بخش استفاده می‌کند. یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر کاتد بخش یا هر آند مشترک مورد نیاز است. مقدار مقاومت با استفاده از R = (Vcc - Vf\_led) / I\_desired محاسبه می‌شود. با توجه به اینکه Vf معمولاً در 20 میلی‌آمپر برابر با 2.6 ولت است، با منبع تغذیه 5 ولت، R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 اهم خواهد بود. برای کارکرد مالتی‌پلکس شده، جریان لحظه‌ای در هر بخش می‌تواند بالاتر باشد (مثلاً 20 میلی‌آمپر) اما جریان متوسط، با در نظر گرفتن چرخه کاری، باید در محدوده درجه‌بندی پیوسته باقی بماند.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های سری یا درایورهای جریان ثابت استفاده کنید. هرگز یک LED را مستقیماً به یک منبع ولتاژ وصل نکنید.
• فرکانس مالتی‌پلکسینگ:از نرخ تازه‌سازی به اندازه کافی بالا برای جلوگیری از سوسو زدن قابل مشاهده استفاده کنید (معمولاً >60 هرتز برای هر رقم). ماندگاری دید، نور را یکپارچه می‌کند.
• زاویه دید:نمایشگر را طوری قرار دهید که جهت دید اصلی درون زاویه دید گسترده مشخص شده برای بهترین تضاد باشد.
• محافظت در برابر ESD:اگرچه به صراحت ذکر نشده است، اما LED‌ها به تخلیه الکترواستاتیک حساس هستند. در حین مونتاژ با رعایت احتیاط‌های ESD آن‌ها را جابجا کنید.
• اتلاف حرارت:در کاربردهای با روشنایی بالا یا دمای محیط بالا، اطمینان حاصل کنید که چیدمان PCB امکان مقداری اتلاف حرارت از بسته LED را فراهم می‌کند، به ویژه اگر در نزدیکی حداکثر جریان پیوسته درایو شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با نمایشگرهای LED قرمز قدیمی GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، فناوری AlInGaP در LTD-2601JS بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به نمایشگرهای روشن‌تر در جریان یکسان یا روشنایی معادل در توان کمتر می‌شود. رنگ زرد (587-588 نانومتر) در منطقه حساسیت بالایی برای دید فوتوپیک (روزانه) انسان قرار دارد که باعث می‌شود به صورت ذهنی روشن‌تر از LED‌های قرمز یا سبز با توان تابشی مشابه به نظر برسد. در مقایسه با نمایشگرهای نور جانبی یا ماتریس نقطه‌ای معاصر، قالب هفت قسمتی ساده‌تر برای درایو و رمزگشایی است و هزینه سیستم کمتری برای کاربردهای کاملاً عددی ارائه می‌دهد. بسته‌بندی عبوری آن در مقایسه با جایگزین‌های نصب سطحی، اتصال مکانیکی مستحکم‌تری فراهم می‌کند که در کاربردهای مستعد لرزش مفید است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

• س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک میکروکنترلر 3.3 ولتی درایو کنم؟ج: بله. Vf معمول 2.6 ولت است، بنابراین با منبع تغذیه 3.3 ولت، 0.7 ولت حاشیه برای یک مقاومت محدودکننده جریان وجود دارد. مقدار مقاومت کوچکتر خواهد بود: R = (3.3 - 2.6) / I\_desired. اطمینان حاصل کنید که جریان مطلوب در قابلیت‌های تامین/جذب جریان پایه میکروکنترلر قابل دستیابی است.
• س: هدف از ضریب کاهش درجه‌بندی برای جریان پیوسته چیست؟ج: ضریب کاهش درجه‌بندی (0.28 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد) کاهش قابلیت اتلاف حرارت در دمای محیط بالاتر را در نظر می‌گیرد. در دمای محیط 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته مجاز 25 میلی‌آمپر - [0.28 میلی‌آمپر/°C * (85°C-25°C)] = 25 میلی‌آمپر - 16.8 میلی‌آمپر = 8.2 میلی‌آمپر است. کارکرد بالاتر از این جریان کاهش‌یافته، خطر تجاوز از حداکثر دمای پیوند را دارد.
• س: دیتاشیت به \"نقطه اعشار دست راست\" اشاره می‌کند. این به چه معناست؟ج: این نشان‌دهنده موقعیت بخش نقطه اعشار است. \"نقطه اعشار دست راست\" به این معنی است که نقطه اعشار در سمت راست رقم قرار دارد که قرارداد استاندارد برای نمایش اعداد کسری است (مثلاً \"12.3\").
• س: آیا هیت سینک مورد نیاز است؟ج: برای کارکرد معمول در 20 میلی‌آمپر یا کمتر در هر بخش در دمای محیط متوسط، هیت سینک اختصاصی مورد نیاز نیست. خود PCB به عنوان یک پخش‌کننده حرارت عمل می‌کند. با این حال، برای کارکرد مداوم در حداکثر مقادیر مطلق یا در محیط‌های با دمای بالا، باید مدیریت حرارتی در نظر گرفته شود.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی نمایشگر ساده یک ولت‌متر دیجیتال.یک طراح به یک نمایشگر دو رقمی برای نمایش ولتاژ از 0.0 تا 9.9 ولت برای یک منبع تغذیه میز کار نیاز دارد. LTD-2601JS به دلیل خوانایی و رابط ساده آن انتخاب می‌شود. ADC میکروکنترلر ولتاژ را می‌خواند، آن را به یک عدد اعشاری تبدیل می‌کند و کدهای 7 قسمتی را برای رقم دهگان، رقم یکان و نقطه اعشار جستجو می‌کند. از دو ترانزیستور NPN برای سوئیچ کردن پایه‌های آند مشترک (رقم‌های 1 و 2) به زمین استفاده می‌شود. هشت پایه I/O میکروکنترلر، هر کدام با یک مقاومت سری 120 اهمی، به کاتدهای بخش (A-G و DP) متصل می‌شوند. فریم‌ور ارقام را با فرکانس 100 هرتز مالتی‌پلکس می‌کند. صفحه خاکستری/بخش سفید تضاد عالی در برابر پنل سیاه منبع تغذیه فراهم می‌کند. روشنایی بالا اطمینان می‌دهد که در یک آزمایشگاه پرنور قابل مشاهده است. انطباق بدون سرب با استانداردهای زیست‌محیطی شرکت برای محصولات جدید مطابقت دارد.

11. معرفی اصل کارکرد

اصل اساسی، الکترولومینسانس در یک پیوند P-N نیمه‌هادی است. ماده AlInGaP یک نیمه‌هادی با گاف نواری مستقیم است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل داخلی پیوند (تقریباً برابر با Vf) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه N از طریق پیوند به ناحیه P تزریق می‌شوند و حفره‌ها از ناحیه P به ناحیه N حرکت می‌کنند. این حامل‌های اقلیت تزریق شده (الکترون‌ها در سمت P، حفره‌ها در سمت N) با حامل‌های اکثریت بازترکیب می‌شوند. در یک ماده با گاف نواری مستقیم مانند AlInGaP، بخش قابل توجهی از این بازترکیب‌ها تابشی هستند، به این معنی که انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. انرژی خاص فوتون و در نتیجه طول موج (رنگ) آن، توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود که با نسبت‌های دقیق آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر طراحی شده است. زیرلایه غیرشفاف GaAs به انعکاس نور به سمت بالا کمک می‌کند و شدت نور مستقیم را افزایش می‌دهد. هر بخش یک تراشه LED جداگانه است و ترکیب بخش‌های روشن شده، عدد یا کاراکتر مورد نظر را تشکیل می‌دهد.

12. روندها و تحولات فناوری

در حالی که نمایشگرهای هفت قسمتی عبوری مانند LTD-2601JS برای نمونه‌سازی اولیه، کیت‌های آموزشی و کاربردهایی که نیاز به نصب مکانیکی مستحکم دارند، همچنان مرتبط هستند، روند گسترده صنعت به طور قطعی به سمت بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) است. LED‌های SMD ابعاد کوچک‌تر، پروفایل پایین‌تر، مناسب بودن برای مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place و اغلب عملکرد حرارتی بهتر از طریق اتصال مستقیم به PCB ارائه می‌دهند. برای نمایشگرها، IC درایورهای مجتمع رایج‌تر می‌شوند که آرایه LED را با منطق اسکن و گاهی حتی رابط‌های ارتباطی سریال (مانند I2C یا SPI) ترکیب می‌کنند و به شدت از بار I/O و نرم‌افزار میکروکنترلر می‌کاهند. از نظر مواد، در حالی که AlInGaP برای رنگ‌های قرمز، نارنجی و زرد عالی است، InGaN (ایندیم گالیم نیترید) به دلیل قابلیت تنظیم گاف نواری وسیع‌تر، بر بازار LED‌های آبی، سبز و سفید تسلط دارد. برای نمایشگرهای آینده، فناوری‌های micro-LED و mini-LED حتی چگالی، روشنایی و کارایی بالاتری را نوید می‌دهند، اگرچه این فناوری‌ها در حال حاضر برای صفحه‌های ویدیویی با وضوح بالا هدف‌گیری شده‌اند تا نمایشگرهای بخش ساده. با این حال، اصل پایدار قالب هفت قسمتی، کاربرد آن را در کاربردهای عددی حساس به هزینه و حیاتی از نظر خوانایی در آینده قابل پیش‌بینی تضمین می‌کند.