دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-3401LJF - ارتفاع رقم 0.8 اینچ - رنگ زرد نارنجی - ولتاژ آستانه 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-3401LJF یک نمایشگر تک‌رقمی هفت‌قطعه‌ای دیود نورافشان (LED) است که برای کاربردهای نیازمند نمایش عددی واضح و کم‌مصرف طراحی شده است. فناوری هسته آن بر پایه ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) است که به دلیل تولید نور با بازدهی بالا در طیف کهربایی تا قرمز-نارنجی شناخته می‌شود. این قطعه خاص نور زرد-نارنجی ساطع می‌کند. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری و قطعات سفید رنگ است که کنتراست و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. اهداف طراحی اصلی این قطعه، مصرف توان پایین، ظاهر عالی کاراکتر با روشنایی یکنواخت قطعات و قابلیت اطمینان حالت جامد است که آن را برای طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی و صنعتی که نیاز به نمایش واضح و کارآمد داده‌های عددی دارند، مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی

• کارکرد کم‌مصرف:برای مصرف توان حداقلی طراحی شده است و آن را برای کاربردهای مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی ایده‌آل می‌کند.
• قابلیت دید بالا:ظاهر عالی کاراکتر با قطعات پیوسته و یکنواخت و زاویه دید گسترده ارائه می‌دهد که خوانایی از موقعیت‌های مختلف را تضمین می‌کند.
• قابلیت اطمینان حالت جامد:به عنوان یک دستگاه مبتنی بر LED، از عمر عملیاتی طولانی، مقاومت در برابر ضربه و عملکرد یکنواخت در مقایسه با نمایشگرهای مکانیکی یا رشته‌ای برخوردار است.
• رابط استاندارد:نیازمندی‌های درایو سازگار با مدارهای مجتمع، ادغام با میکروکنترلرها و مدارهای منطقی رایج را ساده می‌کند.
• عملکرد دسته‌بندی شده:قطعات بر اساس شدت نور دسته‌بندی می‌شوند که امکان تطابق یکنواخت روشنایی در کاربردهای چندرقمی را فراهم می‌آورد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و فیزیکی تعریف شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 مشخصات الکتریکی

پارامترهای الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط عملیاتی نمایشگر را تعریف می‌کنند.

• حداکثر مقادیر مطلق:اینها محدودیت‌های تنش هستند که تحت هیچ شرایطی نباید از آن‌ها تجاوز کرد تا از آسیب دائمی جلوگیری شود.
  • اتلاف توان هر قطعه:حداکثر 70 میلی‌وات. این مقدار اثر ترکیبی جریان مستقیم و افت ولتاژ در هر قطعه LED را محدود می‌کند.
  • جریان مستقیم پیوسته هر قطعه:حداکثر 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. یک ضریب کاهش خطی 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط بالای 25 درجه سانتی‌گراد اعمال می‌شود.
  • جریان مستقیم پیک هر قطعه:حداکثر 60 میلی‌آمپر، اما تنها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه). این امکان رانش بیش از حد کوتاه‌مدت را برای دستیابی به روشنایی پیک بالاتر در کاربردهای مالتی‌پلکس فراهم می‌کند.
  • ولتاژ معکوس هر قطعه:حداکثر 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند به پیوند PN LED آسیب برساند.
  • محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
  • دمای لحیم‌کاری:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است.
• مشخصات الکتریکی/نوری (در T_A=25°C):اینها پارامترهای عملیاتی معمول هستند.
  • ولتاژ آستانه (V_F):2.05 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول) در I_F=20mA. این افت ولتاژ در یک قطعه فعال است که با جریان مشخص شده راه‌اندازی می‌شود.
  • جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در V_R=5V. این نشان‌دهنده جریان نشتی حداقلی زمانی است که LED در بایاس معکوس قرار دارد.

2.2 مشخصات نوری

پارامترهای نوری، خروجی نور و ویژگی‌های رنگی نمایشگر را کمّی می‌کنند.

• شدت نور میانگین (I_V):320 میکروکاندلا (حداقل)، 900 میکروکاندلا (معمول) در I_F=1mA. این معیاری از روشنایی درک شده یک قطعه است که توسط یک سنسور فیلتر شده برای تطابق با پاسخ فوتوپیک چشم انسان (منحنی CIE) اندازه‌گیری می‌شود. محدوده وسیع نشان‌دهنده فرآیند دسته‌بندی است.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):حداکثر 2:1 در I_F=10mA. این حداکثر تغییرات مجاز روشنایی بین قطعات مختلف یک رقم یا بین واحدهای مختلف را مشخص می‌کند و یکنواختی بصری را تضمین می‌نماید.
• طول موج تابش پیک (λ_p):611 نانومتر (معمول) در I_F=20mA. این طول موجی است که در آن توان خروجی نوری در بیشترین مقدار است.
• طول موج غالب (λ_d):605 نانومتر (معمول) در I_F=20mA. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و بهترین تطابق را با رنگ نور ساطع شده دارد و سایه زرد-نارنجی آن را تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):17 نانومتر (معمول) در I_F=20mA. این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده است؛ مقدار کوچکتر به معنای رنگ تک‌فام (خالص)‌تر است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که قطعات \"بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده‌اند.\" این به فرآیند مرتب‌سازی پس از تولید (دسته‌بندی) اشاره دارد.

• دسته‌بندی شدت نور:پس از تولید، LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده آن‌ها در یک جریان تست استاندارد (مثلاً 1mA یا 10mA) آزمایش و گروه‌بندی می‌شوند. مقدار معمول مشخص شده 900 میکروکاندلا و حداقل 320 میکروکاندلا، دسته‌های ممکن را تعریف می‌کند. استفاده از قطعات دسته‌بندی شده، سطوح روشنایی یکنواخت در تمام قطعات یک نمایشگر چندرقمی را تضمین می‌کند که برای یکنواختی زیبایی‌شناختی و عملکردی در محصول نهایی حیاتی است. طراحان باید برای بررسی موجودی کد دسته خاص و مشخصات خرید، با سازنده مشورت کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که گزیده PDF ارائه شده به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" اشاره می‌کند، نمودارهای خاص در متن گنجانده نشده‌اند. به طور معمول، چنین منحنی‌هایی شامل موارد زیر می‌شوند:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش می‌یابد، معمولاً به صورت زیرخطی، که تغییرات بازدهی را برجسته می‌کند.
• ولتاژ آستانه در مقابل جریان مستقیم:رابطه نمایی I-V دیود را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد، که برای مدیریت حرارتی در کاربردهای با دمای بالا یا روشنایی بالا حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که طول موج‌های پیک و غالب و نیم‌عرض طیفی را به صورت بصری نشان می‌دهد.

طراحان همیشه باید برای درک کامل این روابط جهت طراحی مدار مقاوم، به دیتاشیت کامل همراه با نمودارها مراجعه کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد فیزیکی

دستگاه به عنوان یک نمایشگر با ارتفاع رقم 0.8 اینچ توصیف شده است که معادل 20.32 میلی‌متر برای ارتفاع خود کاراکتر عددی است. نقشه ابعاد پکیج (که در متن به آن ارجاع داده شده اما جزئیات آن ارائه نشده) طول، عرض و ارتفاع کلی پکیج پلاستیکی، فاصله پایه‌ها و قرارگیری قطعات را مشخص می‌کند. تلرانس‌ها معمولاً ±0.25 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. نقشه‌های مکانیکی دقیق برای طراحی جای پای PCB و اطمینان از قرارگیری مناسب درون محفظه ضروری هستند.

5.2 پیکربندی پایه‌ها و مدار داخلی

LTS-3401LJF یک نمایشگرآند مشترکاست. این بدان معناست که آندهای تمام قطعات LED (و نقاط اعشار) به صورت داخلی به هم متصل شده و به پایه‌های مشترک (4، 6، 12، 17) آورده شده‌اند. کاتدهای هر قطعه (A-G، و نقاط اعشار چپ/راست) پایه‌های مخصوص به خود را دارند. برای روشن کردن یک قطعه، پایه کاتد متناظر آن باید به سطح LOW (متصل به زمین یا یک سینک جریان) رانده شود در حالی که پایه آند مشترک در سطح HIGH (متصل به V_CCاز طریق یک مقاومت محدودکننده جریان) نگه داشته می‌شود. جدول پایه‌ها برای چیدمان صحیح PCB و توسعه روال درایو نرم‌افزاری حیاتی است. چندین پایه (1، 8، 9، 16، 18) به عنوان \"بدون پایه\" فهرست شده‌اند، به این معنی که از نظر فیزیکی وجود دارند اما از نظر الکتریکی متصل نیستند (N/C).

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت یک پارامتر کلیدی لحیم‌کاری ارائه می‌دهد: پکیج می‌تواند دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1/16 اینچ (1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن، تحمل کند. این یک مرجع استاندارد برای لحیم‌کاری موجی است. برای لحیم‌کاری ریفلو، یک پروفیل استاندارد بدون سرب با دمای پیک حدود 260 درجه سانتی‌گراد قابل اعمال است، اما زمان بالای نقطه ذوب باید کنترل شود. توصیه می‌شود دستورالعمل‌های استاندارد JEDEC/IPC برای مدیریت دستگاه‌های حساس به رطوبت (در صورت وجود) رعایت شود و از اعمال تنش مکانیکی روی پایه‌ها در حین مونتاژ اجتناب گردد. ذخیره‌سازی باید در محدوده دمای مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک انجام شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

• تجهیزات تست و اندازه‌گیری:مولتی‌مترهای دیجیتال، فرکانس‌شمارها، منبع تغذیه‌ها.
• الکترونیک مصرفی:ساعت‌ها، تایمرها، لوازم آشپزخانه، نمایشگرهای تجهیزات صوتی.
• کنترل‌های صنعتی:پنل مترها، نشانگرهای فرآیند، نمایشگرهای سیستم کنترل.
• صنایع جانبی خودرو:گیج‌ها و نمایشگرهایی که نیازمند دید بالا و قابلیت اطمینان هستند.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری برای هر اتصال آند مشترک (یا هر قطعه در یک طرح مالتی‌پلکس) برای تنظیم جریان مستقیم استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_CC- V_F) / I_F محاسبه کنید. برای یک طراحی ایمن، از حداکثر V_F از دیتاشیت استفاده کنید.
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چندرقمی، یک مدار درایو مالتی‌پلکس رایج است. این شامل چرخه‌ای کردن برق (از طریق آند مشترک) به هر رقم به سرعت، در حالی که داده‌های قطعه متناظر برای آن رقم ارائه می‌شود، است. این امر تعداد پایه‌های I/O مورد نیاز را به شدت کاهش می‌دهد. اطمینان حاصل کنید که در چنین پیکربندی‌هایی از ریتینگ جریان پیک (60 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/10) تجاوز نشود.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما هنگام نصب نمایشگر، خط دید کاربر مورد نظر را در نظر بگیرید.
• مدیریت حرارتی:اگرچه کم‌مصرف است، در دماهای محیطی بالا یا تنظیمات روشنایی بالا، با در نظر گرفتن چیدمان برد و جریان هوا، اطمینان حاصل کنید که دمای پکیج در محدوده مجاز باقی می‌ماند.

8. مقایسه و تمایز فنی

مشخصه اصلی متمایزکننده LTS-3401LJF استفاده از فناوریAlInGaPبرای تابش زرد-نارنجی است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای استاندارد GaAsP (فسفید گالیم آرسنید)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر برای همان جریان درایو یا مصرف توان پایین‌تر برای همان روشنایی می‌شود. همچنین به طور کلی پایداری و ثبات رنگ بهتری در طول دما و عمر ارائه می‌دهد. در مقایسه با LEDهای سفید (که معمولاً LEDهای آبی با پوشش فسفر هستند)، این دستگاه تک‌فام برای کاربردهایی که رنگ کهربایی/نارنجی خاصی مورد نظر است، مانند تنظیمات سازگار با نور کم یا دید در شب، بازده بالاتری ارائه می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

• س: هدف از اتصالات \"بدون پایه\" چیست؟
  
  ج: آن‌ها نگهدارنده‌های مکانیکی هستند که به ایمن‌سازی پکیج در حین لحیم‌کاری کمک کرده و یکپارچگی ساختاری را فراهم می‌کنند. آن‌ها نباید به هیچ شبکه الکتریکی در مدار شما متصل شوند.
• س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر 5 ولتی راه‌اندازی کنم؟
  
  ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. اتصال مستقیم 5 ولت به کاتد (با آند HIGH) سعی در کشیدن جریان بیش از حد خواهد داشت که به LED و احتمالاً پایه میکروکنترلر آسیب می‌رساند. مقاومت را بر اساس ولتاژ تغذیه و جریان قطعه مورد نظر محاسبه کنید.
• س: \"آند مشترک\" برای طراحی مدار من چه معنایی دارد؟
  
  ج: به این معنی است که شما ولتاژ مثبت (V_CC) را به پایه(های) آند مشترک می‌دهید و جریان را از طریق پایه‌های کاتد مجزا به زمین می‌کشید تا قطعات روشن شوند. مدار درایو شما (مثلاً یک میکروکنترلر) یک قطعه را با تنظیم پایه I/O متصل به کاتد آن به حالت منطقی LOW (0V) فعال می‌کند.
• س: چگونه در یک طراحی چندرقمی به روشنایی یکنواخت دست یابم؟
  
  ج: قطعات را از همان کد دسته شدت نور از سازنده تهیه کنید. علاوه بر این، اطمینان حاصل کنید که مقادیر مقاومت‌های محدودکننده جریان برای تمام قطعات یکسان است و از جریان درایو ثابتی در طرح مالتی‌پلکس یا درایو استاتیک خود استفاده کنید.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک نمایشگر ساده ولت‌متر دیجیتال.

یک طراح در حال ایجاد یک نمایشگر ولت‌متر DC سه رقمی با استفاده از LTS-3401LJF است. آن‌ها از یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای اندازه‌گیری ولتاژ استفاده می‌کنند. سه نمایشگر استفاده می‌شود. پایه‌های میکروکنترلر برای راه‌اندازی مستقیم تمام قطعات (3 رقم * 8 قطعه = 24 خط) کافی نیستند، بنابراین یک طراحی مالتی‌پلکس انتخاب می‌شود. از یک شیفت‌رجیستر 8 بیتی با خروجی‌های سینک جریان ثابت (مثلاً 74HC595 با ترانزیستورهای خارجی یا یک IC درایور LED اختصاصی) برای کنترل تمام کاتدهای قطعات (A-G، DP) برای تمام ارقام استفاده می‌شود. سه پایه I/O میکروکنترلر برای فعال‌سازی انتخابی آند مشترک هر رقم از طریق ترانزیستورهای PNP کوچک یا MOSFET استفاده می‌شوند. نرم‌افزار به سرعت بین فعال‌سازی هر رقم (1، 2، 3) چرخه می‌زند در حالی که الگوی قطعه متناظر برای آن رقم را به شیفت‌رجیستر منتقل می‌کند. ماندگاری دید باعث می‌شود تمام ارقام به طور پیوسته روشن به نظر برسند. طراح مقاومت‌های محدودکننده جریان را برای خطوط آند مشترک بر اساس منبع تغذیه 5 ولت، V_F برابر 2.6 ولت و جریان متوسط قطعه مورد نظر 10 میلی‌آمپر، با تنظیم برای چرخه کاری 1/3 مالتی‌پلکس سه رقم، محاسبه می‌کند.

11. معرفی اصل فناوری

LTS-3401LJF بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند PN نیمه‌هادی ساخته شده از AlInGaP (فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌های ماده نوع N با حفره‌های ماده نوع P در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نوار نیمه‌هادی را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را دیکته می‌کند - در این مورد، زرد-نارنجی (~605 نانومتر طول موج غالب). استفاده از زیرلایه GaAs غیرشفاف با جذب نور پراکنده به بهبود کنتراست کمک کرده و در ظاهر عالی کاراکتر نمایشگر نقش دارد. هفت قطعه مجزا توسط چندین تراشه LED کوچک AlInGaP که به صورت یک الگو چیده شده‌اند تشکیل شده‌اند که هر یک از نظر الکتریکی ایزوله و آدرس‌پذیر هستند.

12. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای LED همچنان یک راه‌حل مقاوم و مقرون‌به‌صرفه برای نمایش‌های عددی باقی مانده‌اند، چشم‌انداز گسترده‌تر فناوری نمایشگر در حال تکامل است. روندی به سمت یکپارچه‌سازی بالاتر وجود دارد، مانند نمایشگرهای دارای کنترلر داخلی (رابط I2C یا SPI) که به شدت I/O مورد نیاز میکروکنترلر و پیچیدگی نرم‌افزار را کاهش می‌دهند. از نظر مواد، فناوری AlInGaP برای رنگ‌های کهربایی/قرمز بالغ و بسیار کارآمد است. برای کاربردهای تمام‌رنگ یا سفید، LEDهای مبتنی بر InGaN (نیترید گالیم ایندیم) برای آبی/سبز/سفید غالب هستند. روندهای آینده ممکن است شامل ولتاژهای عملیاتی حتی پایین‌تر، بازده بالاتر (نور بیشتر در هر وات) و یکپارچه‌سازی نمایشگرها در زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر یا شفاف باشد، اگرچه این موارد بیشتر مربوط به انواع جدیدتر نمایشگرها نسبت به دستگاه‌های عددی قطعه‌ای سنتی هستند. مزایای اصلی LEDها - قابلیت اطمینان، طول عمر و کارکرد با ولتاژ پایین - استفاده مستمر آن‌ها را در کاربردهایی که این عوامل از اهمیت بالایی برخوردارند، تضمین می‌کند.