دیتاشیت نمایشگر هفت‌قطعه‌ای ELD-526SURWA/S530-A3 - ارتفاع رقم 13.6 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.4 ولت - قرمز درخشان - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ELD-526SURWA/S530-A3 یک نمایشگر تک‌رقمی هفت‌قطعه‌ای آلفانومریک است که برای نصب از طریق سوراخ (Through-Hole) طراحی شده است. این دستگاه دارای اندازه استاندارد صنعتی با ارتفاع رقم 13.6 میلی‌متر (0.54 اینچ) می‌باشد. دستگاه با تراشه‌های LED قرمز درخشان از جنس AlGaInP ساخته شده و درون یک پکیج رزین پخش‌کننده سفید با ظاهری سطح خاکستری قرار گرفته است. این ترکیب برای ارائه قابلیت اطمینان بالا و خوانایی عالی حتی در محیط‌های با نور محیطی روشن طراحی شده است. نمایشگر بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده و با استانداردهای زیست‌محیطی بدون سرب (Pb-free) و RoHS مطابقت دارد که آن را برای فرآیندهای مونتاژ الکترونیکی مدرن مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این نمایشگر شامل مصرف توان پایین، ابعاد استاندارد برای جایگزینی یا ادغام آسان، و عملکرد قوی در شرایط نوری مختلف است. طراحی آن بر طول عمر و خروجی یکنواخت تأکید دارد. کاربردهای هدف متنوع هستند و عمدتاً بر روی الکترونیک مصرفی و صنعتی متمرکز شده‌اند که در آنها نمایش واضح اعداد ضروری است. بازارهای کلیدی شامل پنل‌های کنترل لوازم خانگی (مانند فر، ماشین لباسشویی)، ابزارهای اندازه‌گیری، و نمایشگرهای دیجیتال همه‌منظوره در تجهیزات مختلف می‌شوند.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از مشخصات الکتریکی، نوری و حرارتی دستگاه را همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

حداکثر مقادیر مطلق مجاز، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. اینها شرایط کارکرد عادی نیستند.

• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست سریع پیوند (junction) شود.
• جریان مستقیم (I_F):25 میلی‌آمپر (پیوسته). حداکثر جریان DC که می‌توان به طور پیوسته اعمال کرد.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):60 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان پالسی مجاز است که در چرخه کاری 1/10 و فرکانس 1 کیلوهرتز مشخص شده است. این پارامتر برای کاربردهای مالتی‌پلکسینگ حیاتی است.
• توان تلف شده (P_d):60 میلی‌وات. حداکثر توانی که دستگاه می‌تواند به صورت گرما تلف کند، که از حاصلضرب ولتاژ مستقیم (V_F) در جریان مستقیم (I_F) محاسبه می‌شود.
• دمای عملیاتی (T_opr):40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیطی که در آن دستگاه تضمین می‌شود تا مشخصات منتشر شده خود را برآورده کند.
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg):40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):260 درجه سلسیوس برای مدت زمان حداکثر 5 ثانیه. این پارامتر برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی حیاتی است.

2.2 مشخصات الکترو-اپتیکال

این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (دمای محیط = 25 درجه سلسیوس) اندازه‌گیری شده و نمایانگر عملکرد معمول دستگاه هستند.

• شدت نور (I_v):مقدار معمول برای هر قطعه (سگمنت) در جریان 10 میلی‌آمپر، 12.5 میلی‌کاندلا است. حداقل مقدار مشخص شده 7.8 میلی‌کاندلا می‌باشد. دیتاشیت یک تلرانس ±10% را برای شدت نور ذکر می‌کند که بخشی از فرآیند دسته‌بندی (بینینگ) است. اندازه‌گیری میانگین در سراسر یک رقم هفت‌قطعه‌ای است.
• طول موج پیک (λ_p):632 نانومتر (معمول). این طول‌موجی است که در آن تابش طیفی در قوی‌ترین حالت است.
• طول موج غالب (λ_d):624 نانومتر (معمول). این طول‌موجی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (قرمز درخشان) را تعریف می‌کند.
• پهنای باند طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده محدوده طول‌موج‌های منتشر شده است که حول طول موج پیک متمرکز شده‌اند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):2.0 ولت (معمول)، با حداکثر 2.4 ولت در جریان 20 میلی‌آمپر. تلرانس ±0.1 ولت است. این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس 5 ولت.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه‌ها \"بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده‌اند.\" این به فرآیند بینینگ یا مرتب‌سازی اشاره دارد.

• دسته‌بندی شدت نور:LEDها آزمایش شده و بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد، در گروه‌هایی (بین‌ها) دسته‌بندی می‌شوند. تلرانس مشخص شده ±10% محدوده یک بین خاص را تعریف می‌کند. طراحان باید آگاه باشند که روشنایی می‌تواند در این محدوده از یک بچ تولیدی به بچ دیگر متفاوت باشد، که اگر چندین نمایشگر در کنار هم در یک محصول استفاده شوند ممکن است محسوس باشد.
• دسته‌بندی ولتاژ مستقیم:اگرچه به صراحت به عنوان یک پارامتر بین شده ذکر نشده است، اما تلرانس ±0.1 ولت روی V_Fنشان‌دهنده کنترل دقیق است. تغییرات قابل توجه در ولتاژ مستقیم در چندین قطعه یا رقم می‌تواند در صورت راه‌اندازی در پیکربندی موازی ساده بدون محدودکننده جریان جداگانه، منجر به توزیع نابرابر جریان شود.
• دسته‌بندی طول‌موج/رنگ:دیتاشیت مقادیر معمول برای طول موج پیک و غالب را مشخص می‌کند اما از بین‌های رنگ صریحی نام نمی‌برد. برای یک نمایشگر قرمز درخشان استاندارد، طول موج غالب معمول 624 نانومتر هدف است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل منحنی‌های مشخصه معمول است که بینشی از رفتار دستگاه در شرایط غیراستاندارد ارائه می‌دهد.

4.1 توزیع طیف

منحنی توزیع طیفی (شدت نسبی در مقابل طول‌موج) یک پیک باریک را حول 632 نانومتر (پیک) با طول موج غالب در 624 نانومتر نشان می‌دهد. پهنای باند 20 نانومتر نشان‌دهنده رنگ قرمز نسبتاً خالص است که مشخصه ماده نیمه‌هادی AlGaInP می‌باشد. این ماده به دلیل بازدهی بالا در محدوده رنگ قرمز تا کهربایی شناخته شده است.

4.2 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد. برای یک LED معمولی، منحنی جریان بسیار پایینی را نشان می‌دهد تا زمانی که ولتاژ مستقیم به نقطه \"زانو\" (حدود 1.8-2.0 ولت برای این دستگاه) برسد، پس از آن جریان با افزایش کمی در ولتاژ به سرعت افزایش می‌یابد. این موضوع اهمیت راه‌اندازی LEDها با یک منبع جریان ثابت به جای یک منبع ولتاژ ثابت را برای جلوگیری از فرار حرارتی (thermal runaway) و اطمینان از روشنایی یکنواخت تأکید می‌کند.

4.3 منحنی کاهش جریان مستقیم (Derating)

این یک نمودار حیاتی برای مدیریت حرارتی است. حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان می‌دهد. با افزایش دمای محیط، توانایی دستگاه برای دفع گرما کاهش می‌یابد. بنابراین، حداکثر جریان عملیاتی ایمن باید کاهش یابد (درجه‌بندی شود) تا از تجاوز از حد دمای پیوند جلوگیری شده و قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین شود. منحنی معمولاً از جریان نامی (مثلاً 25 میلی‌آمپر) در دمای 25 درجه سلسیوس شروع شده و تا جریان صفر در حداکثر دمای پیوند شیب می‌یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد و نقشه

نقشه ابعاد پکیج، اندازه‌های فیزیکی دقیق را برای چیدمان PCB ارائه می‌دهد. ابعاد کلیدی شامل ارتفاع کلی، عرض و عمق نمایشگر، فاصله بین پایه‌ها (پیتچ)، قطر پایه و اندازه سوراخ PCB توصیه شده است. نقشه شامل یادداشتی است که تلرانس‌ها ±0.25 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. مهندسان باید به این ابعاد پایبند باشند تا اطمینان حاصل شود که نمایشگر به درستی روی برد مدار چاپی قرار می‌گیرد و تراز است.

5.2 پین‌اوت و شناسایی قطبیت

نمودار مدار داخلی، پیکربندی آند مشترک هفت قطعه و نقطه اعشار (در صورت وجود) را نشان می‌دهد. شماره پایه‌های مربوط به هر قطعه (a تا g) و پایه(های) آند مشترک را شناسایی می‌کند. شناسایی صحیح قطبیت ضروری است؛ اعمال ولتاژ معکوس یا اتصال مشترک نادرست مانع از روشن شدن نمایشگر شده یا ممکن است به آن آسیب برساند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

• فرآیند لحیم‌کاری:این دستگاه برای لحیم‌کاری موجی یا دستی مناسب است. حداکثر مقدار مطلق مجاز برای دمای لحیم‌کاری 260 درجه سلسیوس برای حداکثر مدت 5 ثانیه است. این یک رتبه‌بندی استاندارد برای قطعات نصب از طریق سوراخ است و به جلوگیری از آسیب حرارتی به تراشه LED و پکیج پلاستیکی کمک می‌کند.
• محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD):دیتاشیت حاوی هشدار جدی در مورد حساسیت ESD است. LEDهای AlGaInP می‌توانند توسط تخلیه الکترواستاتیک آسیب ببینند. اقدامات احتیاطی توصیه شده برای جابجایی شامل استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، ایستگاه‌های کاری و کف‌پوش‌های ضد ESD، زیراندازهای میز رسانا، و زمین‌سازی مناسب تمام تجهیزات است. اگر مواد عایق وجود دارند، باید از یونایزرها یا سایر روش‌های خنثی‌کننده بار استفاده شود.
• شرایط نگهداری:دستگاه‌ها باید در محدوده دمای ذخیره‌سازی مشخص شده (40- تا 100+ درجه سلسیوس) در یک محیط کم‌رطوبت و محافظت شده در برابر ESD نگهداری شوند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

دستگاه در تیوب‌ها برای مونتاژ خودکار بسته‌بندی شده است. فرآیند بسته‌بندی استاندارد به این صورت است: 20 قطعه در هر تیوب، 36 تیوب در هر جعبه، و 4 جعبه در هر کارتن اصلی. این در مجموع 2880 قطعه در هر کارتن می‌شود.

7.2 توضیح برچسب

برچسب بسته‌بندی شامل چندین کد است: شماره محصول مشتری (CPN)، شماره محصول سازنده (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، رتبه شدت نور (CAT)، و شماره بچ (LOT No.). فیلد \"CAT\" مستقیماً با بین شدت نور که قبلاً بحث شد مطابقت دارد.

8. پیشنهادات طراحی کاربرد

8.1 مدارهای کاربرد معمول

به عنوان یک نمایشگر با آند مشترک، آندها (پایه‌های مشترک) معمولاً از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان یا یک سوئیچ ترانزیستوری (برای مالتی‌پلکسینگ) به ولتاژ تغذیه مثبت متصل می‌شوند. سپس کاتد هر قطعه به یک درایور IC (مانند یک دیکودر/درایور 7-قطعه یا یک پین GPIO میکروکنترلر) که قادر به سینک کردن جریان مورد نیاز است، متصل می‌شود. یک مقاومت سری محدودکننده جریان برای هر قطعه یا آند مشترک اجباری است تا جریان مستقیم را به مقدار مورد نظر (مثلاً 20-10 میلی‌آمپر) تنظیم کند. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_supply- V_F) / I_F.

8.2 ملاحظات طراحی و هشدارها

• محدود کردن جریان:همیشه از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. هرگز LED را مستقیماً به یک منبع ولتاژ وصل نکنید.
• محافظت در برابر ولتاژ معکوس:مدار درایو باید اطمینان حاصل کند که حتی در حالت خاموش نیز هیچ ولتاژ معکوسی به LED اعمال نمی‌شود. ولتاژ معکوس پیوسته می‌تواند باعث مهاجرت فلز و آسیب دائمی شود. در مدارهای AC یا مالتی‌پلکس، در نظر بگیرید که یک دیود محافظ به موازات LED اضافه کنید (که در حین کارکرد عادی در بایاس معکوس است).
• مدیریت حرارتی:برای کاربردهای با دمای محیط بالا یا هنگام راه‌اندازی نزدیک به حداکثر جریان، منحنی کاهش جریان (derating) را در نظر بگیرید. اطمینان حاصل کنید که فاصله کافی روی PCB برای دفع گرما وجود دارد.
• مالتی‌پلکسینگ:این نمایشگر برای کاربردهای مالتی‌پلکس شده که در آن چندین رقم خطوط درایور را به اشتراک می‌گذارند، مناسب است. رتبه جریان مستقیم پیک (60 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/10) از این پشتیبانی می‌کند. جریان متوسط هر قطعه نباید از رتبه جریان مستقیم پیوسته (25 میلی‌آمپر) تجاوز کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر یا نمایشگرهای کوچکتر، ELD-526SURWA/S530-A3 مزایای خاصی ارائه می‌دهد:

• ماده (AlGaInP در مقابل GaAsP):فناوری AlGaInP در مقایسه با LEDهای قدیمی GaAsP که اغلب نارنجی‌تر یا کم‌نورتر به نظر می‌رسند، بازده نوری بالاتر و رنگ قرمز درخشان و اشباع‌شده‌تری ارائه می‌دهد.
• اندازه استاندارد:ارتفاع رقم 13.6 میلی‌متر یک استاندارد صنعتی است که تضمین می‌کند با طراحی‌های محصول موجود و قاب‌ها سازگاری گسترده‌ای دارد.
• مصرف توان پایین:با ولتاژ مستقیم معمول 2.0 ولت، به طور کارآمد عمل می‌کند و در مقایسه با نمایشگرهایی با V_F.
• سطح خاکستری:سطح خاکستری (در مقابل سیاه) با کاهش نور محیطی منعکس شده، کنتراست بهتری در محیط‌های با نور روشن ایجاد می‌کند و خوانایی را افزایش می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم این نمایشگر را با منطق 5 ولت از یک میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: بله، اما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. به عنوان مثال، برای دستیابی به حدود 10 میلی‌آمپر با منبع تغذیه 5 ولت: R = (5V - 2.0V) / 0.01A = 300 اهم. یک مقاومت 330 اهم یک مقدار استاندارد است که جریان کمی کمتر ارائه می‌دهد که ایمن است.

سوال: چرا یک حداقل شدت نور مشخص شده (7.8 میلی‌کاندلا) و یک مقدار معمول (12.5 میلی‌کاندلا) وجود دارد؟

پاسخ: حداقل مقدار، حد پایین تضمین شده برای دستگاه‌هایی است که تحت این شماره قطعه فروخته می‌شوند. مقدار معمول، میانگین خروجی تولید است. به دلیل فرآیند بینینگ (±10%)، ممکن است دستگاه‌هایی دریافت کنید که روشنایی آنها در هر نقطه از آن محدوده دسته‌بندی شده باشد.

سوال: آیا این نمایشگر برای استفاده در فضای باز مناسب است؟

پاسخ: محدوده دمای عملیاتی (40- تا 85+ درجه سلسیوس) نشان می‌دهد که می‌تواند طیف وسیعی از محیط‌ها را تحمل کند. با این حال، برای قرارگیری مستقیم در فضای باز، عوامل اضافی که در دیتاشیت پوشش داده نشده‌اند، مانند مقاومت پلاستیک در برابر UV، ضد آب بودن و پوشش محافظ (conformal coating) برای PCB را در نظر بگیرید.

سوال: اگر از ولتاژ معکوس 5 ولت تجاوز کنم چه اتفاقی می‌افتد؟

پاسخ: تجاوز از رتبه ولتاژ معکوس می‌تواند به دلیل شکست بهمنی (avalanche breakdown) باعث خرابی فوری و فاجعه‌بار پیوند LED شود. دستگاه برای تحمل بایاس معکوس طراحی نشده است.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی نمایشگر دیجیتال ساده برای ولت‌متر.

یک طراح در حال ایجاد یک واحد منبع تغذیه میز کار است که به نمایشگر ولتاژ 3 رقمی نیاز دارد. آنها سه نمایشگر ELD-526SURWA/S530-A3 را انتخاب می‌کنند. میکروکنترلر (مثلاً یک ATmega328) از یک درایور IC هفت‌قطعه‌ای مانند MAX7219 استفاده خواهد کرد. مراحل طراحی شامل موارد زیر است: 1) چیدمان PCB بر اساس ابعاد پکیج، با اطمینان از فاصله صحیح پایه‌ها. 2) اتصال آندهای مشترک هر رقم به خطوط انتخاب رقم درایور IC. 3) اتصال کاتدهای قطعات (a-g) به خطوط قطعه درایور IC. 4) برنامه‌نویسی میکروکنترلر برای خواندن مقدار ADC، تبدیل آن به ولتاژ و ارسال کدهای رقم مناسب به MAX7219 از طریق SPI. 5) تنظیم جریان درایو در رجیسترهای MAX7219 برای هدف قرار دادن 15-10 میلی‌آمپر در هر قطعه، با اطمینان از باقی ماندن در محدوده رتبه‌بندی نمایشگر. سطح خاکستری نمایشگر به طور خاص انتخاب شده است زیرا محیط آزمایشگاه دارای نور فلورسنت سقفی است.

12. معرفی اصل عملکرد

یک نمایشگر LED هفت‌قطعه‌ای مجموعه‌ای از دیودهای نورافشان (LED) منفرد است که به شکل رقم \"8\" چیده شده‌اند. هر قطعه (با نام a تا g) یک LED جداگانه است. با روشن کردن انتخابی قطعات خاص، هر عددی از 0 تا 9 و برخی حروف را می‌توان تشکیل داد. ELD-526SURWA/S530-A3 از پیکربندی آند مشترک استفاده می‌کند، به این معنی که آندهای (ترمینال‌های مثبت) تمام LEDهای قطعه در یک رقم به یکدیگر و به یک پایه(های) مشترک متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک قطعه، آند مشترک آن به یک منبع ولتاژ (از طریق یک محدودکننده جریان) متصل می‌شود و کاتد آن (ترمینال منفی) به یک ولتاژ پایین‌تر (زمین) متصل می‌شود. نور از طریق الکترولومینسانس در ماده نیمه‌هادی AlGaInP تولید می‌شود: هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) در طول‌موجی متناسب با گاف انرژی ماده، که در طیف قرمز است، آزاد می‌کنند.

13. روندها و زمینه فناوری

نمایشگرهای LED هفت‌قطعه‌ای نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اطمینان هستند. در حالی که فناوری‌های نمایشگر جدیدتر مانند OLEDهای ماتریس نقطه‌ای یا LCDهای TFT انعطاف‌پذیری بیشتری برای گرافیک و فونت‌های سفارشی ارائه می‌دهند، LEDهای 7 قطعه‌ای در کاربردهای خاص مزایای قوی خود را حفظ می‌کنند: روشنایی برتر و خوانایی در نور خورشید، زوایای دید بسیار گسترده، قابلیت اطمینان بالا و طول عمر طولانی، سادگی کنترل و هزینه کمتر برای کاربردهایی که فقط به خروجی عددی نیاز دارند. روند در چنین نمایشگرهای LED گسسته به سمت بازدهی بالاتر (نور خروجی بیشتر در هر میلی‌آمپر جریان)، بینینگ دقیق‌تر برای یکنواختی رنگ و روشنایی، و ادامه رعایت مقررات زیست‌محیطی در حال تحول (RoHS, REACH) است. پکیج نصب از طریق سوراخ، همانطور که در این دیتاشیت استفاده شده است، به تدریج توسط نسخه‌های نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار تکمیل می‌شود، اما نصب از طریق سوراخ همچنان برای نمونه‌سازی اولیه، تعمیر و کاربردهایی که نیاز به استحکام مکانیکی بالاتری دارند حیاتی باقی می‌ماند.