دیتاشیت نمایشگر LED هفت قسمتی LTS-5601AJG-J - ارتفاع رقم 14.22 میلی‌متر - سبز AlInGaP - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTS-5601AJG-J یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی هفت قسمتی تک رقمی است که برای کاربردهای نیازمند نمایش واضح و روشن اعداد طراحی شده است. این دستگاه دارای ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) است که دید عالی را فراهم می‌کند. دستگاه از فناوری پیشرفته نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای بخش‌های نورانی خود استفاده می‌کند که به رنگ سبز زنده در برابر صفحه زمینه خاکستری خنثی ارائه می‌شوند. این ترکیب کنتراست بالایی برای خوانایی بهینه ارائه می‌دهد. نمایشگر از پیکربندی الکتریکی آند مشترک استفاده می‌کند که یک رابط استاندارد و به طور گسترده پشتیبانی شده در طراحی مدار دیجیتال است.

1.1 مزایای اصلی

این نمایشگر چندین مزیت کلیدی برای طراحان و مهندسان ارائه می‌دهد. مزیت اصلی آن استفاده از چیپ‌های LED از جنس AlInGaP است که به دلیل بازدهی بالا و شدت نور عالی شناخته شده‌اند و منجر به خروجی روشن با مصرف انرژی نسبتاً کم می‌شوند. بخش‌های یکنواخت و پیوسته، ظاهر حرفه‌ای و ثابتی برای کاراکترها بدون فاصله یا بی‌قاعدگی تضمین می‌کنند. دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که ثبات در روشنایی بین دسته‌های تولیدی را فراهم می‌کند. علاوه بر این، دارای زاویه دید گسترده است که نمایشگر را از موقعیت‌های مختلف قابل خواندن می‌کند و قابلیت اطمینان حالت جامد بدون قطعات متحرک ارائه می‌دهد. بسته‌بندی نیز بدون سرب است و با مقررات زیست‌محیطی مدرن (RoHS) مطابقت دارد.

1.2 بازار هدف و کاربردها

این نمایشگر برای طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی نیازمند نمایش عددی مناسب است. کاربردهای معمول شامل ابزارهای تست و اندازه‌گیری (مولتی‌متر، اسیلوسکوپ)، پنل‌های کنترل صنعتی، دستگاه‌های پزشکی، لوازم خانگی مصرفی (مایکروویو، فر، ماشین لباسشویی)، داشبورد خودرو (برای نمایشگرهای جانبی یا پس از فروش) و پروژه‌های مختلف علاقه‌مندی یا نمونه‌سازی اولیه می‌شود. تعادل آن در اندازه، روشنایی و قابلیت اطمینان، آن را به انتخابی همه‌کاره برای سیستم‌های نهفته تجاری و صنعتی تبدیل می‌کند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از مشخصات الکتریکی و نوری ارائه شده در دیتاشیت را ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد.شدت نور متوسط (Iv)با حداقل 125 میکروکاندلا، مقدار معمول 400 میکروکاندلا و بدون حداکثر مشخص شده، هنگامی که با جریان مستقیم (IF) 1 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود، مشخص شده است. این نشان‌دهنده حداقل روشنایی تضمین شده است، در حالی که اکثر واحدها به طور قابل توجهی روشن‌تر عمل می‌کنند.طول موج اوج تابش (λp)571 نانومتر است وطول موج غالب (λd)572 نانومتر است، هر دو در IF=20mA اندازه‌گیری شده‌اند. این مقادیر نور ساطع شده را به طور قطع در ناحیه سبز طیف مرئی قرار می‌دهند.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)15 نانومتر است که خلوص رنگ سبز را توصیف می‌کند؛ عرض باریک‌تر نشان‌دهنده خروجی تک‌رنگ‌تر است.نسبت تطابق شدت نوربه حداکثر 2:1 برای نواحی نوری مشابه مشخص شده است، به این معنی که تفاوت روشنایی بین هر دو بخش نباید از ضریب دو تجاوز کند، که ظاهر یکنواخت را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط عملیاتی دستگاه را تعریف می‌کنند.ولتاژ مستقیم هر بخش (VF)دارای مقدار معمول 2.6 ولت و حداکثر 2.6 ولت در IF=20mA است. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی شبکه مقاومت محدودکننده جریان است.جریان مستقیم پیوسته هر بخشدر حداکثر 25 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است، با ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد. این به معنای کاهش جریان مجاز با افزایش دما برای جلوگیری از گرمای بیش از حد است.جریان مستقیم اوج60 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است که می‌تواند برای مالتی‌پلکس کردن یا دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالاتر استفاده شود.ولتاژ معکوس (VR)در 5 ولت درجه‌بندی شده است وجریان معکوس (IR)در این ولتاژ حداکثر 100 میکروآمپر است که نشان‌دهنده ویژگی‌های نشتی دیود در حالت خاموش است.

2.3 حداکثر مقادیر مجاز و ملاحظات حرارتی

این درجه‌بندی‌ها محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد.اتلاف توان هر بخشنباید از 70 میلی‌وات تجاوز کند.محدوده دمای عملیاتیاز 35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد است ومحدوده دمای ذخیره‌سازییکسان است. این محدوده گسترده دستگاه را برای محیط‌های خشن مناسب می‌سازد. دیتاشیت همچنین شرایط لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: واحد می‌تواند در دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند. رعایت این محدودیت‌ها در طول مونتاژ PCB برای جلوگیری از آسیب حرارتی به چیپ‌های LED یا بسته پلاستیکی بسیار مهم است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاهبر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است. این به فرآیند دسته‌بندی (بینینگ) در تولید اشاره دارد که در آن LEDها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (معمولاً 1 میلی‌آمپر، همانطور که ذکر شد) مرتب می‌شوند. واحدها در دسته‌هایی با محدوده‌های حداقل و حداکثر شدت نور تعریف شده گروه‌بندی می‌شوند. این امر تضمین می‌کند که مشتریان نمایشگرهایی با سطوح روشنایی یکنواخت دریافت می‌کنند. در حالی که کدهای دسته‌بندی خاص در این بخش توضیح داده نشده‌اند، طراحان باید آگاه باشند که چنین دسته‌بندی وجود دارد و ممکن است برای کاربردهای حیاتی که تطابق روشنایی بین چندین نمایشگر ضروری است، نیاز به مشخص کردن دسته مورد نظر داشته باشند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت بهمنحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولارجاع می‌دهد. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V): این منحنی غیرخطی نشان می‌دهد که ولتاژ چگونه با جریان افزایش می‌یابد. برای تعیین مقدار صحیح مقاومت سری برای دستیابی به جریان عملیاتی مورد نظر ضروری است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-L): این رابطه بین جریان راه‌اندازی و خروجی نور را نشان می‌دهد. این رابطه معمولاً در یک محدوده خطی است اما ممکن است در جریان‌های بالاتر به اشباع برسد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط: این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال LED کاهش می‌یابد. درک این کاهش برای طراحی‌هایی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنند کلیدی است.
• توزیع طیفی: نموداری که شدت نسبی نور را در طول‌موج‌های مختلف، حول طول موج اوج 571 نانومتر نشان می‌دهد.

طراحان باید هنگام در دسترس بودن، این منحنی‌ها را بررسی کنند تا عملکرد را بهینه کرده و عملیات قابل اطمینان را در محدوده دمایی و جریانی مورد نظر تضمین کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد و تلرانس‌ها

نقشه بسته‌بندی (که در متن به آن ارجاع داده شده اما جزئیات آن ارائه نشده) طرح فیزیکی نمایشگر را نشان می‌دهد. نکات کلیدی از دیتاشیت بیان می‌کند که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس عمومی ±0.25 میلی‌متر (0.01 اینچ) مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. یک تلرانس خاص برای جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر است که برای طراحی جای پایه PCB برای اطمینان از تراز مناسب و قابلیت لحیم‌کاری مهم است.

5.2 پیکربندی پایه‌ها و مدار داخلی

دستگاه دارای پیکربندی 10 پایه تک ردیف است. نمودار مدار داخلی یک پیکربندی آند مشترک را نشان می‌دهد، که در آن آندهای تمام بخش‌های LED (از A تا G و نقطه اعشار) به صورت داخلی به دو پایه مشترک (پایه 3 و پایه 8) متصل شده‌اند. کاتدهای هر بخش به پایه‌های جداگانه آورده شده‌اند. این پیکربندی رایج است زیرا مالتی‌پلکس کردن هنگام راه‌اندازی چندین رقم را ساده می‌کند، زیرا آندهای مشترک می‌توانند برای انتخاب رقم فعال سوئیچ شوند.

جدول اتصال پایه‌ها به شرح زیر است:

1. پایه 1: کاتد E
2. پایه 2: کاتد D
3. پایه 3: آند مشترک
4. پایه 4: کاتد C
5. پایه 5: کاتد D.P. (نقطه اعشار)
6. پایه 6: کاتد B
7. پایه 7: کاتد A
8. پایه 8: آند مشترک
9. پایه 9: کاتد F
10. پایه 10: کاتد G

5.3 شناسایی قطبیت

دستگاه به وضوح به عنوان نوعآند مشترکعلامت‌گذاری شده است. از نظر فیزیکی، ممکن است یک شکاف، نقطه یا گوشه اریب روی بسته‌بندی برای نشان دادن پایه 1 وجود داشته باشد. طراحان باید نمودار پایه‌ها را با بسته فیزیکی تطبیق دهند تا جهت‌گیری صحیح در طول مونتاژ PCB تضمین شود. قطبیت نادرست مانع از روشن شدن نمایشگر خواهد شد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

راهنمایی اولیه ارائه شده برای فرآیند لحیم‌کاری است. قطعه می‌تواند لحیم‌کاری موجی یا ریفلو را با حداکثر دمای260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در نقطه‌ای 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن تحمل کند. این یک پروفایل استاندارد JEDEC است. کنترل زمان و دمای لحیم‌کاری برای جلوگیری از تاب برداشتن بسته پلاستیکی یا آسیب دیدن اتصالات سیم داخلی توسط گرمای بیش از حد بسیار مهم است. پیش‌گرم کردن برای به حداقل رساندن شوک حرارتی توصیه می‌شود. پس از لحیم‌کاری، باید اجازه داد نمایشگر به طور طبیعی خنک شود. از اعمال تنش مکانیکی به پایه‌ها یا صفحه نمایشگر در طول جابجایی و مونتاژ خودداری کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعهLTS-5601AJG-Jاست. یک تجزیه معمول از چنین شماره قطعه‌ای می‌تواند به این صورت باشد: LTS (خانواده محصول)، 5601 (اندازه/کد)، A (رنگ/دسته روشنایی؟)، J (نوع بسته‌بندی؟)، G (سبز)، -J (پسوند برای تغییرات مانند نقطه اعشار سمت راست). دیتاشیت توضیح را به عنوان "آند مشترک سبز AlInGaP، نقطه اعشار سمت راست" تأیید می‌کند. این نشان می‌دهد نقطه اعشار در سمت راست رقم قرار دارد. نمایشگرها معمولاً در لوله‌ها یا سینی‌های ضد استاتیک برای محافظت از پایه‌ها و جلوگیری از آسیب تخلیه الکترواستاتیک در طول حمل و نقل و جابجایی عرضه می‌شوند.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

برای یک نمایشگر آند مشترک، مدار راه‌اندازی معمولاً شامل اتصال پایه(های) آند مشترک به ولتاژ تغذیه مثبت (Vcc) از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان یا یک سوئیچ ترانزیستوری (برای مالتی‌پلکس کردن) است. سپس هر پایه کاتد جداگانه (A-G, DP) به خروجی یک IC درایور، مانند دیکدر/درایور 7 قسمتی (مثلاً 74LS47 برای ورودی BCD) یا یک پایه GPIO میکروکنترلر متصل می‌شود. درایور جریان را به زمین می‌کشد تا بخش روشن شود. مقدار مقاومت محدودکننده جریان با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vcc - VF) / IF، که در آن VF ولتاژ مستقیم LED (معمولاً 2.6 ولت) و IF جریان مستقیم مورد نظر (مثلاً 10-20 میلی‌آمپر) است.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان: همیشه از مقاومت‌های سری برای هر بخش یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید. هرگز LED را مستقیماً به یک منبع ولتاژ وصل نکنید.
• مالتی‌پلکس کردن: برای راه‌اندازی چندین رقم، آندهای مشترک را در فرکانس بالا (مثلاً >100 هرتز) مالتی‌پلکس کنید. این به طور قابل توجهی تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را کاهش می‌دهد.
• اتلاف توان: اطمینان حاصل کنید که کل توان تلف شده (IF * VF * تعداد بخش‌های روشن) از محدودیت‌های حرارتی بسته تجاوز نمی‌کند، به ویژه در دمای محیط بالا.
• زاویه دید: نمایشگر را با در نظر گرفتن زاویه دید گسترده مشخص شده نصب کنید تا اطمینان حاصل شود که مخاطب مورد نظر می‌تواند آن را به وضوح ببیند.
• محافظت در برابر ESD:** اگرچه به صراحت ذکر نشده است، LEDها به تخلیه الکترواستاتیک حساس هستند. در طول مونتاژ با رعایت اقدامات احتیاطی مناسب ESD جابجا کنید.

9. مقایسه فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای سبز استاندارد GaP (گالیم فسفید)، فناوری AlInGaP مورد استفاده در این نمایشگر بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر در جریان یکسان یا روشنایی معادل در توان کمتر می‌شود. در مقایسه با LEDهای سفید مبتنی بر چیپ آبی + فسفر، این LED سبز تک‌رنگ طیف باریک‌تر و بازده بالقوه بالاتری برای کاربردهایی که فقط نور سبز نیاز است دارد. ارتفاع رقم 0.56 اینچ یک اندازه رایج است که تعادل خوبی بین خوانایی و مصرف فضای برد ارائه می‌دهد، بزرگتر از نمایشگرهای 0.3 اینچی برای دید بهتر اما کوچکتر از نمایشگرهای 1 اینچی برای فشردگی است.

10. پرسش‌های متداول (سوالات پرتکرار)

س: تفاوت بین آند مشترک و کاتد مشترک چیست؟

پ: در یک نمایشگر آند مشترک، تمام آندهای بخش‌ها به Vcc متصل شده‌اند و بخش‌ها با کشیدن کاتدهایشان به سطح LOW (زمین) روشن می‌شوند. در یک نمایشگر کاتد مشترک، تمام کاتدها به زمین متصل شده‌اند و بخش‌ها با اعمال ولتاژ HIGH (Vcc) به آندهایشان روشن می‌شوند. مدار راه‌اندازی بر این اساس متفاوت است.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟

پ: یک پایه GPIO معمولی میکروکنترلر فقط می‌تواند 20-25 میلی‌آمپر را سینک یا سورس کند. اگر یک مقاومت سری قرار دهید و در محدوده جریان MCU بمانید، می‌توانید یک بخش را مستقیماً راه‌اندازی کنید. برای چندین بخش یا مالتی‌پلکس کردن، از ICهای درایور اختصاصی یا آرایه‌های ترانزیستوری برای مدیریت جریان تجمعی بالاتر استفاده کنید.

س: دیتاشیت دو پایه آند مشترک (3 و 8) را فهرست کرده است. آیا باید هر دو را وصل کنم؟

پ: بله، برای حداکثر قابلیت اطمینان و توزیع جریان، توصیه می‌شود هر دو پایه آند مشترک را به منبع تغذیه وصل کنید. این به متعادل کردن بار جریان کمک می‌کند، به ویژه هنگامی که چندین بخش به طور همزمان روشن هستند.

س: چگونه مقدار مقاومت را برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان بخش 10 میلی‌آمپر محاسبه کنم؟

پ: با استفاده از VF(معمول) = 2.6 ولت: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 اهم. یک مقاومت استاندارد 220 یا 270 اهم مناسب خواهد بود. همیشه روشنایی و جریان را در مدار واقعی تأیید کنید.

11. مثال کاربردی عملی

پروژه: نمایشگر ولت‌متر دیجیتال ساده

در یک ولت‌متر دیجیتال ساده ساخته شده حول یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)، می‌توان از LTS-5601AJG-J برای نمایش ولتاژ اندازه‌گیری شده استفاده کرد. میکروکنترلر مقدار ADC را می‌خواند، آن را به ولتاژ تبدیل می‌کند و آن را به رقم‌ها قالب‌بندی می‌کند (مثلاً "12.5"). با استفاده از تکنیک مالتی‌پلکس کردن، MCU به طور متوالی آند مشترک هر رقم را فعال می‌کند (برای یک نمایشگر چند رقمی ساخته شده از چندین واحد) و الگوی کاتد را برای داده بخش مربوطه آن رقم خروجی می‌دهد. یک IC درایور مانند MAX7219 می‌تواند برای ساده کردن رابط استفاده شود که هم مالتی‌پلکس کردن و هم کنترل جریان را برای میکروکنترلر مدیریت می‌کند. روشنایی بالای بخش‌های AlInGaP تضمین می‌کند که خواندن حتی در محیط‌های با نور خوب نیز واضح باشد.

12. معرفی اصل فنی

LTS-5601AJG-J بر اساس ماده نیمه‌هادیAlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید)است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n چیپ LED اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد - در این مورد، سبز در حدود 571-572 نانومتر. چیپ‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs نصب شده‌اند که به هدایت نور از بالای چیپ کمک می‌کند. فیلتر صفحه خاکستری نور محیط را جذب می‌کند، با کاهش بازتاب‌ها کنتراست را بهبود بخشیده و بخش‌های سبز روشن را زنده‌تر نشان می‌دهد.

13. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای هفت قسمتی مجزا برای بسیاری از کاربردها حیاتی باقی مانده‌اند، روند کلی در فناوری نمایشگر به سمت یکپارچگی و انعطاف‌پذیری است. این شامل رشد نمایشگرهای LED ماتریس نقطه‌ای و OLEDهایی است که می‌توانند گرافیک و کاراکترهای دلخواه را نشان دهند. با این حال، برای نمایش‌های عددی اختصاصی، LEDهای هفت قسمتی مانند LTS-5601AJG-J به دلیل سادگی، قابلیت اطمینان، هزینه کم و خوانایی استثنایی همچنان مورد علاقه هستند. پیشرفت‌ها در مواد LED، مانند بهبود AlInGaP و InGaN (برای آبی/سبز)، همچنان به افزایش بازده و روشنایی ادامه می‌دهند. علاوه بر این، همواره تلاشی مستمر برای مینیاتوری‌سازی و بسته‌بندی‌های نصب سطحی وجود دارد، اگرچه انواع سوراخ‌دار مانند این مورد به دلیل استحکام و سهولت نمونه‌سازی اولیه باقی می‌مانند.