دیتاشیت نمایشگر هفت‌قطعه‌ای LED مدل LTS-546AKF - ارتفاع رقم 13.2 میلی‌متر - رنگ زرد نارنجی - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-546AKF یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی تک‌رقمی هفت‌قطعه‌ای است که برای کاربردهای نیازمند نمایش عددی واضح و روشن طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری ارقام (9-0) و برخی حروف با استفاده از قطعات LED کنترل‌شده به صورت مجزا است. فناوری هسته از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تولید نور زرد نارنجی متمایز استفاده می‌کند. این دستگاه با ارتفاع رقم 0.52 اینچ (13.2 میلی‌متر) مشخص می‌شود که تعادلی بین خوانایی و اندازه فشرده ارائه می‌دهد. دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری قطعات سفید است که کنتراست و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. نمایشگر از پیکربندی آند مشترک استفاده می‌کند که مدار درایو را در بسیاری از سیستم‌های مبتنی بر میکروکنترلر ساده می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی این نمایشگر از فناوری و طراحی LED مبتنی بر AlInGaP آن ناشی می‌شود. روشنایی بالا و کنتراست عالی ارائه می‌دهد که حتی در محیط‌های پرنور نیز دید را تضمین می‌کند. زاویه دید گسترده امکان خواندن اطلاعات نمایش‌داده‌شده از موقعیت‌های مختلف را فراهم می‌سازد. علاوه بر این، از قابلیت اطمینان حالت جامد با طول عمر عملیاتی طولانی و مصرف توان کم در مقایسه با فناوری‌های نمایشگر قدیمی‌تر مانند نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلأ برخوردار است. دستگاه برای شدت نور دسته‌بندی شده و در پکیجی عاری از سرب و مطابق با دستورالعمل‌های RoHS عرضه می‌شود. بازارهای هدف اصلی آن شامل پنل‌های کنترل صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، لوازم خانگی مصرفی، داشبورد خودرو (برای نمایشگرهای ثانویه) و هر سیستم توکار نیازمند یک نشانگر عددی قابل اطمینان و کم‌نیاز به نگهداری است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی پارامترهای کلیدی الکتریکی و نوری فهرست‌شده در دیتاشیت را ارائه می‌دهد و اهمیت آن‌ها را برای مهندسان طراحی توضیح می‌دهد.

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در هسته عملکرد نمایشگر قرار دارد.شدت نور میانگین (Iv)با مقدار معمول 1400 µcd در جریان مستقیم (IF) برابر 1mA مشخص شده است. این پارامتر که با استفاده از یک فیلتر تقریب‌زننده منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE اندازه‌گیری می‌شود، روشنایی درک‌شده را نشان می‌دهد. محدوده وسیع (حداقل: 500، حداکثر: نامشخص) حاکی از فرآیند دسته‌بندی برای شدت است.طول موج اوج تابش (λp)برابر 611 نانومتر است، وطول موج غالب (λd)در IF=20mA برابر 605 نانومتر است. این مقادیر نقطه رنگ زرد نارنجی را تعریف می‌کنند.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)به اندازه 17 نانومتر نشان‌دهنده خلوص طیفی نور ساطع‌شده است؛ عرض باریک‌تر به معنای رنگ اشباع‌شده‌تر خواهد بود.نسبت تطابق شدت نوربه میزان 2:1 (حداکثر) برای نواحی نوری مشابه برای ظاهر یکنواخت در تمام قطعات یک رقم حیاتی است و اطمینان می‌دهد که هیچ قطعه‌ای به طور محسوسی کم‌نورتر یا پرنورتر از قطعات مجاور خود به نظر نرسد.

2.2 پارامترهای الکتریکی و حرارتی

مشخصات الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط عملیاتی را تعریف می‌کنند.ولتاژ مستقیم هر قطعه (VF)دارای مقدار معمول 2.6 ولت در IF=20mA است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار درایو می‌تواند این ولتاژ را تأمین کند.مقادیر حداکثر مطلقمحدودیت‌های سخت را تعیین می‌کنند: حداکثر اتلاف توان 70mW برای هر قطعه و حداکثر جریان مستقیم پیک 60mA (در 1kHz، چرخه وظیفه 10%). جریان مستقیم پیوسته هر قطعه از 25mA در دمای 25°C با نرخ 0.33 mA/°C کاهش می‌یابد، به این معنی که جریان عملیاتی ایمن با افزایش دمای محیط برای جلوگیری از آسیب حرارتی کاهش می‌یابد.محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازیبین 35- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس است که استحکام محیطی دستگاه را تعریف می‌کند.جریان معکوس (IR)به عنوان حداکثر 100 µA در VR=5V مشخص شده است، اما دیتاشیت به صراحت اشاره می‌کند که عملکرد با ولتاژ معکوس پیوسته نیست.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

در حالی که بخش ارائه‌شده از دیتاشیت جزئیات یک سیستم رسمی دسته‌بندی چندپارامتری رایج در LEDهای سفید را شرح نمی‌دهد، اما حاکی از دسته‌بندی بر اساس معیارهای کلیدی عملکرد است. دسته‌بندی اولیه ظاهراً برایشدت نورانجام می‌شود، زیرا دستگاه "برای شدت نور دسته‌بندی شده است." این بدان معناست که واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (احتمالاً 1mA یا 20mA) مرتب و فروخته می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته خریداری‌شده تضمین شود. اگرچه برای این مدل به صراحت ذکر نشده است، LEDهای AlInGaP ممکن است برایولتاژ مستقیم (VF)نیز دسته‌بندی شوند تا طراحی مقاومت محدودکننده جریان در پیکربندی‌های درایو موازی ساده‌تر شود و برایطول موج غالب (λd)دقیق تا ظاهر رنگی یکسانی در تمام ارقام یک نمایشگر چندرقمی تضمین گردد. طراحان باید برای کدهای دسته‌بندی خاص و محدوده‌های موجود با سازنده مشورت کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، می‌توانیم محتوای استاندارد و کاربرد آن‌ها را استنباط کنیم. یکمنحنی شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (IV-IF)نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، معمولاً به صورت زیرخطی، که به بهینه‌سازی جریان درایو برای روشنایی مطلوب در مقابل بازده کمک می‌کند. یکمنحنی ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (VF-IF)برای طراحی مقاومت سری صحیح یا درایور جریان ثابت ضروری است. منحنیشدت نور نسبی در مقابل دمای محیطکاهش حرارتی خروجی نور را نشان می‌دهد که برای کاربردهای عملیاتی در محیط‌های با دمای بالا حیاتی است. در نهایت، یکنمودار توزیع توان طیفیطول موج اوج و نیم‌عرض طیفی را به صورت بصری نمایش می‌دهد. این منحنی‌ها ابزارهای حیاتی برای پیش‌بینی عملکرد تحت شرایط غیراستاندارد هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

نقشه مکانیکی فرم فیزیکی را تعریف می‌کند. نمایشگر دارای ارتفاع رقم 13.2mm (0.52 اینچ) است. ابعاد پکیج بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25mm ارائه شده است. دستگاه دارای 10 پایه با فاصله 0.1 اینچ (2.54mm) است که یک استاندارد رایج برای قطعات نصب‌شونده از طریق سوراخ (THT) می‌باشد. نقشه معمولاً طول، عرض و ارتفاع کلی پکیج، صفحه نشیمن و منطقه ممنوعه PCB توصیه‌شده را نشان می‌دهد. شناسایی قطبیت واضح از طریق جدول اتصال پایه‌ها و نمودار مدار داخلی که پیکربندی آند مشترک را نشان می‌دهد، ارائه شده است. توضیح "صفحه خاکستری و قطعات سفید" طراحی زیبایی‌شناختی پنل جلویی را تأیید می‌کند.

5.1 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

پایه‌ها به وضوح تعریف شده‌اند: پایه‌های 3 و 8 آندهای مشترک هستند. کاتدهای قطعات E، D، C، نقطه اعشار (D.P.)، B، A، F و G به ترتیب به پایه‌های 1، 2، 4، 5، 6، 7، 9 و 10 متصل هستند. نمودار مدار داخلی ساختار آند مشترک را تأیید می‌کند، جایی که تمام آندهای قطعات LED داخلی به دو پایه آند مشترک متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک قطعه، پایه کاتد متناظر آن باید به سطح پایین (متصل به زمین یا سینک جریان) درایو شود در حالی که یک ولتاژ مثبت به پایه(های) آند مشترک اعمال می‌شود. این پیکربندی هنگام استفاده از پورت‌های میکروکنترلر پیکربندی‌شده به صورت درین باز (open-drain) یا هنگام استفاده از ترانزیستورهای درایور سمت پایین (low-side) مزیت دارد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت شرایط لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: "1/16 اینچ زیر صفحه نشیمن به مدت 3 ثانیه در دمای 260 درجه سلسیوس." این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی است. نشان می‌دهد که پایه‌ها باید تا عمق تقریبی 1.6mm (1/16 اینچ) زیر بدنه پلاستیکی نمایشگر در موج لحیم غوطه‌ور شوند و بیش از 3 ثانیه نمانند، در حالی که دمای حوضچه لحیم 260 درجه سلسیوس است. تجاوز از این محدودیت‌ها می‌تواند به اتصالات سیمی داخلی یا پکیج پلاستیکی آسیب برساند. برای لحیم‌کاری دستی، باید از هویه با دمای کنترل‌شده با حداقل زمان تماس استفاده شود. برای لحیم‌کاری رفلو، پروفیل استاندارد عاری از سرب با دمای پیک حدود 260 درجه سلسیوس قابل اعمال است، اما جرم حرارتی خاص قطعه باید در نظر گرفته شود. محدوده دمای ذخیره‌سازی (35- تا 85+ درجه سلسیوس) نیز باید قبل از مونتاژ رعایت شود تا از جذب رطوبت جلوگیری گردد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

کد سفارش اصلیLTS-546AKFاست. پسوند "AKF" احتمالاً ویژگی‌های خاصی مانند رنگ (زرد-نارنجی)، ارتفاع رقم و نوع پکیج را کدگذاری می‌کند. هدر دیتاشیت ذکر می‌کند که این یک "پکیج عاری از سرب (مطابق با RoHS)" است. بسته‌بندی استاندارد برای چنین قطعات نصب‌شونده از طریق سوراخی معمولاً در لوله‌ها یا سینی‌های ضد استاتیک است و سپس در جعبه‌های بزرگتر یا ریل‌ها برای حمل‌ونقل عمده قرار می‌گیرد. تعداد در هر لوله یا ریل یک مقدار استاندارد است (مثلاً 50 یا 100 عدد) اما با توزیع‌کننده یا سازنده تأیید می‌شود. برچسب‌های روی بسته‌بندی شامل شماره قطعه، تعداد، کد تاریخ و احتمالاً کد دسته‌بندی شدت نور خواهد بود.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

این نمایشگر برای هر کاربرد نیازمند یک رقم واحد با خوانایی بالا ایده‌آل است. کاربردهای متداول شامل: پنل متر برای ولتاژ، جریان یا دما؛ ساعت‌ها و تایمرهای دیجیتال؛ تابلوهای امتیاز؛ شمارنده‌های تولید؛ صفحه‌های تنظیم روی ماشین‌آلات صنعتی؛ و نشانگرهای وضعیت روی الکترونیک مصرفی (مثلاً شماره کانال روی یک رادیوی قدیمی) می‌شود. محدوده دمای گسترده آن، آن را برای محیط‌های داخلی و برخی محیط‌های بیرونی محافظت‌شده مناسب می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی و مدارات

هنگام یکپارچه‌سازی LTS-546AKF، چندین عامل باید در نظر گرفته شود.محدود کردن جریان:باید از یک مقاومت سری برای هر قطعه یا برای آند مشترک استفاده شود تا جریان مستقیم به یک مقدار ایمن محدود شود (مثلاً 10-20mA برای تعادل بین روشنایی و طول عمر). مقدار مقاومت با استفاده از R = (Vcc - VF) / IF محاسبه می‌شود.روش درایو:می‌تواند مستقیماً توسط پین‌های GPIO میکروکنترلر درایو شود اگر بتوانند جریان کافی را سینک کنند (قابلیت سینک پورت MCU را بررسی کنید). برای جریان‌های بالاتر یا مالتی‌پلکس کردن چندین رقم، آی‌سی‌های درایور اختصاصی (مانند رجیسترهای شیفت 74HC595 با محدودکننده جریان، یا چیپ‌های درایور LED اختصاصی مانند MAX7219) توصیه می‌شوند.مالتی‌پلکسینگ:در حالی که این یک قطعه تک‌رقمی است، اصل اگر از چندین واحد استفاده شود اعمال می‌شود. مالتی‌پلکسینگ با روشن کردن یک رقم در هر بار به سرعت، پین‌های I/O را ذخیره می‌کند. طراحی آند مشترک برای این کار بسیار مناسب است، جایی که آندها توسط ترانزیستورها سوئیچ می‌شوند و کاتدها توسط یک الگوی پایدار درایو می‌شوند.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با سایر فناوری‌های هفت‌قطعه‌ای، LEDهای AlInGaP مزایای متمایزی ارائه می‌دهند. در مقابلLEDهای قرمز قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP بازده و روشنایی به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به دید بهتر می‌شود. در مقایسه باLEDهای مبتنی بر GaN آبی/سفید با فیلتربرای دستیابی به رنگ‌های دیگر، AlInGaP طیف باریک‌تری دارد که منجر به خلوص رنگ بالاتر و اغلب کارایی بالاتر برای رنگ هدف خود (زرد نارنجی) می‌شود. در مقابلنمایشگرهای LCD، این نمایشگر LED از نوع تابشی است، به این معنی که نور خود را تولید می‌کند و بنابراین در تاریکی بدون نور پس‌زمینه به راحتی قابل مشاهده است و زاویه دید بسیار گسترده‌تر و زمان پاسخ سریع‌تری دارد. معاوضه اصلی آن مصرف توان بالاتر برای هر قطعه در مقایسه با LCD است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: برای درایو یک قطعه در 20mA با منبع تغذیه 5V از چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

ج: با استفاده از VF معمول 2.6 ولت: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 اهم. یک مقاومت استاندارد 120Ω مناسب خواهد بود.

س: آیا می‌توانم دو پایه آند مشترک را به هم وصل کنم؟

ج: بله، آن‌ها داخلی به هم متصل هستند. اتصال هر دو به مدار درایو می‌تواند به توزیع جریان و بهبود قابلیت اطمینان کمک کند.

س: حداکثر جریان پیوسته در دمای 25°C برابر 25mA است. در دمای 70°C چقدر است؟

ج: نرخ کاهش 0.33 mA/°C است. افزایش دما 70 - 25 = 45°C است. کاهش جریان = 45 * 0.33mA ≈ 14.85mA. حداکثر جریان ≈ 25mA - 14.85mA = 10.15mA. شما باید در دماهای بالا به طور قابل توجهی زیر این مقدار عمل کنید.

س: چرا شرایط آزمایش جریان معکوس (VR=5V) مشخص شده است اگر نمی‌توانم آن را در حالت معکوس به کار ببرم؟

ج: این یک پارامتر آزمایش کیفیت و نشتی است. جریان معکوس بالا می‌تواند نشان‌دهنده اتصال آسیب‌دیده باشد. این پارامتر یکپارچگی دستگاه را تضمین می‌کند، نه یک حالت عملیاتی عملکردی.

11. مثال عملی طراحی و استفاده

طراحی یک نمایشگر دماسنج دیجیتال ساده با استفاده از یک میکروکنترلر را در نظر بگیرید. سنسور دما (مانند یک ترمیستور یا سنسور دیجیتال مانند DS18B20) یک مقدار به MCU ارائه می‌دهد. MCU این مقدار را به یک رقم (9-0) تبدیل کرده و قطعات متناظر LTS-546AKF را از طریق پورت‌های GPIO خود فعال می‌کند. یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با اتصال آند مشترک قرار می‌گیرد. کد MCU شامل یک جدول جستجو خواهد بود که مقدار رقم (9-0) را به یک الگوی 7 بیتی کنترل‌کننده پایه‌های کاتد (G-A) نگاشت می‌کند. نقطه اعشار (پایه 5) در صورت نیاز می‌تواند برای نشان دادن دهم درجه استفاده شود. این یک راه‌حل نمایش ساده و قابل اطمینان برای سیستم‌های توکار را نشان می‌دهد.

12. معرفی اصل عملکرد

نمایشگر هفت‌قطعه‌ای مجموعه‌ای از هفت دیود نورافشان (LED) است که به صورت الگوی عدد هشت چیده شده‌اند. هر LED یک قطعه را تشکیل می‌دهد (با برچسب A تا G). با روشن کردن انتخابی ترکیب‌های خاصی از این قطعات، الگوهای اعداد 9-0 و برخی حروف می‌توانند تشکیل شوند. LTS-546AKF از ماده نیمه‌هادی AlInGaP استفاده می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل اتصال دیود (VF) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. انرژی گاف نواری خاص آلیاژ AlInGaP طول موج نور ساطع‌شده را تعیین می‌کند که در این مورد در محدوده زرد نارنجی (~605-611 نانومتر) است. پیکربندی آند مشترک به این معنی است که تمام آندهای LED داخلی به یکدیگر متصل شده‌اند.

13. روندها و بافت فناوری

در حالی که نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای LED گسسته برای کاربردهای خاص همچنان مرتبط هستند، روند کلی گسترده‌تر در فناوری نمایشگر به سمت یکپارچه‌سازی و کوچک‌سازی است. پکیج‌های LED نصب‌شونده سطحی (SMD) و ماژول‌های چندرقمی یکپارچه با کنترلر داخلی رایج‌تر می‌شوند و فضای برد و زمان مونتاژ را ذخیره می‌کنند. علاوه بر این، برای طراحی‌های جدید نیازمند اطلاعات پیچیده‌تر (متن، گرافیک)، اغلب ماژول‌های کوچک OLED یا TFT LCD انتخاب می‌شوند. با این حال، نمایشگر هفت‌قطعه‌ای LED کلاسیک برای نمایش‌های عددی ساده مزایای کلیدی خود را حفظ می‌کند: سادگی شدید، استحکام، روشنایی بالا، هزینه کم برای ارقام منفرد و سهولت در واسط‌سازی. حرکت از مواد قدیمی‌تر مانند GaAsP به سمت AlInGaP نشان‌دهنده روند جاری به سمت منابع نور حالت جامد با بازده بالاتر و قابل اطمینان‌تر در تمام کاربردهای LED است.