دیتاشیت فنی LTC-5653KF - نمایشگر چهار رقمی LED 0.56 اینچی با رنگ نارنجی زرد - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTC-5653KF یک ماژول نمایشگر LED چهار رقمی و هفت قسمتی با کارایی بالا است که برای کاربردهای نیازمند نمایش واضح اعداد طراحی شده است. عملکرد اصلی آن ارائه نمایشی روشن و خوانا برای ابزارها، پنل‌های کنترل، تجهیزات آزمایشگاهی و الکترونیک مصرفی است که نمایش داده‌های عددی در آن‌ها حیاتی می‌باشد.

مزیت اصلی این قطعه در استفاده از فناوری پیشرفته نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای چیپ‌های نورافشان است. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و خلوص رنگ عالی در طیف قرمز تا نارنجی زرد شناخته شده است. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری سفید برای قطعات است که به طور قابل توجهی کنتراست و خوانایی را هنگام روشن شدن قطعات، به ویژه در شرایط مختلف نور محیطی، افزایش می‌دهد.

بازار هدف این قطعه شامل اتوماسیون صنعتی، ابزارهای پزشکی، نمایشگرهای فرعی داشبورد خودرو، پایانه‌های فروش و تجهیزات آزمایشگاهی است. طراحی آن بر پایه قابلیت اطمینان، عمر عملیاتی طولانی و عملکرد نوری یکنواخت اولویت‌بندی شده و آن را برای کاربردهای تجاری و صنعتی مناسب می‌سازد.

2. تفسیر عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط آزمایش استاندارد در دمای محیط (T_A) برابر با 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده است. پارامترهای کلیدی عبارتند از:

• شدت نور متوسط (I_V):این معیار قدرت نور دریافتی ساطع شده از یک قطعه است. مقدار معمول آن 2222 میکروکاندلا (µcd) است که در جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر اعمال می‌شود. حداقل مقدار تضمین شده 800 میکروکاندلا است. این روشنایی بالا، دید از فاصله و در محیط‌های پرنور را تضمین می‌کند.
• طول موج اوج تابش (λ_p):طول موجی که در آن طیف تابش به حداکثر شدت خود می‌رسد. برای این قطعه نارنجی زرد، مقدار معمول 611 نانومتر (nm) است. این پارامتر نقطه رنگ غالب نور ساطع شده را تعریف می‌کند.
• طول موج غالب (λ_d):این مقدار 605 نانومتر است که درک تک طول‌موجی از رنگی است که بیشترین تطابق را با خروجی رنگ واقعی LED دارد. به دلیل شکل منحنی حساسیت طیفی چشم انسان، کمی با طول موج اوج متفاوت است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):این مقدار 17 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی نور است. نیم‌عرض باریک‌تر به معنای رنگ اشباع‌شده‌تر و خالص‌تر است. این مقدار برای فناوری AlInGaP معمول بوده و به رنگ متمایز نارنجی زرد کمک می‌کند.
• نسبت تطابق شدت نور:حداکثر 2:1 برای نواحی نوری مشابه مشخص شده است. این بدان معناست که اختلاف روشنایی بین هر دو قطعه از یک رقم نباید از ضریب دو تجاوز کند و ظاهری یکنواخت در سراسر نمایشگر را تضمین می‌نماید.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی محدودیت‌های عملیاتی و شرایط استفاده مطمئن را تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم هر قطعه (V_F):معمولاً 2.6 ولت در I_F=20mA، با حداکثر 2.6 ولت. این افت ولتاژ در طول یک قطعه LED هنگام عبور جریان است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار درایو می‌تواند ولتاژ کافی برای غلبه بر این افت را تأمین کند.
• جریان مستقیم پیوسته هر قطعه (I_F):حداکثر جریان DC توصیه شده برای کار پیوسته 25 میلی‌آمپر است. تجاوز از این مقدار می‌تواند منجر به تخریب سریع‌تر و کاهش عمر مفید شود.
• جریان مستقیم اوج هر قطعه:جریان بالاتر 90 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است. این برای طرح‌های مالتی‌پلکس که در آن‌ها روشنایی لحظه‌ای بالاتر مورد نیاز است، مفید می‌باشد.
• ولتاژ معکوس (V_R):حداکثر ولتاژ بایاس معکوس مجاز 5 ولت است. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث خرابی فوری و فاجعه‌بار پیوند LED شود.
• جریان معکوس (I_R):معمولاً کمتر از 100 میکروآمپر در حداکثر ولتاژ معکوس 5 ولت است که نشان‌دهنده کیفیت خوب پیوند است.
• اتلاف توان هر قطعه:محدود به 70 میلی‌وات است. این مقدار به صورت V_F* I_Fمحاسبه می‌شود. کار در این محدوده برای مدیریت حرارتی حیاتی است.

2.3 ریتینگ‌های حرارتی و محیطی

• محدوده دمای عملیاتی:35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد. این محدوده وسیع، نمایشگر را برای محیط‌های سخت، از سرمای یخبندان تا تنظیمات صنعتی گرم، مناسب می‌سازد.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد.
• کاهش ریت جریان:جریان مستقیم پیوسته باید به صورت خطی از 25 میلی‌آمپر در 25 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد. این بدان معناست که با افزایش دمای محیط بالای 25 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته مجاز باید برای جلوگیری از گرمای بیش از حد کاهش یابد. ضریب کاهش 0.28 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد است.

3. توضیح سیستم باینینگ

در حالی که دیتاشیت ارائه شده به صراحت یک سیستم باینینگ چند سطحی برای پارامترهایی مانند طول موج یا شدت را جزئیات نمی‌دهد، اما محدوده‌های تنگ‌تری برای مشخصات نوری کلیدی مشخص می‌کند. مقادیر معمول برای طول موج اوج (611 نانومتر) و طول موج غالب (605 نانومتر) نشان‌دهنده یک فرآیند تولید کنترل‌شده است. شدت نور دارای یک حداقل مقدار تعریف‌شده (800 میکروکاندلا) و یک مقدار معمول (2222 میکروکاندلا) است که نشان می‌دهد قطعات برای رسیدن به آستانه حداقل عملکرد غربال می‌شوند. برای کاربردهای نیازمند تطابق دقیق‌تر رنگ یا روشنایی، کاربران باید برای گزینه‌های باینینگ خاص با سازنده مشورت کنند یا قطعات را از یک دسته تولیدی یکسان انتخاب نمایند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمول اشاره می‌کند که برای درک رفتار قطعه تحت شرایط غیراستاندارد ضروری هستند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، اما منحنی‌های استاندارد LED معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه بین ولتاژ مستقیم و جریان مستقیم را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است و با افزایش ولتاژ مستقیم از آستانه پیوند (حدود 2 ولت برای AlInGaP)، جریان به شدت افزایش می‌یابد.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:این منحنی نشان می‌دهد که خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد اما ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افت حرارتی و بازدهی، زیرخطی شود.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:برای LEDهای AlInGaP، خروجی نور عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد. این منحنی برای طراحی سیستم‌هایی که در کل محدوده دمایی کار می‌کنند، حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که یک قله حدود 611 نانومتر با عرض مشخصه (Δλ) 17 نانومتر را نشان می‌دهد.

طراحان باید از این منحنی‌ها برای تعیین جریان‌های درایو مناسب برای روشنایی مورد نظر در دماهای مختلف و درک نیازمندی‌های ولتاژ مدار درایو استفاده کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این قطعه یک المان نصب از طریق سوراخ (Through-Hole) با پکیج دو خطی استاندارد 12 پایه است.

• ارتفاع رقم:0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر). این اندازه فیزیکی هر کاراکتر عددی را تعریف می‌کند.
• ابعاد پکیج:همه ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند. تلرانس عمومی برای ابعاد مکانیکی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. یک یادداشت خاص به تلرانس جابجایی نوک پایه +0.4 میلی‌متر اشاره می‌کند که برای قرارگیری سوراخ‌های PCB و فرآیندهای لحیم‌کاری موجی مهم است.
• شناسایی قطبیت:قطعه از پیکربندی آند مشترک استفاده می‌کند. نمودار مدار داخلی (ارجاع داده شده اما نشان داده نشده) جزئیات چگونگی اتصال داخلی آندهای همه قطعات برای هر رقم به یکدیگر و چگونگی خروج کاتدهای قطعات جداگانه به پایه‌های مجزا را شرح می‌دهد. این پیکربندی برای درایوهای مالتی‌پلکس رایج است.
• اتصال پایه‌ها:پایه‌ها به وضوح تعریف شده‌اند: پایه‌های 6، 8، 9 و 12 به ترتیب آندهای مشترک ارقام 4، 3، 2 و 1 هستند. پایه‌های باقی‌مانده کاتدهای قطعات خاص (A تا G و DP) رقم 1 هستند. برای یک نمایشگر چهار رقمی کامل، کاتدهای قطعات به احتمال زیاد در بین ارقام به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند (مثلاً همه قطعات 'A' یک پایه کاتد مشترک دارند)، جزئیاتی که در نمودار مدار داخلی تأیید خواهد شد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت شرایط لحیم‌کاری خاصی را برای جلوگیری از آسیب در حین مونتاژ ارائه می‌دهد.

• لحیم‌کاری موجی یا دستی:شرایط توصیه شده لحیم‌کاری در دمای 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه است، با نوک هویه حداقل 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن بدنه پکیج قرار گیرد. این کار از انتقال گرمای بیش از حد به بالا از طریق پایه‌ها و آسیب به چیپ‌های LED داخلی و اتصالات سیمی جلوگیری می‌کند.
• احتیاط عمومی:دمای خود واحد LED در طول فرآیند مونتاژ نباید از حداکثر ریت دمایی آن (105 درجه سانتی‌گراد عملیاتی، احتمالاً مشابه برای قرارگیری کوتاه‌مدت در حین لحیم‌کاری) تجاوز کند.
• شرایط ذخیره‌سازی:قطعات باید در محدوده دمای ذخیره‌سازی مشخص شده (35- تا 105+ درجه سانتی‌گراد) در یک محیط خشک نگهداری شوند. قطعات حساس به رطوبت باید تا زمان استفاده در کیسه‌های مهر و موم شده با ماده خشک‌کن نگهداری شوند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه اصلی دستگاه LTC-5653KF است. این شماره ویژگی‌های کلیدی را کدگذاری می‌کند: احتمالاً سری (LTC)، اندازه/نوع (5653) و رنگ/ویژگی (KF برای نارنجی زرد با نقطه اعشار سمت راست). دیتاشیت جزئیات بسته‌بندی عمده (مانند تعداد در تیوب، تری یا ریل) را مشخص نمی‌کند. برای تولید، کاربران باید برای گزینه‌های بسته‌بندی خاص، اندازه‌های ریل و مشخصات نوار سازگار با تجهیزات قرارگیری خودکار با تأمین‌کننده تماس بگیرند.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• تایمرها و شمارنده‌های صنعتی:برای نمایش زمان فرآیند، تعداد تولید یا ساعت‌های کارکرد ماشین.
• تجهیزات تست و اندازه‌گیری:مولتی‌مترهای دیجیتال، فرکانس‌کانترها، منبع تغذیه‌ها و نمایش‌دهنده‌های سنسور.
• لوازم خانگی مصرفی:مایکروویو، ماشین‌های لباسشویی، تقویت‌کننده‌های صوتی (برای سطح صدا یا فرکانس ایستگاه).
• نمایشگرهای جانبی خودرو:گیج‌های ولتاژ، دما یا دور در دقیقه (RPM) در نصب‌های سفارشی.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو:به دلیل پیکربندی آند مشترک، یک IC درایور مناسب (مانند دیکدر/درایور هفت قسمتی یا یک میکروکنترلر با قابلیت تأمین جریان کافی) مورد نیاز است. آندها به Vcc سوئیچ می‌شوند، در حالی که کاتدها برای روشن کردن یک قطعه به سطح پایین کشیده می‌شوند.
• محدود کردن جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر خط کاتد (یا به طور بالقوه برای هر آند مشترک در یک تنظیم مالتی‌پلکس) اجباری هستند تا جریان مستقیم را روی یک مقدار ایمن (مثلاً 20-10 میلی‌آمپر) تنظیم کنند. مقدار مقاومت به صورت R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F.
• محاسبه می‌شود.مالتی‌پلکسینگ:
• برای یک نمایشگر 4 رقمی، تقریباً همیشه از مالتی‌پلکسینگ برای به حداقل رساندن تعداد پایه‌ها روی کنترلر استفاده می‌شود. این شامل چرخه سریع برق به آند مشترک هر رقم در حالی است که داده‌های قطعه برای آن رقم روی خطوط کاتد مشترک ارائه می‌شود. ماندگاری دید، توهم روشن بودن همزمان همه ارقام را ایجاد می‌کند. ریت جریان اوج (90 میلی‌آمپر) اجازه جریان لحظه‌ای بالاتر در طول پالس مالتی‌پلکس کوتاه را برای دستیابی به روشنایی متوسط می‌دهد.زاویه دید:

زاویه دید وسیع برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از کنار دیده شود، مفید است.

9. مقایسه فنی

• تمایز اصلی LTC-5653KF در فناوری AlInGaP و فرم فاکتور مکانیکی خاص آن نهفته است.در مقابل LEDهای استاندارد GaP یا GaAsP:
• AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتر و اشباع رنگ بهتری در طیف قرمز-نارنجی-زرد ارائه می‌دهد که منجر به نمایشگرهای روشن‌تر با مصرف توان کمتر برای همان روشنایی دریافتی می‌شود.در مقابل نمایشگرهای SMD (دستگاه نصب سطحی):
• این یک قطعه نصب از طریق سوراخ است. در مقایسه با نمایشگرهای هفت قسمتی SMD، نمونه‌سازی اولیه با آن آسان‌تر است و ممکن است برای برخی کاربردها مستحکم‌تر تلقی شود، اما به فضای PCB بیشتری و لحیم‌کاری دستی یا موجی نیاز دارد.در مقابل رنگ‌های دیگر:

رنگ نارنجی زرد (611-605 نانومتر) زیبایی متمایزی ارائه می‌دهد و در شرایط کم‌نور در مقایسه با نمایشگرهای قرمز روشن یا سبز می‌تواند برای چشم‌ها راحت‌تر باشد، در حالی که همچنان دید بالا را حفظ می‌کند.

• 10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
  
  س: هدف از "صفحه خاکستری و قطعات سفید" ذکر شده در توضیحات چیست؟
• پ: این یک فیلتر تزئینی است. صفحه خاکستری بازتاب‌پذیری ناحیه غیرفعال نمایشگر را کاهش داده و کنتراست را بهبود می‌بخشد. نشانه‌گذاری سفید قطعات به پخش یکنواخت نور نارنجی زرد ساطع شده در سراسر قطعه هنگام روشن شدن کمک کرده و ظاهری یکنواخت ایجاد می‌کند.
  
  س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر 5 ولت درایو کنم؟
• پ: خیر، نه مستقیماً. ولتاژ مستقیم حدود 2.6 ولت است، بنابراین یک سیگنال 5 ولتی می‌تواند به دلیل جریان بیش از حد LED را بسوزاند. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر کاتد استفاده کنید. علاوه بر این، یک پایه میکروکنترلر معمولاً نمی‌تواند جریان کافی برای چندین قطعه تأمین یا جذب کند. معمولاً یک IC درایور یا آرایه ترانزیستور مورد نیاز است._Fس: حداکثر جریان پیوسته مطلق 25 میلی‌آمپر است، اما شرایط آزمایش برای V
  
  از 20 میلی‌آمپر استفاده می‌کند. برای طراحی باید از کدام استفاده کنم؟
• پ: برای عملیات طولانی‌مدت مطمئن، روش استاندارد طراحی برای جریانی کمتر از حداکثر مطلق است. استفاده از 20 میلی‌آمپر همانطور که در شرایط آزمایش مشخص شده است، یک نقطه طراحی ایمن و رایج است. اگر روشنایی کافی باشد، می‌توانید از جریان‌های پایین‌تر (مثلاً 15-10 میلی‌آمپر) برای افزایش عمر و کاهش مصرف توان استفاده کنید.
  
  س: "آند مشترک" برای طراحی مدار من به چه معناست؟

پ: در یک نمایشگر آند مشترک، همه آندهای LEDهای یک رقم به یک پایه واحد متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک قطعه، پایه کاتد آن را به یک ولتاژ پایین (زمین) متصل می‌کنید در حالی که یک ولتاژ بالا (Vcc) به پایه آند مشترک اعمال می‌کنید. این برعکس یک نمایشگر کاتد مشترک است.

11. مورد استفاده عملیطراحی یک نمایشگر ساده 4 رقمی ولت‌متر:

یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) یک ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کند. فریم‌ور این مقدار را به چهار رقم برای نمایش تبدیل می‌کند. میکروکنترلر، که فاقد پایه‌های I/O کافی برای درایو 28 قطعه جداگانه (7 قطعه × 4 رقم) است، از یک طرح مالتی‌پلکس با یک IC درایور استفاده می‌کند. خروجی‌های IC درایور به کاتدهای قطعات (A-G, DP) LTC-5653KF متصل می‌شوند. چهار پایه I/O میکروکنترلر، که هر کدام از طریق یک ترانزیستور تأمین جریان متصل شده‌اند، چهار پایه آند مشترک (ارقام 1 تا 4) را کنترل می‌کنند. فریم‌ور به سرعت بین ارقام سوییچ می‌کند: ترانزیستور آند رقم 1 را روشن می‌کند، الگوی قطعه برای رقم اول را به IC درایور می‌فرستد، مدت کوتاهی صبر می‌کند (مثلاً 2 میلی‌ثانیه)، سپس رقم 1 را خاموش کرده و برای رقم 2 تکرار می‌کند و به همین ترتیب. مقاومت‌های محدودکننده جریان روی خطوط کاتد بین IC درایور و نمایشگر قرار می‌گیرند. رنگ نارنجی زرد دید واضحی را روی پنل ابزار فراهم می‌کند.

12. معرفی اصول

یک نمایشگر هفت قسمتی مجموعه‌ای از دیودهای نورافشان (LED) است که به صورت الگوی هشت شکل چیده شده‌اند. هر یک از هفت قطعه (با برچسب A تا G) یک LED جداگانه است. یک LED اضافی اغلب برای نقطه اعشار (DP) گنجانده می‌شود. با روشن کردن انتخابی ترکیب‌های خاصی از این قطعات، همه ارقام عددی (9-0) و برخی حروف می‌توانند تشکیل شوند. در یک نمایشگر چهار رقمی مانند LTC-5653KF، چهار مجموعه رقم از این قبیل در یک پکیج واحد قرار گرفته‌اند. اتصال الکتریکی داخلی می‌تواند آند مشترک (همه آندها متصل) یا کاتد مشترک (همه کاتدها متصل) باشد که توپولوژی مدار درایو مورد نیاز را تعیین می‌کند. اصل نورافشانی، الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال (لایه AlInGaP) بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب ماده خاص (Al, In, Ga, P) انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند.

13. روندهای توسعه