دیتاشیت فنی LTS-3403JF - نمایشگر LED هفت قسمتی 0.8 اینچی با رنگ زرد-نارنجی - ارتفاع رقم 20.32 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - توان 70 میلی‌وات

1. مرور کلی محصول

LTS-3403JF یک ماژول نمایشگر تک رقمی هفت قسمتی آلفانومریک است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به نمایش اعداد واضح و روشن دارند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری اعداد (0-9) و برخی حروف با استفاده از قطعات LED قابل آدرس‌دهی جداگانه است. فناوری هسته از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که به طور خاص برای انتشار نور در طیف زرد-نارنجی طراحی شده است. این انتخاب ماده تعادلی بین بازدهی، روشنایی و خلوص رنگ ارائه می‌دهد. دستگاه از نوع کاتد مشترک است، به این معنی که تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) قطعات LED به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند که طراحی مدار را برای سیستم‌های مبتنی بر میکروکنترلر که در آن قطعات معمولاً با تامین جریان راه‌اندازی می‌شوند، ساده می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نوری

عملکرد نوری در هسته عملکرد نمایشگر قرار دارد.شدت نور متوسط (Iv)بین 320 تا 700 میکروکاندلا (μcd) در جریان مستقیم (I_F) 1mA مشخص شده است. این محدوده نشان‌دهنده فرآیند دسته‌بندی تولید است، جایی که قطعات بر اساس خروجی اندازه‌گیری شده مرتب می‌شوند.طول موج اوج انتشار (λ_p)611 نانومتر (nm) است وطول موج غالب (λ_d)605 نانومتر است که هر دو در I_F=20mA اندازه‌گیری شده‌اند. طول موج غالب رنگی است که توسط چشم انسان درک می‌شود.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)به اندازه 17 نانومتر خلوص رنگ منتشر شده را توصیف می‌کند؛ عرض باریک‌تر نشان‌دهنده رنگ تک‌رنگ و خالص‌تر است.نسبت تطابق شدت نور2:1 (حداکثر) یکنواختی بصری را با محدود کردن تغییرات روشنایی بین قطعات مختلف یک رقم تضمین می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی

پارامترهای الکتریکی مرزهای عملیاتی و نیازهای توان را تعریف می‌کنند.ولتاژ مستقیم هر قطعه (V_F)معمولاً 2.6 ولت با حداکثر 2.6 ولت در I_F=20mA است. این مقدار برای طراحی مقاومت‌های محدودکننده جریان در مدار راه‌اندازی بسیار مهم است.جریان معکوس هر قطعه (I_R)حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت است که نشان‌دهنده مشخصات نشتی دستگاه در حالت بایاس معکوس است که در عملکرد عادی معمولاً قابل چشم‌پوشی است.

2.3 حداکثر مقادیر مجاز و ملاحظات حرارتی

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد.جریان مستقیم پیوسته هر قطعهدر دمای 25 درجه سانتی‌گراد 25 میلی‌آمپر است، با ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد. این بدان معناست که حداکثر جریان ایمن با افزایش دمای محیط (T_a) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان تقریباً 25 میلی‌آمپر - (0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد * 60 درجه سانتی‌گراد) = 5.2 میلی‌آمپر خواهد بود.توان تلف شده هر قطعه70 میلی‌وات است که به صورت V_F* I_Fمحاسبه می‌شود.جریان مستقیم اوجبرای عملکرد پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) 90 میلی‌آمپر است که اجازه می‌دهد برای مدت کوتاهی بیش از حد راه‌اندازی شود تا به روشنایی اوج بالاتری دست یابد. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه"بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است."این به فرآیند مرتب‌سازی پس از تولید (بینینگ) بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده اشاره دارد. قطعات در شرایط استاندارد (I_F=1mA) آزمایش شده و بر اساس مقدار Iv (مثلاً 320-450 μcd، 450-580 μcd، 580-700 μcd) در دسته‌های مختلف گروه‌بندی می‌شوند. این امر ثبات را در یک دسته تولیدی تضمین می‌کند. اگرچه در این سند به صراحت برای ولتاژ یا طول موج توضیح داده نشده است، اما چنین دسته‌بندی‌ای در تولید LED رایج است تا عملکرد قابل پیش‌بینی‌ای برای طراحان فراهم کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

اگرچه منحنی‌های خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، اما منحنی‌های عملکرد معمول برای چنین دستگاهی شامل موارد زیر خواهد بود:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم و جریان را نشان می‌دهد. ولتاژ زانو (جایی که جریان به شدت شروع به افزایش می‌کند) برای LEDهای AlInGaP معمولاً حدود 1.8-2.0 ولت است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (I_vدر مقابل I_F):این منحنی معمولاً در جریان‌های پایین خطی است اما ممکن است در جریان‌های بالاتر به دلیل افت حرارتی و بازدهی اشباع شود.
• شدت نور در مقابل دمای محیط (I_vدر مقابل T_a):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. LEDهای AlInGaP معمولاً در مقایسه با برخی مواد دیگر عملکرد بهتری در دمای بالا دارند.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند، اوج در 611 نانومتر و نیم‌عرض 17 نانومتری را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

دستگاه دارای ارتفاع استاندارد رقم 0.8 اینچ (20.32 میلی‌متر) است. پکیج دارایصورتی خاکستری روشنورنگ قطعات سفیددر حالت خاموش است که کنتراست را هنگامی که قطعات زرد-نارنجی روشن می‌شوند، افزایش می‌دهد. نقشه ابعادی (مرجع در PDF) اندازه‌های حیاتی برای طراحی جای پای PCB و برش‌های پنل ارائه می‌دهد. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. پکیج 18 پایه دو ردیفه یک جای پای رایج برای چنین نمایشگرهایی است.

6. اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

پایه‌ها برای یک پکیج 18 پایه تعریف شده‌اند. اتصالات کلیدی عبارتند از: آندهای قطعات A، F، E، L.D.P. (نقطه اعشار چپ)، R.D.P. (نقطه اعشار راست) و D. کاتدهای قطعات C، G و B. چندین پایه کاتد مشترک (پایه‌های 4، 6، 17) وجود دارد که به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند و انعطاف‌پذیری برای چیدمان PCB فراهم می‌کنند. پایه 12 به عنوان "آند مشترک" فهرست شده است که به نظر می‌رسد یک خطا یا مربوط به یک واریانت متفاوت باشد، زیرا دستگاه به عنوان نوع کاتد مشترک توصیف شده است. نمودار مدار داخلی پیکربندی استاندارد کاتد مشترک برای یک نمایشگر هفت قسمتی به اضافه دو نقطه اعشار را نشان می‌دهد.

7. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت حداکثر دمای لحیم‌کاری را260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن مشخص می‌کند. این یک راهنمای معمول برای ریفلو یا لحیم‌کاری دستی است که برای جلوگیری از آسیب حرارتی به تراشه‌های LED، اتصالات سیمی و پکیج پلاستیکی در نظر گرفته شده است. رعایت این پروفایل برای حفظ قابلیت اطمینان بسیار مهم است. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در طول جابجایی رعایت شود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• تجهیزات تست و اندازه‌گیری:مولتی‌مترهای دیجیتال، منبع تغذیه، فرکانس‌شمارها.
• الکترونیک مصرفی:تجهیزات صوتی (تقویت‌کننده‌ها، گیرنده‌ها)، لوازم آشپزخانه، ساعت‌ها.
• کنترل‌های صنعتی:پنل مترها، نشانگرهای فرآیند، نمایشگرهای تایمر.
• بازار جانبی خودرو:گیج‌ها و نمایشگرها (جایی که مشخصات محیطی مناسب است).

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:مقاومت‌های خارجی برای هر آند قطعه (یا برای کاتد مشترک) برای تنظیم جریان عملیاتی اجباری هستند. با استفاده از R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F.
• محاسبه کنید. مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چند رقمی، مالتی‌پلکسینگ رایج است. نیاز جریان پایین LTS-3403JF (تا 1mA برای هر قطعه) در اینجا مزیت دارد، زیرا اجازه می‌دهد جریان‌های اوج بالاتری در طول زمان کوتاه "روشن" مالتی‌پلکس شده برای دستیابی به روشنایی متوسط مورد نظر بدون تجاوز از محدودیت‌های توان متوسط ایجاد شود.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده برای پنل‌هایی مفید است که کاربر ممکن است مستقیماً در مقابل نمایشگر نباشد.
• راه‌اندازی با میکروکنترلر:اکثر میکروکنترلرهای مدرن می‌توانند جریان کافی (معمولاً 20mA برای هر پایه) برای راه‌اندازی مستقیم این LEDها تامین/جذب کنند، که اغلب به دلیل جریان کل بالاتر، نیاز به بافرهای ترانزیستوری ساده برای کاتد مشترک دارند.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی LTS-3403JF در دسته خود عبارتند از:

• ماده (AlInGaP):در مقایسه با LEDهای قرمز/زرد قدیمی GaAsP (گالیم آرسنید فسفید) بازدهی بالاتر و پایداری دمایی بهتری ارائه می‌دهد و در مقایسه با LEDهای آبی/سبز/سفید InGaN (ایندیم گالیم نیترید) رنگ متمایزی دارد.
• عملکرد با جریان بسیار پایین:مشخصه عملکرد تا 1mA برای هر قطعه یک ویژگی مهم برای طراحی‌های با باتری یا فوق کم‌مصرف است، جایی که هر میلی‌آمپر اهمیت دارد.
• پکیج با کنتراست بالا:صورتی خاکستری روشن با قطعات سفید کنتراست عالی در حالت خاموش فراهم می‌کند و خوانایی را در شرایط نوری مختلف بهبود می‌بخشد.
• خروجی نور دسته‌بندی شده:قابلیت پیش‌بینی را برای طراح فراهم می‌کند و ظاهر یکنواخت را در بین قطعات یک محصول تضمین می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با منبع تغذیه 3.3 ولتی میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟

پ: بله. با V_Fمعمولی 2.6 ولت، یک منبع تغذیه 3.3 ولتی حاشیه کافی (0.7 ولت) برای یک مقاومت محدودکننده جریان فراهم می‌کند. در I_F=10mA، R = (3.3V - 2.6V) / 0.01A = 70 اهم.

س: هدف از داشتن چندین پایه کاتد مشترک چیست؟

پ: آن‌ها به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند. ارائه چندین پایه به توزیع جریان کل کاتد (که می‌تواند 7 برابر I_Fیا بیشتر هنگامی که تمام قطعات روشن هستند) کمک می‌کند، چگالی جریان هر پایه را کاهش می‌دهد و به چیدمان PCB و اتلاف حرارت کمک می‌کند.

س: چگونه می‌توانم روشنایی یکنواخت را در صورتی که نسبت تطابق شدت نور 2:1 است، به دست آورم؟

پ: نسبت 2:1 حداکثر حد بین روشن‌ترین و کم‌نورترین قطعه در یک دستگاه است. در عمل، تغییرات معمولاً کمتر است. برای کاربردهای حیاتی، از یک درایور جریان ثابت یا PWM (مدولاسیون عرض پالس) برای کالیبره کردن دیجیتالی روشنایی هر قطعه استفاده کنید.

س: آیا می‌توانم از این در فضای باز استفاده کنم؟

پ: محدوده دمای عملیاتی (35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد) گسترده است، اما دیتاشیت درجه حفاظت IP (محافظت در برابر نفوذ) برای آب یا گرد و غبار را مشخص نکرده است. برای استفاده در فضای باز، نمایشگر نیاز به آب‌بندی یا محفظه اضافی برای محافظت در برابر رطوبت دارد.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک نمایشگر خوانش ولت‌متر 4 رقمی با استفاده از مالتی‌پلکسینگ با منبع تغذیه 5 ولت و یک میکروکنترلر.

1. انتخاب جریان:I_F= 5mA برای هر قطعه را برای تعادل خوب بین روشنایی و توان انتخاب کنید. جریان اوج در طول مالتی‌پلکسینگ بالاتر خواهد بود (مثلاً 20mA اگر از چرخه کاری 25% برای هر رقم استفاده شود).
2. محاسبه مقاومت:برای راه‌اندازی استاتیک: R = (5V - 2.6V) / 0.005A = 480 اهم (از مقدار استاندارد 470 اهم استفاده کنید).
3. راه‌اندازی مالتی‌پلکس:برای دستیابی به میانگین 5mA، جریان اوج در طول بازه زمانی فعال باید 20mA باشد (5mA / 0.25 چرخه کاری). مقاومت را مجدداً محاسبه کنید: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 اهم. تأیید کنید که این جریان اوج در محدوده حداکثر مقادیر مجاز برای عملکرد پالسی (90mA) است.
4. مدار:آندهای قطعات را از طریق مقاومت‌های 120 اهمی به پایه‌های I/O میکروکنترلر متصل کنید. چهار پایه کاتد مشترک (یکی برای هر رقم) را به کلکتور ترانزیستورهای NPN (مثلاً 2N3904) متصل کنید. بیس ترانزیستورها توسط پایه‌های میکروکنترلر از طریق مقاومت‌های بیس راه‌اندازی می‌شوند. میکروکنترلر به ترتیب یک ترانزیستور رقم را روشن کرده و الگو را روی خطوط قطعات تنظیم می‌کند.
5. نرم‌افزار:یک وقفه تایمر برای تازه‌سازی نمایشگر با نرخی به اندازه کافی بالا برای جلوگیری از لرزش (معمولاً >60 هرتز) پیاده‌سازی کنید.

12. اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصلالکترولومینسانسدر یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از ولتاژ روشن شدن دیود (تقریباً 1.8-2.0 ولت برای AlInGaP) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ماده نوع n و حفره‌ها از ماده نوع p به ناحیه فعال (چاه‌های کوانتومی در لایه AlInGaP) تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی شکاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور منتشر شده را تعیین می‌کند - در این مورد، زرد-نارنجی. زیرلایه غیرشفاف GaAs به انعکاس نور به سمت بالا کمک می‌کند و بازده کلی استخراج نور از بالای تراشه را بهبود می‌بخشد.

13. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای LED هفت قسمتی مجزا برای کاربردهای خاص همچنان مرتبط هستند، روندهای گسترده‌تر در فناوری نمایشگر شامل موارد زیر است:

• یکپارچه‌سازی:حرکت به سمت نمایشگرهایی با درایور IC یکپارچه (I2C، SPI) برای کاهش تعداد پایه‌های میکروکنترلر و ساده‌سازی نرم‌افزار.
• پیشرفت‌های مواد:تحقیقات مداوم در مورد LEDهای تبدیل‌شده با فسفر کارآمدتر و نیمه‌هادی‌های رنگ مستقیم برای گسترش گاموت رنگ و بازدهی.
• فناوری‌های جایگزین:در بسیاری از کاربردهای مصرفی، نمایشگرهای هفت قسمتی توسط ماژول‌های OLED یا LCD ماتریس نقطه‌ای جایگزین می‌شوند که انعطاف‌پذیری بیشتری (حروف و اعداد کامل، گرافیک) در یک جای پای مشابه ارائه می‌دهند، اگرچه اغلب با هزینه و مصرف توان بالاتر برای روشنایی معادل.
• تغییر کاربرد:کاربرد اصلی برای دستگاه‌هایی مانند LTS-3403JF به طور فزاینده‌ای در تجهیزات صنعتی، ابزار دقیق و قدیمی است که در آن سادگی، استحکام، روشنایی بالا و زوایای دید گسترده بر قابلیت گرافیکی اولویت دارند.

LTS-3403JF یک راه‌حل بالغ و بهینه‌شده در جایگاه خود است که عملکرد قابل اطمینانی بر اساس فناوری AlInGaP به خوبی درک شده ارائه می‌دهد.