دیتاشیت نمایشگر LED هفت‌قطعه‌ای LTS-546AJG - ارتفاع رقم 13.2 میلی‌متر - رنگ سبز (AlInGaP) - ولتاژ آستانه 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-546AJG یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی هفت‌قطعه‌ای تک‌رقمی است. عملکرد اصلی آن ارائه یک خوانش عددی یا الفبایی-عددی محدود واضح و خوانا در تجهیزات الکترونیکی است. فناوری هسته آن بر اساس ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) رشد یافته بر روی بستر آرسنید گالیم (GaAs) است که برای انتشار نور سبز طراحی شده است. این انتخاب ماده از آن جهت حائز اهمیت است که LEDهای AlInGaP به دلیل راندمان و روشنایی بالا در بخش قرمز تا زرد-سبز طیف شناخته شده‌اند. این دستگاه دارای صفحه‌نمایش خاکستری با خطوط تفکیک سفید است که کنتراست را افزایش داده و ظاهر کاراکتر را در شرایط نوری مختلف بهبود می‌بخشد. این دستگاه بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است، به این معنی که دستگاه‌ها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده‌شان باین و مرتب می‌شوند تا یکنواختی در کاربردهایی که چندین نمایشگر در کنار هم استفاده می‌شوند، تضمین شود.

1.1 ویژگی‌های کلیدی و مزایای اصلی

• اندازه رقم:ارتفاع رقم 0.52 اینچ (13.2 میلی‌متر) تعادلی بین خوانایی و فشردگی ارائه می‌دهد که برای پنل‌مترها، تجهیزات آزمایشی و لوازم خانگی مناسب است.
• کیفیت نوری:نمایشگر قطعات پیوسته و یکنواخت با روشنایی بالا و کنتراست بالا ارائه می‌دهد که منجر به ظاهر عالی کاراکتر می‌شود.
• زاویه دید:دارای زاویه دید گسترده است که اطمینان می‌دهد نمایشگر حتی هنگام مشاهده از موقعیت‌های خارج از محور نیز خوانا باقی بماند.
• بهره‌وری انرژی:نیاز به توان پایینی دارد که آن را برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد.
• قابلیت اطمینان:به عنوان یک دستگاه حالت جامد، در مقایسه با نمایشگرهای مکانیکی یا مبتنی بر خلأ، قابلیت اطمینان بالا و طول عمر عملیاتی طولانی ارائه می‌دهد.
• انطباق محیطی:پکیج بدون سرب است و مطابق با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) تولید شده است.

1.2 شناسایی دستگاه و پیکربندی

شماره قطعه LTS-546AJG مشخص‌کننده دستگاهی با چیپ‌های LED سبز AlInGaP در پیکربندی آند مشترک است. عبارت "Rt. Hand Decimal" نشان‌دهنده وجود یک نقطه اعشار سمت راست است. در یک نمایشگر آند مشترک، تمام آندهای (ترمینال‌های مثبت) قطعات LED به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک قطعه خاص، پایه کاتد (ترمینال منفی) متناظر آن باید در حالت کم (متصل به زمین یا ولتاژ پایین) درایو شود در حالی که آند مشترک در ولتاژ مثبت نگه داشته می‌شود. این پیکربندی رایج است و اغلب طراحی مدار را هنگام استفاده از درایورهای سینک میکروکنترلر یا ترانزیستور ساده‌تر می‌کند.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا زیر آن تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان در هر قطعه:حداکثر 70 میلی‌وات. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث گرمای بیش از حد و خرابی فاجعه‌بار شود.
• جریان آستانه پیک در هر قطعه:60 میلی‌آمپر در شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه). این ریتینگ برای پالس‌های جریان بالا و کوتاه مدت استفاده شده در مالتی‌پلکسینگ است.
• جریان آستانه پیوسته در هر قطعه:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان باید به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد. به عنوان مثال، در دمای 50 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته تقریباً 25 میلی‌آمپر - (0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد * 25 درجه سانتی‌گراد) = 16.75 میلی‌آمپر خواهد بود.
• محدوده‌های دمایی:محدوده دمای عملیاتی و نگهداری از 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است.
• شرایط لحیم‌کاری:لحیم‌کاری موجی یا ری‌فلو باید با نقطه لحیم در فاصله 1/16 اینچ (≈1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن به مدت 3 ثانیه در حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد انجام شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکرد معمول هستند که تحت شرایط تست مشخص شده (Ta=25°C) اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت روشنایی متوسط (I_V):در جریان آستانه (I_F) 1 میلی‌آمپر، از 200 میکروکاندلا (حداقل) تا 577 میکروکاندلا (معمول) متغیر است. شدت روشنایی با یک فیلتر منطبق بر منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE اندازه‌گیری می‌شود، با تلرانس ±15%.
• پارامترهای طول موج:
  • طول موج انتشار پیک (λ_p): 571 نانومتر (در I_F=20mA).
  • طول موج غالب (λ_d): 572 نانومتر (در I_F=20mA)، با تلرانس ±1 نانومتر. این طول موج منفردی است که چشم انسان آن را با رنگ LED مطابق می‌بیند.
  • پهنای نیم‌ارتفاع خط طیفی (Δλ): 15 نانومتر (در I_F=20mA). این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای نور تک‌رنگ‌تر است.
• ولتاژ آستانه در هر چیپ (V_F):2.1 ولت تا 2.6 ولت در I_F=20mA، با تلرانس ±0.1V. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدار درایور است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت. این تست فقط برای مشخصه‌یابی است؛ عملکرد بایاس معکوس پیوسته ممنوع است.
• نسبت تطابق شدت روشنایی:حداکثر 2:1 برای قطعات درون یک نمایشگر. این بدان معناست که روشن‌ترین قطعه نباید بیش از دو برابر کم‌نورترین قطعه تحت شرایط درایو یکسان باشد، که یکنواختی را تضمین می‌کند.
• نشت نوری (کراس‌تاک):به صورت ≤ 2.5% مشخص شده است. این به روشنایی ناخواسته یک قطعه زمانی که قطعه مجاور درایو می‌شود، اشاره دارد که ناشی از نشت نوری یا الکتریکی داخلی است.

3. توضیح سیستم باینینگ

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است." این به فرآیند باینینگ اشاره دارد که در آن LEDهای تولید شده بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در یک جریان تست استاندارد، آزمایش و در گروه‌هایی (باین) دسته‌بندی می‌شوند. این موضوع برای کاربردهایی که از چندین نمایشگر استفاده می‌کنند حیاتی است، زیرا از تفاوت‌های محسوس روشنایی بین واحدها جلوگیری می‌کند. طراحان باید مشخص کنند یا اطمینان حاصل کنند که نمایشگرهایی از یک باین یا باین‌های مجاور دریافت می‌کنند تا یکنواختی بصری در سراسر محصول حفظ شود. اگرچه در این بخش به تفصیل توضیح داده نشده است، اما باینینگ ممکن است برای ولتاژ آستانه (V_F) و طول موج غالب (λ_d) نیز اعمال شود که دومی دارای تلرانس اعلام شده ±1 نانومتر است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند که برای درک رفتار دستگاه فراتر از مشخصات تک‌نقطه‌ای ضروری هستند. این منحنی‌ها معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه بین ولتاژ آستانه و جریان آستانه را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است و دارای یک ولتاژ آستانه (حدود 1.8-2.0 ولت برای AlInGaP) است که در زیر آن جریان بسیار کمی جاری می‌شود. این منحنی در طراحی مدار مناسب محدودکننده جریان کمک می‌کند.
• شدت روشنایی در مقابل جریان آستانه (I_Vدر مقابل I_F):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش می‌یابد. این رابطه در جریان‌های پایین عموماً خطی است اما ممکن است در جریان‌های بالاتر به دلیل افت حرارتی و راندمان، اشباع شود.
• شدت روشنایی در مقابل دمای محیط:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این موضوع برای طراحی سیستم‌هایی که در محدوده وسیعی از دما کار می‌کنند، حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که پیک را در 571 نانومتر و پهنای نیم‌ارتفاع 15 نانومتر نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها به مهندسان اجازه می‌دهند تا شرایط درایو را برای اهداف خاص روشنایی، راندمان و طول عمر بهینه‌سازی کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج

نمایشگر مطابق با سبک استاندارد DIP (بسته دو ردیفه) از نوع سوراخ‌دار است. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس عمومی ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر است.
• محدودیت‌های کنترل کیفیت برای مواد خارجی (≤10 میل)، آلودگی جوهر (≤20 میل) و حباب درون قطعه (≤10 میل) تعیین شده است.
• خمش رفلکتور به ≤1% طول آن محدود شده است.

نقشه ابعادی دقیق (که در متن به طور کامل توضیح داده نشده است) ارتفاع کلی، عرض، عمق، اندازه رقم، ابعاد قطعات و فاصله و قطر دقیق 10 پایه را تعریف می‌کند.

5.2 اتصال پایه‌ها و شناسایی پلاریته

دستگاه دارای پیکربندی 10 پایه است (پایه 1 به عنوان "بدون اتصال" علامت‌گذاری شده است). نمودار مدار داخلی و جدول پایه‌ها یک طراحی آند مشترک را با دو پایه آند مشترک (3 و 8) نشان می‌دهد. کاتدهای قطعات به پایه‌های خاصی اختصاص داده شده‌اند: E(1), D(2), C(4), DP(5), B(6), A(7), F(9), G(10). شناسایی صحیح پایه 1 (که اغلب با یک فرورفتگی، سطح مورب یا نقطه روی پکیج نشان داده می‌شود) برای جهت‌دهی صحیح در حین مونتاژ PCB ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری، مونتاژ و نگهداری

6.1 لحیم‌کاری و مونتاژ

حداکثر شرایط لحیم‌کاری مشخص شده است. برای لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل دمایی استفاده شود تا از تجاوز از حد 260 درجه سانتی‌گراد در پایه جلوگیری شود. این نکته هشدار می‌دهد که از ابزارها یا روش‌های نامناسب که نیروی غیرعادی به بدنه نمایشگر وارد می‌کنند، استفاده نشود. علاوه بر این، اگر یک فیلم تزئینی روی سطح نمایشگر اعمال شود، نباید محکم به یک پنل جلویی فشار داده شود، زیرا نیروی خارجی ممکن است باعث جابجایی آن شود.

6.2 شرایط نگهداری

نگهداری صحیح برای جلوگیری از اکسیداسیون پایه‌ها و جذب رطوبت حیاتی است.

• برای نمایشگرهای LED (سوراخ‌دار):در بسته‌بندی اصلی در دمای 5 تا 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی زیر 60% نگهداری شود. اگر خارج از کیسه رطوبت‌گیر نگهداری شده یا کیسه بیش از 6 ماه باز بوده باشد، قبل از استفاده پخت در دمای 60 درجه سانتی‌گراد به مدت 48 ساعت توصیه می‌شود و مونتاژ باید در عرض یک هفته تکمیل شود.
• اصل کلی:از انبارداری طولانی‌مدت خودداری کنید. موجودی را به سرعت مصرف کنید. نگهداری غیرمطابق ممکن است قبل از استفاده نیاز به آبکاری مجدد پایه‌های اکسید شده داشته باشد.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 کاربردهای هدف و احتیاط‌ها

این نمایشگر برای تجهیزات الکترونیکی معمولی در نظر گرفته شده است: تجهیزات اداری، دستگاه‌های ارتباطی و لوازم خانگی. به صراحت بیان شده است که برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند و خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند سیستم‌های هوایی، پزشکی)، مشاوره لازم است. طراحان باید به ریتینگ‌های حداکثر مطلق پایبند باشند.

7.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• روش درایو:درایو جریان ثابت به شدت نسبت به درایو ولتاژ ثابت توصیه می‌شود تا شدت روشنایی و طول عمر یکنواخت تضمین شود، زیرا روشنایی LED تابعی از جریان است، نه ولتاژ.
• محدودیت جریان:مدار درایور باید طوری طراحی شود که محدوده کامل ولتاژ آستانه (2.1 تا 2.6 ولت) را در بر گیرد تا جریان مورد نظر را به تمام دستگاه‌ها برساند.
• مدیریت حرارتی:جریان عملیاتی ایمن باید بر اساس حداکثر دمای محیط کاهش یابد. جریان اضافی یا دمای بالا منجر به تخریب شدید نور یا خرابی زودرس می‌شود.
• محافظت در برابر بایاس معکوس:مدار باید در برابر ولتاژهای معکوس و اسپایک‌های ولتاژ در حین چرخه‌های روشن/خاموش محافظت کند تا از مهاجرت فلز و افزایش جریان نشتی جلوگیری شود.
• محافظت محیطی:از تغییرات سریع دما در محیط‌های مرطوب خودداری کنید تا از تشکیل میعان روی نمایشگر جلوگیری شود.
• یکنواختی در تنظیمات چند نمایشگری:همیشه از نمایشگرهایی از یک باین شدت روشنایی استفاده کنید تا از روشنایی ناهموار (رنگ) در یک خوانش چند رقمی جلوگیری شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلأ (VFD)، LTS-546AJG قابلیت اطمینان حالت جامد برتر، مصرف توان کمتر و مقاومت بالاتر در برابر ضربه/ارتعاش ارائه می‌دهد. در بازار نمایشگرهای قطعه‌ای LED، استفاده آن از فناوری AlInGaP برای نور سبز، راندمان بالاتر و خروجی بالقوه روشن‌تری نسبت به LEDهای سبز قدیمی GaP (فسفید گالیم) ارائه می‌دهد. پیکربندی آند مشترک یکی از دو نوع استاندارد است (نوع دیگر کاتد مشترک است) و انتخاب بین آن‌ها عمدتاً به پیکربندی خروجی درایور IC یا میکروکنترلر بستگی دارد (منبع جریان در مقابل سینک جریان).

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

1. س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟ج: طول موج پیک، طول موج منفرد در بالاترین نقطه طیف انتشار است. طول موج غالب، طول موج منفرد نور تک‌رنگی است که با رنگ درک شده LED مطابقت دارد. آن‌ها اغلب نزدیک اما یکسان نیستند، به ویژه برای طیف‌های پهن‌تر.
2. س: چرا درایو جریان ثابت توصیه می‌شود؟ج: خروجی نور یک LED مستقیماً با جریان آستانه متناسب است. یک منبع جریان ثابت، تغییرات ولتاژ آستانه (V_F) بین دستگاه‌ها و در طول دما را جبران می‌کند و روشنایی پایدار و یکنواخت را تضمین می‌کند.
3. س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 5 ولتی درایو کنم؟ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان یا یک مدار درایور اختصاصی استفاده کنید. اتصال مستقیم احتمالاً از حداکثر جریان پیوسته فراتر رفته و LED را از بین می‌برد. مقدار مقاومت به صورت R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F.
4. س: عبارت "دسته‌بندی شده بر اساس شدت روشنایی" برای طراحی من چه معنایی دارد؟ج: به این معنی است که باید به تامین‌کننده خود مشخص کنید که به واحدهایی با کد باین یکسان نیاز دارید، به ویژه اگر از چندین نمایشگر در یک محصول استفاده می‌کنید، تا اطمینان حاصل شود که همه ارقام روشنایی یکسانی دارند.

10. مثال کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک نمایشگر ساده ولت‌متر دیجیتال.مبدل آنالوگ به دیجیتال یک میکروکنترلر یک ولتاژ را می‌خواند. فریم‌ور این مقدار را به یک عدد اعشاری تبدیل می‌کند. برای نمایش آن روی LTS-546AJG، میکروکنترلر از یک درایور IC (مانند یک شیفت‌رجیستر 74HC595 با مقاومت‌های محدودکننده جریان یا یک درایور LED اختصاصی مانند MAX7219) استفاده می‌کند. پایه‌های آند مشترک به یک منبع تغذیه مثبت متصل می‌شوند (به عنوان مثال، 5 ولت از طریق یک ترانزیستور در صورت مالتی‌پلکسینگ). میکروکنترلر به ترتیب پایه‌های کاتد قطعه مناسب را برای تشکیل رقم مورد نظر در حالت زمین (کم) قرار می‌دهد. مدار درایور طوری طراحی می‌شود که جریان ثابت 15-20 میلی‌آمپر در هر قطعه ارائه دهد که به خوبی در محدوده ریتینگ پیوسته 25 میلی‌آمپر قرار دارد، با مقاومت‌هایی که بر اساس بدترین حالت V_Fیعنی 2.6 ولت محاسبه شده‌اند. برای یک متر چند رقمی، از نمایشگرهایی از یک باین شدت روشنایی استفاده می‌شود.

11. اصل عملکرد

LTS-546AJG بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ آستانه بیشتر از آستانه دیود اعمال می‌شود (آند نسبت به کاتد مثبت)، الکترون‌های ناشی از ماده AlInGaP/GaAs نوع n با حفره‌های ناشی از ماده نوع p بازترکیب می‌شوند. این رویداد بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور منتشر شده را تعریف می‌کند - در این مورد، سبز در حدود 572 نانومتر. هر یک از هفت قطعه (به علاوه نقطه اعشار) شامل یک یا چند عدد از این چیپ‌های میکروسکوپی LED است. پیکربندی آند مشترک به صورت داخلی تمام آندها را به هم متصل می‌کند و نیازمند کنترل خارجی کاتدهای منفرد است.

12. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای برای خوانش‌های عددی یک پایه اصلی باقی مانده‌اند، زمینه گسترده‌تر فناوری نمایشگر LED در حال تکامل است. روندها شامل موارد زیر هستند:مینیاتوری‌سازی و یکپارچه‌سازی:توسعه نمایشگرهای با گام کوچک‌تر و نمایشگرهای چیپ آن برد (COB).مواد پیشرفته:تحقیقات مداوم در مورد مواد کارآمدتر مانند نیترید گالیم (GaN) برای گاموت رنگی گسترده‌تر و راندمان بالاتر، اگرچه AlInGaP برای قرمز-کهربایی-زرد-سبز با راندمان بالا همچنان غالب است.نمایشگرهای هوشمند:یکپارچه‌سازی درایور ICها، حافظه و رابط‌های ارتباطی (I2C, SPI) مستقیماً در ماژول نمایشگر، که طراحی سیستم را ساده می‌کند.فرم‌فاکتورهای انعطاف‌پذیر و غیرمتعارف:توسعه نمایشگرهای قطعه‌ای خم‌شدنی یا منحنی برای طراحی‌های محصول نوآورانه. LTS-546AJG یک راه‌حل بالغ، قابل اطمینان و بهینه‌شده برای جایگاه کاربردی خاص خود است که عملکرد، هزینه و در دسترس بودن را متعادل می‌کند.