دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-3403LJG - ارتفاع رقم 0.8 اینچ - سبز AlInGaP - ولتاژ پیشروی 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTS-3403LJG یک ماژول نمایشگر هفت قسمتی تک رقمی با عملکرد بالا است که برای نمایش واضح اعداد در کاربردهای الکترونیکی مختلف طراحی شده است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی کاراکتر دیجیتال با خوانایی بسیار بالا است. مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از فناوری نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) برای تراشه‌های LED نهفته است. این سیستم ماده به دلیل تولید نور با بازدهی بالا در طیف سبز تا قرمز شناخته می‌شود و در مقایسه با فناوری‌های قدیمی، روشنایی و خلوص رنگ برتری ارائه می‌دهد. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با بخش‌های سفید است که کنتراست و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. مصرف توان پایین و سازگاری آن با مدارهای مجتمع استاندارد، آن را برای بازار هدف گسترده‌ای از جمله لوازم الکترونیکی مصرفی، ابزار دقیق صنعتی، تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری و سیستم‌های نهفته که نیازمند نشانگر عددی قابل اعتماد و کم‌مصرف هستند، مناسب می‌سازد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

معیارهای کلیدی عملکرد تحت شرایط آزمایش استاندارد در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس تعریف شده‌اند. شدت نور متوسط (Iv)با حداقل 320 میکروکاندلا، مقدار معمول 900 میکروکاندلا و بدون حداکثر مشخص شده، هنگامی که با جریان پیشروی (IF) 1 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود، تعیین شده است. این پارامتر نشان‌دهنده روشنایی درک شده بخش‌های روشن است. خروجی نور دسته‌بندی شده است، به این معنی که دستگاه‌ها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده‌شان دسته‌بندی می‌شوند و این امر ثبات در سطح روشنایی برای دسته‌های تولید را تضمین می‌کند.

ویژگی‌های رنگ توسط طول موج تعریف می‌شوند. طول موج اوج تابش (λp)معمولاً 571 نانومتر (nm) در IF=20mA است که نور ساطع شده را به طور قطع در ناحیه سبز طیف مرئی قرار می‌دهد. طول موج غالب (λd)معمولاً 572 نانومتر است که یک معیار نزدیک مرتبط برای توصیف رنگ درک شده است. نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)معمولاً 15 نانومتر است که نشان‌دهنده پهنای باند طیفی نسبتاً باریک است و به رنگ سبز خالص و اشباع شده کمک می‌کند. شدت نور با استفاده از یک سنسور و فیلتر کالیبره شده بر روی منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE اندازه‌گیری می‌شود تا اطمینان حاصل شود که مقادیر با ادراک بصری انسان مطابقت دارند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط عملیاتی را تعریف می‌کنند. ولتاژ پیشروی هر بخش (VF)دارای مقدار معمول 2.6 ولت و حداکثر 2.6 ولت در IF=10mA است. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدار محدودکننده جریان است. جریان معکوس هر بخش (IR)حداکثر 100 میکروآمپر است هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال می‌شود که نشان‌دهنده جریان نشتی در حالت خاموش است.

مقادیر حداکثر مطلقمرزهای عملیات ایمن را تعیین می‌کنند. حداکثر جریان پیشروی پیوسته برای هر بخش 25 میلی‌آمپر است. یک ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس به صورت خطی از 25 درجه سلسیوس اعمال می‌شود، به این معنی که جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سلسیوس کاهش می‌یابد تا از آسیب حرارتی جلوگیری شود. حداکثر ولتاژ معکوس برای هر بخش 5 ولت است. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی به دستگاه شود.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

مدیریت حرارتی از طریق مشخصه کاهش جریان پیشروی پیوسته مورد اشاره قرار گرفته است. دستگاه برای یک محدوده دمای عملیاتیاز 35- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس و یک محدوده دمای ذخیره‌سازییکسان درجه‌بندی شده است. درجه‌بندی دمای لحیم‌کاریمشخص می‌کند که دستگاه می‌تواند در طول فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو، دمای 260 درجه سلسیوس را به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند. رعایت این دستورالعمل برای جلوگیری از آسیب به تراشه‌های LED داخلی و اتصالات سیمی بسیار مهم است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه برای شدت نور دسته‌بندی شده است. این بدان معناست که در طول تولید، نمایشگرهای LED بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (معمولاً 1mA، مطابق با مشخصه Iv) آزمایش و در دسته‌های مختلف مرتب می‌شوند. این فرآیند دسته‌بندی تضمین می‌کند که کاربران نهایی محصولاتی با سطوح روشنایی یکنواخت دریافت می‌کنند، که برای کاربردهایی که چندین رقم در کنار هم استفاده می‌شوند تا از تغییرات محسوس در شدت بخش‌ها جلوگیری شود، حیاتی است. در حالی که سند جزئیات کدها یا محدوده‌های دسته خاصی را ارائه نمی‌دهد، این روش حداقل سطح عملکرد (320 میکروکاندلا) را تضمین کرده و دستگاه‌هایی با ویژگی‌های خروجی مشابه را با هم گروه‌بندی می‌کند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولارجاع می‌دهد. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، اما چنین منحنی‌هایی در مستندات LED استاندارد هستند. آنها معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

• منحنی جریان پیشروی (IF) در مقابل ولتاژ پیشروی (VF):این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار درایور صحیح ضروری است. ولتاژ زانو معمولاً در حدود VF ذکر شده 2.05-2.6 ولت است.
• منحنی شدت نور (Iv) در مقابل جریان پیشروی (IF):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش می‌یابد. این افزایش در یک محدوده به طور کلی خطی است اما در جریان‌های بالاتر به دلیل محدودیت‌های حرارتی و بازدهی اشباع می‌شود.
• منحنی شدت نور در مقابل دمای محیط:این منحنی اثر خاموشی حرارتی را نشان می‌دهد، جایی که خروجی نور LED با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این موضوع اهمیت مشخصه کاهش جریان را تقویت می‌کند.
• منحنی توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که اوج را در حدود 571 نانومتر و نیم‌عرض باریک را نشان می‌دهد و تابش رنگ سبز خالص را تأیید می‌کند.

این منحنی‌ها به طراحان درک عمیق‌تری از رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد می‌دهد و امکان طراحی سیستم قوی‌تر و بهینه‌تر را فراهم می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه همراه با یک نقشه ابعاد بسته‌بندیمفصل ارائه می‌شود. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این نقشه برای چیدمان PCB (برد مدار چاپی) حیاتی است و اطمینان می‌دهد که جای پایه و مناطق ممنوعه به درستی طراحی شده‌اند. نمایشگر برای نصب آسان روی برد مدار چاپی یا سوکتطراحی شده است، که نشان می‌دهد دارای پایه‌هایی مناسب برای لحیم‌کاری سوراخ‌دار یا قرارگیری در سوکت سازگار است. توصیف فیزیکی به صفحه خاکستری و بخش‌های سفیداشاره می‌کند که یک ویژگی مکانیکی کلیدی مؤثر بر زیبایی‌شناسی و خوانایی است.

6. اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

LTS-3403LJG یک نمایشگر از نوع کاتد مشترکاست. این بدان معناست که کاتدهای (ترمینال‌های منفی) تمام بخش‌های LED به طور داخلی به هم متصل شده و به پایه‌های مشترک آورده شده‌اند، در حالی که آند (ترمینال مثبت) هر بخش پایه مخصوص به خود را دارد. جدول اتصال پایه‌ها 17 پایه را فهرست می‌کند که چندین مورد به عنوان "بدون پایه" علامت‌گذاری شده‌اند (احتمالاً استفاده نشده یا فقط از نظر مکانیکی وجود دارند). پایه‌های فعال بخش‌های A تا G، دو نقطه اعشار (نقطه اعشار چپ و راست، L.D.P و R.D.P) و پنج اتصال کاتد مشترک (پایه‌های 4، 6، 12، 17 و یکی که توسط توصیف کاتد مشترک اشاره شده است) را کنترل می‌کنند. نمودار مدار داخلیبه صورت بصری این معماری کاتد مشترک را نشان می‌دهد و نحوه اتصال داخلی پایه‌های کاتد متعدد به یکدیگر برای توزیع جریان و کمک بالقوه به اتلاف حرارت را به تصویر می‌کشد.

7. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی ارائه شده مشخصه دمای لحیم‌کاریاست: 260 درجه سلسیوس به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ زیر صفحه نشیمن. این یک پروفایل استاندارد JEDEC برای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو قطعات سوراخ‌دار است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که فرآیند مونتاژ آنها با این محدودیت مطابقت دارد تا از شوک حرارتی که می‌تواند باعث ترک خوردن بسته اپوکسی یا آسیب به دای نیمه‌هادی شود، جلوگیری کنند. به طور کلی، هنگام کار باید از احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) برای دستگاه‌های نیمه‌هادی پیروی کرد. شرایط ذخیره‌سازی توسط محدوده دمای ذخیره‌سازی 35- تا 85+ درجه سلسیوس تعریف شده است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای هر کاربرد نیازمند یک رقم عددی منفرد با دید بالا ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: پنل متر برای ولتاژ، جریان یا دما؛ ساعت‌ها و تایمرهای دیجیتال؛ واحدهای تابلو امتیاز؛ شمارنده‌های تولید؛ کدهای نشانگر وضعیت روی لوازم خانگی یا تجهیزات صنعتی؛ و به عنوان بخشی از نمایشگرهای چند رقمی بزرگتر در سیستم‌هایی که ارقام مالتی‌پلکس می‌شوند.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های محدودکننده جریان سری برای آند هر بخش استفاده کنید. مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ تغذیه (Vcc)، ولتاژ پیشروی LED (VF، برای قابلیت اطمینان از حداکثر 2.6 ولت استفاده کنید) و جریان پیشروی مورد نظر (IF، زیر 25mA پیوسته نگه دارید) محاسبه می‌شود. فرمول: R = (Vcc - VF) / IF.
• مدار درایور:به عنوان یک نمایشگر کاتد مشترک، کاتدها معمولاً به زمین متصل می‌شوند یا توسط یک IC درایور (مانند یک رمزگشا/درایور هفت قسمتی یا یک پین GPIO میکروکنترلر پیکربندی شده به عنوان سینک) به زمین سوئیچ می‌شوند. آندها از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان به سطح بالا (High) راه‌اندازی می‌شوند.
• مالتی‌پلکسینگ:برای سیستم‌های چند رقمی با استفاده از نمایشگرهای مشابه، مالتی‌پلکسینگ یک تکنیک رایج برای کنترل بخش‌های زیاد با پین‌های I/O کمتر است. این شامل چرخه سریع برق به کاتد مشترک هر رقم در حالی است که داده بخش مربوطه روی خطوط آند مشترک ارائه می‌شود. مصرف توان پایین و سازگاری LTS-3403LJG آن را برای کاربردهای مالتی‌پلکس مناسب می‌سازد.
• زاویه دید:دیتاشیت ادعای زاویه دید گسترده دارد که باید در نقشه مکانیکی تأیید یا برای نیازهای کاربرد خاص تأیید شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی LTS-3403LJG استفاده از فناوری AlInGaPو ارتفاع رقم 0.8 اینچیخاص آن است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای استاندارد GaP یا GaAsP، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به نمایشگرهای روشن‌تر در جریان یکسان یا روشنایی مشابه در توان پایین‌تر می‌شود. ارتفاع 0.8 اینچ (20.32 میلی‌متر) یک اندازه استاندارد است که تعادل خوبی بین دید و استفاده از فضای برد ارائه می‌دهد. طراحی صفحه خاکستری/بخش سفید در مقایسه با بسته‌های کاملاً سیاه یا کاملاً سبز، کنتراست را بهبود می‌بخشد. پیکربندی کاتد مشترک آن رایج‌ترین است و به طور گسترده توسط ICهای درایور و کتابخانه‌های میکروکنترلر پشتیبانی می‌شود.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: هدف از داشتن چندین پایه کاتد مشترک (مثلاً پایه‌های 4، 6، 12، 17) چیست؟

پ: پایه‌های کاتد متعدد به توزیع جریان بازگشتی کل از تمام بخش‌های روشن کمک می‌کنند و چگالی جریان در هر پایه و رد PCB را کاهش می‌دهند. این امر قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد و ممکن است به اتلاف حرارت از تراشه LED کمک کند. آنها به طور داخلی به هم متصل هستند، بنابراین از نظر الکتریکی یک نود یکسان هستند.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پین میکروکنترلر 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

پ: خیر. شما همیشه باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر بخش استفاده کنید. اتصال مستقیم یک منبع 5 ولت به آند (با کاتد زمین شده) سعی در کشیدن جریان بسیار بزرگی خواهد داشت که ممکن است بخش LED را نابود کرده و به پین میکروکنترلر آسیب برساند.

س: "نسبت تطبیق شدت نور (IV-m) 2:1" به چه معناست؟

پ: این مشخص می‌کند که حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین بخش در یک دستگاه واحد هنگام اندازه‌گیری تحت شرایط یکسان (IF=1mA) چقدر است. نسبت 2:1 به این معنی است که درخشان‌ترین بخش حداکثر دو برابر کم‌نورترین بخش خواهد بود و یکنواختی در سراسر رقم را تضمین می‌کند.

س: چگونه مقاومت محدودکننده جریان مناسب را محاسبه کنم؟

پ: از قانون اهم استفاده کنید: R = (Vsupply - VF) / IF. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت (Vsupply)، حداکثر VF برابر 2.6 ولت و IF مورد نظر 10mA (0.01A): R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 اهم. یک مقاومت استاندارد 220 یا 270 اهم مناسب خواهد بود.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

طراحی یک ولت‌متر دیجیتال ساده را در نظر بگیرید که 0-9.9 ولت را نمایش می‌دهد. سیستم از یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای اندازه‌گیری ولتاژ استفاده می‌کند. فریم‌ور میکروکنترلر ADC را می‌خواند، مقدار را به دو رقم BCD (کدگذاری دهدهی باینری) تبدیل می‌کند و دو نمایشگر LTS-3403LJG را در یک پیکربندی مالتی‌پلکس راه‌اندازی می‌کند. یک نمایشگر جایگاه دهگان (0-9) و دیگری جایگاه یکان و نقطه اعشار را نشان می‌دهد. کاتدهای مشترک هر نمایشگر به پین‌های جداگانه میکروکنترلر که به عنوان سینک‌های درین باز/خروجی پایین پیکربندی شده‌اند، متصل می‌شوند. آندهای هفت بخش (A-G) و آند نقطه اعشار راست از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه 220 اهمی به پین‌های دیگر میکروکنترلر متصل می‌شوند که بین هر دو نمایشگر مشترک هستند. فریم‌ور به سرعت سوئیچ می‌کند که کاتد کدام نمایشگر به زمین متصل است در حالی که الگوی بخش برای آن رقم خاص را خروجی می‌دهد. این رویکرد تنها از 8 پین برای بخش‌ها + 2 پین برای کنترل رقم = 10 پین I/O استفاده می‌کند، به جای 16+ پین مورد نیاز برای راه‌اندازی استاتیک. فناوری AlInGaP اطمینان می‌دهد که خواندن حتی در محیط‌های پر نور نیز روشن و واضح باشد.

12. معرفی اصل فنی

LTS-3403LJG بر اساس فناوری نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP)است. این یک نیمه‌هادی مرکب III-V است که در آن انرژی گاف نواری - تفاوت انرژی بین نوار ظرفیت و نوار هدایت - با تنظیم نسبت‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر قابل تنظیم است. برای تابش سبز، گاف نواری تقریباً 2.2-2.3 الکترون ولت (eV) مهندسی شده است. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی بیش از ولتاژ روشن شدن دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج (λ) فوتون ساطع شده با انرژی گاف نواری (Eg) نسبت معکوس دارد، همانطور که توسط معادله λ = hc/Eg (که در آن h ثابت پلانک و c سرعت نور است) توصیف می‌شود. ترکیب خاص منجر به فوتون‌هایی با طول موج حدود 571-572 نانومتر می‌شود که چشم انسان آن را به عنوان نور سبز درک می‌کند. بستر غیرشفاف GaAs مقداری از نور ساطع شده را جذب می‌کند، اما طراحی و مواد هنوز هم بازدهی و روشنایی بالایی را به دست می‌دهند.

13. روندهای فناوری

تکامل نمایشگرهای هفت قسمتی منعکس کننده پیشرفت‌ها در فناوری LED است. نمایشگرهای اولیه از GaAsP یا GaP استفاده می‌کردند که بازده و محدوده رنگ محدودی داشتند. AlInGaP که در دهه 1990 معرفی شد، جهش بزرگی را نشان داد و بازدهی بالا و اشباع رنگ عالی در طیف قرمز-نارنجی-زرد-سبز ارائه می‌داد. برای سبز خالص و آبی، فناوری نیترید گالیم ایندیم (InGaN) بعداً غالب شد و اکنون برای LEDهای سفید نیز استاندارد است. روندهای فعلی در نمایشگرهای عددی شامل: حرکت به سمت بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD)برای مونتاژ خودکار، اگرچه انواع سوراخ‌دار مانند این همچنان برای نمونه‌سازی اولیه و صنایع خاص محبوب هستند؛ ادغام ICهای درایور و کنترلرمستقیماً در ماژول نمایشگر (نمایشگرهای هوشمند)؛ استفاده از ماتریس‌های با چگالی بالاتربرای نمایشگرهای الفبایی-عددی و ماتریس نقطه‌ای که در بسیاری از کاربردها جایگزین واحدهای هفت قسمتی ساده می‌شوند؛ و تمرکز مداوم بر افزایش بازده (لومن بر وات)و ولتاژهای عملیاتی پایین‌تربرای برآورده کردن مقررات صرفه‌جویی در انرژی و تقاضای عمر باتری است. در حالی که فناوری‌های جدیدتری وجود دارند، نمایشگرهای مبتنی بر AlInGaP مانند LTS-3403LJG همچنان یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه و بسیار قابل اعتماد برای نشانگر عددی سبز تک‌رنگ باقی می‌مانند، جایی که ویژگی‌های عملکرد خاص آنها بهینه است.