دیتاشیت نمایشگر تک رقمی 7 سگمنت LED با اندازه 0.56 اینچ - ارتفاع رقم 14.22 میلی‌متر - رنگ سبز AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این دستگاه یک نمایشگر تک‌رقمی هفت‌سگمنت الفبایی-عددی است که برای کاربردهایی طراحی شده است که به خوانش عددی واضح و روشن نیاز دارند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری ارقام 0 تا 9 و برخی حروف با استفاده از سگمنت‌های قابل کنترل جداگانه است. فناوری هسته بر اساس ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) است که به طور خاص برای تابش نور با بازده بالا در طیف سبز-زرد طراحی شده است. این سیستم ماده بر روی یک زیرلایه غیرشفاف آرسنید گالیم (GaAs) رشد می‌یابد که به مدیریت خروجی نور و کنتراست کمک می‌کند. نمایشگر دارای صفحه‌ای به رنگ خاکستری است که برای افزایش نسبت کنتراست بین سگمنت‌های سبز روشن و پس‌زمینه عمل می‌کند و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف بهبود می‌بخشد. دستگاه بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است، که یکنواختی در سطوح روشنایی را برای کاربردهایی که ظاهر یکنواخت در بین چندین واحد حیاتی است، تضمین می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تجزیه‌ای دقیق از محدودیت‌های عملیاتی و مشخصات عملکرد دستگاه تحت شرایط مشخص‌شده ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این پارامترها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. برای عملکرد قابل اعتماد و بلندمدت، کارکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن‌ها توصیه نمی‌شود.

• اتلاف توان هر سگمنت:70 میلی‌وات. این حداکثر مقدار توانی است که می‌تواند به طور ایمن توسط یک سگمنت به گرما و نور تبدیل شود بدون اینکه خطر آسیب حرارتی وجود داشته باشد.
• جریان مستقیم اوج هر سگمنت:60 میلی‌آمپر. این رتبه تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) اعمال می‌شود. این امکان دوره‌های کوتاه جریان بالاتر را برای دستیابی به روشنایی بسیار بالا در کاربردهای مالتی‌پلکس یا استروب فراهم می‌کند.
• جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت:25 میلی‌آمپر در دمای 25°C. این جریان باید با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد به صورت خطی کاهش یابد زیرا دمای محیط (Ta) بالای 25°C افزایش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
• ولتاژ معکوس هر سگمنت:5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در جهت بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست اتصال شود.
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه برای محیط‌های دمایی درجه صنعتی رتبه‌بندی شده است.
• دمای لحیم‌کاری:دستگاه می‌تواند دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (دمای محیط=25°C)

اینها پارامترهای عملکرد معمول اندازه‌گیری شده تحت شرایط آزمایش استاندارد هستند که رفتار مورد انتظار دستگاه در عملیات عادی را ارائه می‌دهند.

• شدت روشنایی متوسط (I_V):320 میکروکاندلا (حداقل)، 900 میکروکاندلا (معمول) در I_F=1mA. این مقدار روشنایی درک‌شده سگمنت را کمّی می‌کند. محدوده وسیع نشان‌دهنده یک فرآیند دسته‌بندی برای شدت است.
• طول موج اوج تابش (λ_p):571 نانومتر (معمول) در I_F=20mA. این طول‌موجی است که در آن خروجی توان نوری حداکثر است، که تابش را در منطقه سبز-زرد طیف مرئی قرار می‌دهد.
• پهنای نیم‌ارتفاع خط طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمول) در I_F=20mA. این پارامتر خلوص طیفی نور ساطع شده را توصیف می‌کند؛ پهنای نیم‌ارتفاع باریک‌تر نشان‌دهنده رنگ تک‌فام‌تر است.
• طول موج غالب (λ_d):572 نانومتر (معمول) در I_F=20mA. این طول‌موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و بهترین تطابق را با رنگ نور ساطع شده دارد، که ارتباط نزدیکی با طول موج اوج دارد.
• ولتاژ مستقیم هر سگمنت (V_F):2.05 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول) در I_F=20mA. این افت ولتاژ در سراسر سگمنت LED هنگام هدایت جریان مشخص‌شده است. این برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است.
• جریان معکوس هر سگمنت (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. این جریان نشتی کوچکی است که وقتی سگمنت در بایاس معکوس قرار دارد، جریان می‌یابد.
• نسبت تطابق شدت روشنایی (I_V-m):2:1 (معمول) در I_F=1mA. این نسبت حداکثر تغییرات مجاز روشنایی بین سگمنت‌های مختلف یک رقم یا بین دستگاه‌های مختلف را تعریف می‌کند و یکنواختی بصری را تضمین می‌کند.

تذکر درباره اندازه‌گیری:شدت روشنایی با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که تابع درخشندگی فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند، که حساسیت چشم استاندارد انسان به طول‌موج‌های مختلف را مدل می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه "بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است." این به فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده اشاره دارد.

• دسته‌بندی شدت روشنایی:مقدار معمول مشخص‌شده 900 میکروکاندلا با حداقل 320 میکروکاندلا نشان می‌دهد که دستگاه‌ها بر اساس روشنایی واقعی اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد 1mA آزمایش و گروه‌بندی (بین) می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح روشنایی یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند، که برای نمایشگرهای چندرقمی که در آن روشنایی ناهموار باعث حواس‌پرتی می‌شود، حیاتی است.
• یکنواختی طول موج:اگرچه به صراحت به عنوان یک پارامتر دسته‌بندی‌شده ذکر نشده است، اما مقادیر معمول دقیق برای طول موج اوج تابش (571 نانومتر) و طول موج غالب (572 نانومتر) نشان‌دهنده یک فرآیند تولید است که خروجی رنگ بسیار یکنواختی ارائه می‌دهد، که یک مزیت مشخصه سیستم ماده AlInGaP است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه‌شده به تفصیل بیان نشده‌اند، اما منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I_F-V_F):این منحنی غیرخطی نشان می‌دهد که ولتاژ مستقیم با افزایش جریان چگونه تغییر می‌کند. این برای تعیین ولتاژ درایو مورد نیاز و طراحی درایورهای جریان ثابت ضروری است.
• شدت روشنایی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I_V-I_F):این نمودار رابطه بین جریان درایو و خروجی نور را نشان می‌دهد. این رابطه عموماً زیرخطی است؛ دو برابر کردن جریان، روشنایی را دو برابر نمی‌کند و تولید گرما را افزایش می‌دهد.
• شدت روشنایی در مقابل دمای محیط:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال LED کاهش می‌یابد. درک این کاهش ظرفیت برای کاربردهایی که در دمای محیطی بالا کار می‌کنند، حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری که توان نوری نسبی را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد، حول طول موج اوج ~571 نانومتر متمرکز شده است، با پهنای نیم‌ارتفاع معمول 15 نانومتر.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه دارای ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) است. ابعاد بسته‌بندی در یک نقشه با تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. تلرانس استاندارد برای ابعاد ±0.25 میلی‌متر (±0.01 اینچ) است مگر اینکه خلاف آن در نقشه مشخص شده باشد. این اطلاعات برای طراحی جای پای PCB و اطمینان از تناسب مناسب در محفظه محصول نهایی حیاتی است.

5.2 اتصال پایه‌ها و دیاگرام مدار

نمایشگر دارای پیکربندی 10 پایه با طراحی کاتد مشترک است. دیاگرام مدار داخلی نشان می‌دهد که تمام کاتدهای سگمنت‌های LED (از A تا G و نقطه اعشار) به صورت داخلی به دو پایه کاتد مشترک (پایه 3 و پایه 8) متصل شده‌اند. این یک پیکربندی استاندارد برای ساده‌سازی مدار درایو در کاربردهای مالتی‌پلکس است.

پایه‌ها:

1. آند برای سگمنت E
2. آند برای سگمنت D
3. کاتد مشترک
4. آند برای سگمنت C
5. آند برای نقطه اعشار (D.P.)
6. آند برای سگمنت B
7. آند برای سگمنت A
8. کاتد مشترک
9. آند برای سگمنت F
10. آند برای سگمنت G

پایه‌های کاتد مشترک دوگانه (3 و 8) معمولاً روی PCB به هم متصل می‌شوند تا مسیر جریان و اتلاف حرارتی بهتری فراهم کنند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

حداکثر مقادیر مجاز مطلق یک پارامتر لحیم‌کاری کلیدی را مشخص می‌کنند: دستگاه می‌تواند یک هویه یا پروفیل ریفلو را تحمل کند که به دمای 260 درجه سانتی‌گراد در نقطه‌ای 1/16 اینچ (1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن بسته می‌رسد، برای حداکثر مدت 3 ثانیه. این دستورالعمل برای جلوگیری از آسیب حرارتی به چیپ‌های LED و اتصالات سیم داخلی در طول فرآیند مونتاژ در نظر گرفته شده است. برای لحیم‌کاری موجی، زمان قرارگیری در معرض لحیم باید به حداقل برسد. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در طول جابجایی و مونتاژ رعایت شود تا از آسیب به اتصالات نیمه‌هادی جلوگیری شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای طیف گسترده‌ای از کاربردهایی که نیاز به یک نشانگر عددی تک و بسیار قابل مشاهده دارند مناسب است:

• تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری:مولتی‌مترهای دیجیتال، فرکانس‌شمارها، منبع تغذیه‌ها، جایی که به خوانش واضح و روشن نیاز است.
• کنترل‌های صنعتی:پنل مترها، نشانگرهای فرآیند، نمایشگرهای تایمر روی ماشین‌آلات.
• الکترونیک مصرفی:شمارنده‌های مستقل، تابلوهای امتیاز، نمایشگرهای لوازم خانگی (مانند مایکروویو، تجهیزات استریوی قدیمی).
• بازار لوازم جانبی خودرو:گیج‌ها و ابزارهای تشخیصی (اگرچه مشخصات محیطی باید برای نیازهای خاص خودرو تأیید شود).

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک مقاومت محدودکننده جریان سری یا یک مدار درایور جریان ثابت برای هر آند سگمنت اجباری است تا از تجاوز از حداکثر جریان مستقیم پیوسته (25 میلی‌آمپر در 25°C) جلوگیری شود. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_منبع- V_F) / I_F, که در آن V_Fولتاژ مستقیم معمول است (مثلاً 2.6 ولت).
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چندرقمی، از یک طرح مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌شود که در آن ارقام به سرعت یکی پس از دیگری روشن می‌شوند. رتبه جریان مستقیم اوج (60 میلی‌آمپر) اجازه می‌دهد جریان‌های پالسی بالاتری برای جبران چرخه کاری کاهش‌یافته استفاده شود و روشنایی درک‌شده حفظ شود.
• مدیریت حرارت:اگرچه اتلاف توان هر سگمنت کم است، در کاربردهایی که همه سگمنت‌ها به طور پیوسته روشن هستند (مثلاً نمایش '8.')، توان کل می‌تواند به 0.5 وات نزدیک شود. اگر در دمای محیطی بالا کار می‌کنید، از تهویه یا هیت‌سینک کافی اطمینان حاصل کنید و به یاد داشته باشید که جریان پیوسته را کاهش دهید.
• زاویه دید:دیتاشیت ادعا می‌کند که "زاویه دید وسیع" دارد، که برای نمایشگرهای هفت‌سگمنت LED معمول است. این باید برای مخروط دید مورد نیاز کاربرد خاص تأیید شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

عوامل تمایز کلیدی این نمایشگر، بر اساس داده‌های ارائه‌شده، فناوری ماده و مشخصات عملکرد خاص آن است.

• AlInGaP در مقابل مواد سنتی:در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای سبز استاندارد GaP (فسفید گالیم)، AlInGaP بازده درخشندگی و روشنایی به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. این منجر به دید بهتر در شرایط نور محیطی بالا یا در جریان درایو پایین‌تر می‌شود و بازده توان را بهبود می‌بخشد.
• رنگ و کنتراست:ترکیب سگمنت‌های سبز AlInGaP و صفحه خاکستری، نمایشگری با کنتراست بالا و به راحتی قابل خواندن ارائه می‌دهد. رنگ سبز اغلب به دلیل بازده درخشندگی بالای آن از دید چشم انسان انتخاب می‌شود، که باعث می‌شود برای یک ورودی الکتریکی معین بسیار روشن به نظر برسد.
• قابلیت اطمینان حالت جامد:مانند همه LEDها، مزایایی نسبت به نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلاء (VFD) ارائه می‌دهد، از جمله مقاومت در برابر ضربه/ارتعاش، زمان پاسخ سریع‌تر، ولتاژ کارکرد پایین‌تر و عمر طولانی‌تر.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

1. س: هدف دو پایه کاتد مشترک (3 و 8) چیست؟
   
   پ: آن‌ها به صورت داخلی به هم متصل هستند. ارائه دو پایه به توزیع جریان کاتد کل (که می‌تواند مجموع جریان تا 8 سگمنت باشد) کمک می‌کند، چگالی جریان در مسیرهای PCB را کاهش می‌دهد و می‌تواند اتلاف حرارتی از بسته را بهبود بخشد.
2. س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 5 ولتی راه‌اندازی کنم؟
   
   پ: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان هدف 20 میلی‌آمپر با V_F2.6 ولت، مقدار مقاومت خواهد بود: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 اهم. پایه میکروکنترلر نیز باید بتواند جریان سگمنت مورد نیاز را سینک یا سورس کند.
3. س: "نسبت تطابق شدت روشنایی 2:1" به چه معناست؟
   
   پ: به این معنی است که روشن‌ترین سگمنت (یا دستگاه) حداکثر دو برابر کم‌نورترین سگمنت (یا دستگاه) تحت همان شرایط آزمایش خواهد بود. این یکنواختی بصری در سراسر نمایشگر را تضمین می‌کند.
4. س: چگونه به روشنایی معمول 900 میکروکاندلا دست یابم؟
   
   پ: شدت روشنایی معمول در جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر مشخص شده است. برای دستیابی به این سطح روشنایی در طراحی خود، باید هر سگمنت را با 1 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنید. برای روشنایی بالاتر، می‌توانید جریان را تا حداکثر رتبه پیوسته (25 میلی‌آمپر در 25°C) افزایش دهید، اما به منحنی I_V-I_Fمراجعه کنید زیرا رابطه خطی نیست.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی خوانش یک ولت‌متر دیجیتال ساده

یک طراح در حال ساخت یک ولت‌متر DC با محدوده 0-99 ولت است. آن‌ها به دو عدد از این نمایشگرها نیاز دارند. ADC میکروکنترلر ولتاژ را می‌خواند و آن را به دو رقم تبدیل می‌کند. طراح از تکنیک مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌کند: رقم 1 (مکان دهگان) به مدت 5 میلی‌ثانیه روشن می‌شود، سپس رقم 2 (مکان یکان) به مدت 5 میلی‌ثانیه، و این به طور مداوم تکرار می‌شود. برای حفظ روشنایی درک‌شده خوب در طول چرخه کاری 50% برای هر رقم، آن‌ها تصمیم می‌گیرند هر سگمنت را با جریان پالسی 15 میلی‌آمپر (به خوبی زیر رتبه اوج 60 میلی‌آمپر) راه‌اندازی کنند. آن‌ها از یک ترانزیستور در سمت کاتد مشترک برای هر رقم استفاده می‌کنند که توسط میکروکنترلر کنترل می‌شود، و مقاومت‌های محدودکننده جریان روی هر آند سگمنت که به پایه‌های پورت میکروکنترلر پیکربندی شده به عنوان خروجی متصل هستند. صفحه خاکستری و سگمنت‌های سبز اطمینان می‌دهند که خوانش حتی در یک محیط کارگاه با نور متوسط نیز واضح است. طراح قطعات را از یک دسته شدت روشنایی یکسان انتخاب می‌کند تا تضمین کند که هر دو رقم روشنایی یکسانی دارند.

11. اصل عملکرد

یک نمایشگر هفت‌سگمنت مجموعه‌ای از هفت دیود نورافشان (LED) است که در یک الگوی شکل هشت چیده شده‌اند. هر LED یک سگمنت را تشکیل می‌دهد (با برچسب A تا G). یک LED اضافی برای نقطه اعشار (DP) استفاده می‌شود. با اعمال بایاس مستقیم انتخابی (روشن کردن) ترکیب‌های خاصی از این سگمنت‌ها، الگوهای ارقام 0 تا 9 می‌توانند تشکیل شوند. به عنوان مثال، برای نمایش "7"، سگمنت‌های A، B و C روشن می‌شوند. در یک پیکربندی کاتد مشترک مانند این، تمام کاتدها (ترمینال‌های منفی) سگمنت‌های LED به یک یا چند پایه مشترک متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک سگمنت، پایه آند مربوطه آن به یک ولتاژ مثبت (از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان) هدایت می‌شود، در حالی که کاتد مشترک به زمین متصل است. ماده نیمه‌هادی AlInGaP هنگامی که الکترون‌ها با حفره‌ها در سراسر اتصال p-n دستگاه بازترکیب می‌شوند، نور ساطع می‌کند و انرژی را به شکل فوتون‌هایی با طول موج مشخصه گاف انرژی ماده آزاد می‌کند، که در این مورد نور سبز است.

12. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای هفت‌سگمنت LED گسسته برای کاربردهای خاص همچنان مرتبط هستند، روندهای گسترده‌تر در فناوری نمایشگر قابل توجه است. یک تغییر کلی به سمت نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای یکپارچه (هم LED و هم LCD/OLED) وجود دارد که قابلیت‌های الفبایی-عددی و گرافیکی کامل را در بسته‌بندی‌هایی با اندازه مشابه ارائه می‌دهند. این‌ها انعطاف‌پذیری بیشتری ارائه می‌دهند اما اغلب به الکترونیک درایو پیچیده‌تری نیاز دارند. برای کاربردهایی که فقط به اعداد نیاز است، قالب هفت‌سگمنت همچنان بسیار کارآمد و مقرون‌به‌صرفه است. پیشرفت‌ها در مواد LED، مانند استفاده از AlInGaP در این دیتاشیت، به بهبود بازده، روشنایی و خلوص رنگ ادامه می‌دهند. علاوه بر این، نسخه‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) نمایشگرهای هفت‌سگمنت رایج‌تر می‌شوند و امکان مونتاژ خودکار و فاکتورهای شکل کوچک‌تر را در مقایسه با طراحی‌های سوراخ‌دار مانند آنچه احتمالاً در این سند توصیف شده است، فراهم می‌کنند. مزایای اصلی LEDها - عمر طولانی، استحکام و مصرف توان پایین - تضمین می‌کنند که آن‌ها در آینده قابل پیش‌بینی همچنان یک جزء اصلی در کاربردهای نشانگر و خوانش ساده باقی خواهند ماند.