دیتاشیت نمایشگر LED هایپر رد LTS-4730AJD - ارتفاع رقم 10.16 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTS-4730AJD یک ماژول نمایشگر تک رقمی و فشرده 7 قسمتی است که برای کاربردهای نیازمند نمایش واضح اعداد طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری اعداد 0 تا 9 و برخی حروف با استفاده از بخش‌های LED قابل آدرس‌دهی جداگانه است. این قطعه با فناوری نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) و به طور خاص با رنگ هایپر رد ساخته شده است که در مقایسه با LEDهای قرمز استاندارد، مزایای متمایزی در زمینه دید و بازده در شرایط نوری خاص ارائه می‌دهد.

بازار اصلی این قطعه شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، لوازم خانگی و هر سیستم نهفته‌ای است که به یک نشانگر عددی ساده، قابل اعتماد و کم‌مصرف نیاز دارد. طراحی آن خوانایی و طول عمر در محیط‌های عملیاتی مختلف را در اولویت قرار می‌دهد.

1.1 مزایا و ویژگی‌های کلیدی

دیتاشیت چندین ویژگی کلیدی را که ارزش پیشنهادی محصول را تعریف می‌کنند، برجسته می‌کند:

• ارتفاع رقم:دارای ارتفاع کاراکتر 0.4 اینچ (10.16 میلی‌متر) است که تعادل خوبی بین اندازه و خوانایی برای کاربردهای نصب شده روی پنل فراهم می‌کند.
• کیفیت نوری:بخش‌های یکنواخت و پیوسته، ظاهر عالی کاراکتر، روشنایی بالا، کنتراست بالا و زاویه دید گسترده ارائه می‌دهد. این ویژگی‌ها اطمینان می‌دهند که عدد نمایش داده شده از زوایای مختلف واضح و خوانا باشد.
• بازده و قابلیت اطمینان:برای نیاز به توان کم طراحی شده و قابلیت اطمینان حالت جامد را ارائه می‌دهد، به این معنی که هیچ قسمت متحرکی ندارد و مقاومت بالایی در برابر ضربه و لرزش دارد.
• یکنواختی:شدت نور دسته‌بندی (بینینگ) شده است که به طراحان اجازه می‌دهد قطعات با سطوح روشنایی مطابقت داده شده را برای نمایشگرهای چند رقمی انتخاب کنند و ظاهر یکنواخت را تضمین کنند.
• زیبایی‌شناسی:این قطعه دارای صفحه‌ای خاکستری با بخش‌های سفید است که هنگام خاموش بودن LEDها کنتراست را افزایش می‌دهد و ظاهری خنثی و حرفه‌ای ارائه می‌دهد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

این بخش یک تحلیل عینی از پارامترهای حیاتی تعریف شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. اینها شرایط برای عملکرد عادی نیستند.

• توان تلف شده در هر بخش:70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که هر بخش LED به طور پیوسته می‌تواند تحمل کند.
• جریان مستقیم پیک در هر بخش:90 میلی‌آمپر، اما فقط تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه). این برای مالتی‌پلکس کردن یا اوردرایو کوتاه برای افزایش روشنایی مفید است.
• جریان مستقیم پیوسته در هر بخش:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان در بالای 25 درجه سانتی‌گراد به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته مجاز تقریباً خواهد بود: 25 میلی‌آمپر - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 میلی‌آمپر. این کاهش برای مدیریت حرارتی حیاتی است.
• ولتاژ معکوس در هر بخش:5 ولت. فراتر رفتن از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند به پیوند LED آسیب برساند.
• محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این قطعه برای محدوده دمایی صنعتی درجه‌بندی شده است.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن. این یک راهنمای استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (در T_A=25°C)

اینها پارامترهای عملکردی معمول تحت شرایط تست مشخص شده هستند.

• شدت نور متوسط (I_V):200-650 میکروکاندلا در جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر. محدوده وسیع نشان‌دهنده فرآیند بینینگ است؛ طراحان می‌توانند حداقل شدت را مشخص کنند.
• طول موج اوج تابش (λ_p):650 نانومتر. این طول موجی است که LED بیشترین توان نوری را در آن ساطع می‌کند و رنگ هایپر رد آن را تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر. این پارامتر خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده را توصیف می‌کند. مقدار 20 نانومتر برای LEDهای قرمز AlInGaP معمول است.
• طول موج غالب (λ_d):639 نانومتر. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و ممکن است کمی با طول موج اوج متفاوت باشد.
• ولتاژ مستقیم در هر بخش (V_F):2.1 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول) در I_F=20 میلی‌آمپر. این برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است. افت ولتاژ در هر بخش باید در طراحی منبع تغذیه در نظر گرفته شود.
• جریان معکوس در هر بخش (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5 ولت. این جریان نشتی کوچک زمانی است که LED در بایاس معکوس قرار دارد.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):2:1 (حداکثر). این حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین بخش‌ها در یک قطعه واحد را مشخص می‌کند و یکنواختی بصری را تضمین می‌کند.

3. توضیح سیستم بینینگ

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که قطعات"برای شدت نور دسته‌بندی شده‌اند."این به فرآیند بینینگ یا مرتب‌سازی پس از تولید اشاره دارد.

• بینینگ شدت نور:به دلیل تغییرات طبیعی در فرآیند تولید نیمه‌هادی، LEDها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در یک جریان استاندارد (مثلاً 1mA) تست و در بین‌های مختلف دسته‌بندی می‌شوند. LTS-4730AJD با حداقل شدت 200 میکروکاندلا و معمولاً تا 650 میکروکاندلا موجود است. برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی یکنواخت در چندین رقم دارند، مشخص کردن قطعات از بین‌های شدت نور یکسان یا مجاور ضروری است.
• بینینگ طول موج/رنگ:اگرچه با کدهای متعدد به طور صریح جزئیات داده نشده است، اما مشخصه "هایپر رد" و طول موج‌های غالب/اوج داده شده (639nm، 650nm) نشان‌دهنده کنترل دقیق نقطه رنگ است. برای این محصول، به نظر می‌رسد بینینگ اصلی بر روی شدت نور متمرکز است.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، می‌توانیم محتوای استاندارد و اهمیت آن‌ها را استنباط کنیم.

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان مستقیم افزایش می‌یابد. معمولاً غیرخطی است و بازده در جریان‌های بسیار بالا به دلیل گرمایش کاهش می‌یابد. نقطه تست 20mA یک شرایط عملیاتی رایج است.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:این منحنی رابطه بین ولتاژ و جریان برای پیوند LED را نشان می‌دهد. ذاتاً نمایی است. V_Fمشخص شده 2.6V در 20mA نقطه‌ای روی این منحنی است.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:خروجی نور LED با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این منحنی برای درک عملکرد در محیط‌های با دمای بالا حیاتی است و با مشخصه کاهش جریان همسو است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که اوج در 650nm و نیم‌عرض 20nm را نشان می‌دهد و ویژگی‌های رنگ هایپر رد را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج و نقشه

این قطعه دارای فوت‌پرینت استاندارد DIP (بسته دو ردیفه) از نوع سوراخ‌دار است. نقشه ابعادی تمام اندازه‌گیری‌های حیاتی برای چیدمان PCB (برد مدار چاپی) را ارائه می‌دهد، از جمله:

• ارتفاع، عرض و عمق کلی.
• فاصله پایه‌ها (مثلاً فاصله ردیف استاندارد 0.1 اینچ / 2.54 میلی‌متر معمول است).
• موقعیت و اندازه پنجره رقم.
• صفحه نشیمن و ابعاد پایه‌ها.
• تلرانس‌ها به صورت ±0.25 میلی‌متر مشخص شده‌اند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد، که برای این نوع قطعه استاندارد است.

5.2 اتصال پایه‌ها و دیاگرام مدار داخلی

نمایشگر دارای پیکربندی آند مشترک است. دیاگرام مدار داخلی نشان می‌دهد که بخش‌ها LEDهای جداگانه‌ای هستند. جدول پایه‌ها برای سیم‌کشی صحیح ضروری است:

• پایه‌های آند مشترک:پایه‌های 1 و 3 به هم متصل شده‌اند و به عنوان آند برای بخش‌های G، H و J (بخش‌های عمودی سمت راست و بخش افقی مرکزی) عمل می‌کنند. پایه 14 آند برای بخش‌های B، C و نقطه اعشار (D.P.) است.
• پایه‌های کاتد:پایه‌های 7 (H & J)، 8 (G)، 9 (D.P.)، 10 (C) و 11 (B) کاتدهای بخش‌های جداگانه یا جفت بخش‌ها هستند. برای روشن کردن یک بخش، کاتد مربوطه آن باید به ولتاژ پایین‌تری (زمین) متصل شود در حالی که آند مشترک مربوطه از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان با ولتاژ مثبت تغذیه می‌شود.
• پایه‌های بدون اتصال:پایه‌های 2، 4، 5، 6، 12 و 13 به عنوان "بدون پایه" یا "بدون اتصال" علامت‌گذاری شده‌اند، به این معنی که از نظر فیزیکی برای پایداری مکانیکی وجود دارند اما عملکرد الکتریکی ندارند.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

راهنمای کلیدی ارائه شده، مشخصه دمای لحیم‌کاری است: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن. این برای جلوگیری از آسیب حرارتی به تراشه‌های LED، لنز اپوکسی و اتصالات سیم داخلی حیاتی است.

• فرآیند:این پارامتر برای هر دو فرآیند لحیم‌کاری موجی و ریفلو مناسب است، اگرچه باید دقت شود که پروفایل کامل مونتاژ در محدوده مجاز باقی بماند.
• لحیم‌کاری دستی:در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل دمایی استفاده شود و زمان تماس با پایه‌ها به حداقل برسد.
• ذخیره‌سازی:اگرچه مشخص نشده است، اما باید احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود. توصیه می‌شود قطعات در کیسه‌های ضد استاتیک در محیطی خنک و خشک نگهداری شوند.

7. پیشنهادات کاربرد

7.1 مدارهای کاربرد معمول

درایو کردن یک نمایشگر 7 قسمتی با آند مشترک مانند LTS-4730AJD معمولاً شامل استفاده از یک میکروکنترلر یا یک IC درایور نمایشگر اختصاصی (مانند رجیستر شیفت 74HC595 با مقاومت‌های محدودکننده جریان، یا MAX7219) است. مدار باید:

1. ولتاژ مثبت را به پایه‌های آند مشترک (1/3 و 14) ارائه دهد.
2. جریان را از طریق پایه‌های کاتد جداگانه به زمین و از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان سینک کند. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای منبع تغذیه 5 ولت و I_Fهدف 10 میلی‌آمپر با V_F=2.6 ولت: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 اهم.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر بخش یا خط کاتد مشترک استفاده کنید. اتکا به محدودیت جریان پایه میکروکنترلر ایمن یا قابل اعتماد نیست.
• مالتی‌پلکس کردن:برای نمایشگرهای چند رقمی، از تکنیک مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌شود که در آن ارقام به سرعت یکی پس از دیگری روشن می‌شوند. درجه‌بندی جریان پیک (90 میلی‌آمپر در چرخه وظیفه 1/10) اجازه می‌دهد جریان‌های بالاتر کوتاه‌مدتی برای جبران چرخه وظیفه کاهش یافته استفاده شود و روشنایی درک شده حفظ شود.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما محفظه نهایی را در نظر بگیرید. صفحه خاکستری کنتراست خوبی در حالت خاموش ارائه می‌دهد.
• مدیریت حرارتی:در محیط‌های با دمای بالا به منحنی کاهش جریان پایبند باشید. در صورت استفاده از چندین نمایشگر، از تهویه مناسب اطمینان حاصل کنید.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های اصلی LTS-4730AJD استفاده ازفناوری AlInGaPوهایپر رد color.

• در مقابل LEDهای قرمز استاندارد GaAsP/GaP:LEDهای AlInGaP به طور کلی بازده بالاتر، روشنایی بهتر و طول موج پایدارتری در برابر دما و جریان درایو ارائه می‌دهند. هایپر رد (650nm) عمیق‌تر و اشباع‌تر از قرمز استاندارد (~630nm) است که می‌تواند برای برخی نشانگرها یا در شرایط نور محیطی بالا مفید باشد.
• در مقابل نمایشگرهای بزرگ‌تر/کوچک‌تر:رقم 0.4 اینچی یک اندازه رایج است که تعادل خوبی ارائه می‌دهد. ارقام کوچکتر فضا را ذخیره می‌کنند اما خواندن از فاصله دورتر سخت‌تر است؛ ارقام بزرگتر دید بهتری دارند اما مساحت پنل و توان بیشتری مصرف می‌کنند.
• در مقابل نمایشگرهای کم‌بازده:"نیاز به توان کم" و روشنایی بالا نشان‌دهنده بازده نوری خوب است که آن را برای دستگاه‌های باتری‌خور یا کاربردهایی که تولید گرما نگرانی است، مناسب می‌سازد.

9. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: تفاوت بین طول موج اوج (650nm) و طول موج غالب (639nm) چیست؟
ج: طول موج اوج، قله فیزیکی خروجی طیفی است. طول موج غالب، طول موج واحدی است که چشم انسان آن را به عنوان رنگ درک می‌کند و از طیف کامل محاسبه می‌شود. هر دو برای مشخص کردن رنگ استفاده می‌شوند، که طول موج غالب اغلب برای کاربردهای بصری مرتبط‌تر است.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 5 ولتی درایو کنم؟
ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با کاتد هر بخش استفاده کنید. یک پایه میکروکنترلر که به عنوان خروجی LOW تنظیم شده می‌تواند جریان را سینک کند، اما مقاومت برای تنظیم جریان صحیح و محافظت از هر دو LED و میکروکنترلر اجباری است.

س: حداکثر جریان پیوسته 25 میلی‌آمپر است، اما شرایط تست برای V_F20 میلی‌آمپر است. برای طراحی باید از کدام استفاده کنم؟
ج: 20 میلی‌آمپر یک شرایط تست استاندارد و یک نقطه عملیاتی رایج و قابل اعتماد است که روشنایی خوبی ارائه می‌دهد و در عین حال به خوبی در محدوده حداکثر مطلق 25 میلی‌آمپر باقی می‌ماند و حاشیه ایمنی را فراهم می‌کند. بسته به نیازهای روشنایی و توان خود می‌توانید برای 10 تا 20 میلی‌آمپر طراحی کنید.

س: "دسته‌بندی شده برای شدت نور" برای سفارش من چه معنایی دارد؟
ج: به این معنی است که LEDها پس از تولید بر اساس روشنایی مرتب می‌شوند. هنگام سفارش، ممکن است بتوانید یک بین حداقل شدت نور (مثلاً "حداقل 400 میکروکاندلا") را مشخص کنید تا اطمینان حاصل شود که تمام نمایشگرهای پروژه شما روشنایی مشابهی دارند. برای کدهای بین موجود با توزیع‌کننده یا سازنده مشورت کنید.

10. مثال مورد استفاده عملی

سناریو: طراحی یک نمایشگر ساده ولت‌متر دیجیتال.
یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) یک ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کند. فریم‌ور این مقدار را به یک عدد اعشاری تبدیل می‌کند. برای نمایش آن روی LTS-4730AJD، میکروکنترلر باید:

1. از یک جدول جستجو استفاده کند تا تعیین کند کدام بخش‌ها (a-g, dp) برای هر رقم 0-9 باید روشن شوند.
2. اگر از چندین رقم استفاده می‌شود، از یک روال مالتی‌پلکسینگ استفاده کند. برای یک رقم واحد، به سادگی پایه‌های کاتد صحیح را LOW و پایه‌های آند مشترک را از طریق یک سوئیچ ترانزیستوری HIGH نگه می‌دارد، با مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب روی هر خط کاتد.
3. رنگ هایپر رد دید واضحی فراهم می‌کند. مصرف توان کم در صورت قابل حمل بودن متر مفید است. زاویه دید گسترده امکان دیدن خوانش از کنار را فراهم می‌کند.

11. معرفی اصل فناوری

LTS-4730AJD بر اساسماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید)رشد یافته بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs (گالیم آرسناید) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n این ماده اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد. برای این قطعه، ترکیب برای تولید نور در منطقه "هایپر رد" طیف (~650nm) تنظیم شده است. زیرلایه غیرشفاف با جذب نور پراکنده به بهبود کنتراست کمک می‌کند. هر بخش از رقم یک تراشه LED جداگانه یا بخشی از یک تراشه است که به طور داخلی به پایه‌های مربوطه سیم‌کشی شده است.

12. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای 7 قسمتی همچنان اساسی هستند، روندهای فناوری نشانگر شامل موارد زیر است:

• یکپارچه‌سازی:حرکت به سمت نمایشگرهای دارای IC درایور یکپارچه (اینترفیس I2C، SPI) برای ساده‌سازی طراحی میکروکنترلر و کاهش تعداد قطعات.
• مواد:توسعه مداوم در مواد LED مانند InGaN (برای آبی/سبز/سفید) و AlInGaP بهبود یافته برای بازده بالاتر و گاموت رنگ گسترده‌تر.
• فرم فکتورها:استفاده بیشتر از پکیج‌های SMD (قطعه نصب سطحی) برای مونتاژ خودکار، اگرچه نمایشگرهای سوراخ‌دار مانند این همچنان برای نمونه‌سازی اولیه، تعمیر و برخی کاربردهای صنعتی محبوب هستند.
• جایگزین‌ها:برای اطلاعات پیچیده‌تر، ماژول‌های OLED یا TFT LCD در حال رقابتی‌تر شدن از نظر هزینه هستند، اما برای نمایشگرهای عددی ساده، روشن، کم‌مصرف و بسیار قابل اعتماد، نمایشگرهای LED 7 قسمتی مانند LTS-4730AJD همچنان یک راه‌حل قوی و بهینه هستند.