دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-4301SW - ارتفاع رقم 0.4 اینچ - قطعات سفید - زمینه مشکی - کاتد مشترک - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTS-4301SW یک ماژول نمایشگر تک رقمی و هفت قسمتی آلفانومریک است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش واضح و روشن اعداد هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری اعداد 0 تا 9 و برخی حروف با روشن کردن انتخابی هفت قطعه LED مجزا (با برچسب A تا G) و یک نقطه اعشار اختیاری (D.P.) است. این دستگاه با استفاده از تراشه‌های LED سفید InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) ساخته شده که پشت یک ماسک قطعه‌بندی شده نصب شده‌اند تا عناصر کاراکتر را تشکیل دهند. نمایشگر دارای زمینه مشکی است که پس‌زمینه‌ای با کنتراست بالا برای قطعات روشن سفید فراهم می‌کند و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این ترکیب به ویژه در کاربردهایی که خوانایی از فاصله یا در نور محیطی حیاتی است، مؤثر است.

مزایای اصلی این نمایشگر شامل ظاهر عالی کاراکتر است که از طریق قطعات یکنواخت و پیوسته حاصل می‌شود و شکل منسجمی برای رقم ایجاد می‌کند. این نمایشگر خروجی روشنایی بالایی ارائه می‌دهد، با شدت نور معمولی تا ۲۸۰۰۰ میلی‌کاندلا (mcd) برای هر تراشه تحت شرایط آزمایش استاندارد، که حتی در محیط‌های پرنور نیز دید را تضمین می‌کند. زاویه دید گسترده ۱۳۰ درجه (۲\u03c6_1/2) امکان خوانایی واضح از موقعیت‌های خارج از محور را فراهم می‌کند و آن را برای پنل‌های متر، ابزار دقیق، لوازم خانگی و پنل‌های کنترل صنعتی که زاویه دید ممکن است مستقیم نباشد، مناسب می‌سازد. علاوه بر این، نیاز به توان پایین برای هر قطعه به طراحی‌های بهینه از نظر انرژی کمک می‌کند.

1.1 تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

1.1.1 ویژگی‌های نورسنجی و نوری

پارامتر نورسنجی کلیدی، شدت نور متوسط (I_V) است. برای تراشه‌های سفید InGaN مورد استفاده، مقدار معمولی ۲۸۰۰۰ میلی‌کاندلا (mcd) است هنگامی که با جریان مستقیم (I_F) ۱۰ میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود. حداقل مقدار مشخص شده ۱۳۷۰۰ mcd است. این پارامتر با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند و اطمینان می‌دهد که روشنایی گزارش شده با ادراک بصری انسان همبستگی دارد. زاویه دید گسترده ۱۳۰ درجه به عنوان زاویه کامل تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار اوج خود (روی محور) کاهش می‌یابد. این مشخصه برای تعیین مخروط دید مؤثر برای کاربر نهایی بسیار مهم است.

مختصات رنگی به صورت x=0.294 و y=0.286 (اندازه‌گیری شده در I_F=5mA) ارائه شده است. این مختصات روی نمودار رنگی CIE 1931 نقطه سفید نور ساطع شده را تعریف می‌کنند. مقادیر ارائه شده نشان‌دهنده دمای رنگ سفید سرد است. نسبت تطبیق شدت نور برای نواحی نوری مشابه حداکثر ۲:۱ مشخص شده است. این بدان معناست که تفاوت روشنایی بین کم‌نورترین و پرنورترین قطعه/تراشه تحت شرایط راه‌اندازی یکسان نباید از ضریب دو تجاوز کند، که ظاهر یکنواخت رقم روشن را تضمین می‌کند.

1.1.2 پارامترهای الکتریکی

ولتاژ مستقیم (V_F) برای هر تراشه LED معمولاً ۳.۱۵ ولت اندازه‌گیری می‌شود، با محدوده‌ای از ۲.۷۰ ولت تا ۳.۱۵ ولت در جریان آزمایش ۵ میلی‌آمپر. طراحان باید این افت ولتاژ را هنگام طراحی مدار راه‌انداز در نظر بگیرند. جریان معکوس (I_R) حداکثر ۱۰ میکروآمپر هنگامی که بایاس معکوس ۵ ولت اعمال می‌شود، مشخص شده است که نشان‌دهنده مشخصه نشتی پیوند LED است.

حداکثر مقادیر مجاز مطلق، محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند. جریان مستقیم پیوسته برای هر قطعه در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد ۲۰ میلی‌آمپر است، با ضریب کاهش ۰.۲۵ میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد. این بدان معناست که جریان پیوسته مجاز به صورت خطی با افزایش دمای محیط (T_a) بالای ۲۵ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد تا از آسیب حرارتی جلوگیری شود. به عنوان مثال، در دمای ۸۵ درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته ۲۰ میلی‌آمپر - ((۸۵-۲۵) * ۰.۲۵ میلی‌آمپر) = ۵ میلی‌آمپر خواهد بود. جریان مستقیم اوج، قابل اعمال برای عملیات پالسی (۱ کیلوهرتز، چرخه وظیفه ۱۰٪)، ۶۰ میلی‌آمپر است. حداکثر اتلاف توان برای هر قطعه ۱۱۵ میلی‌وات است.

1.1.3 مشخصات حرارتی و محیطی

این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی ۳۵- درجه سانتی‌گراد تا ۱۰۵+ درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است. محدوده دمای نگهداری یکسان است. این محدوده‌های گسترده نشان‌دهنده استحکام برای استفاده در محیط‌های تحت تأثیر تغییرات دمایی قابل توجه است. شرایط لحیم‌کاری به صورت ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۳ ثانیه مشخص شده است، که در نقطه‌ای ۱/۱۶ اینچ (تقریباً ۱.۶ میلی‌متر) زیر صفحه نشستن قطعه اندازه‌گیری می‌شود. رعایت این پروفایل در طول مونتاژ PCB برای جلوگیری از آسیب به تراشه‌های LED یا بسته پلاستیکی از گرمای بیش از حد بسیار مهم است.

1.2 اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

نمایشگر دارای ارتفاع رقم ۰.۴ اینچ (۱۰.۰ میلی‌متر) است. ابعاد بسته به میلی‌متر ارائه شده است. نکات مکانیکی کلیدی شامل موارد زیر است: تمام تلرانس‌های ابعادی ±۰.۲۵ میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد، و تلرانس جابجایی نوک پایه +۰.۴ میلی‌متر است که به عدم هم‌راستایی مجاز انتهای پایه‌ها اشاره دارد. دستگاه از پیکربندی کاتد مشترک استفاده می‌کند. این بدان معناست که تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) LEDهای قطعه‌ای به صورت داخلی به یک یا دو پایه مشترک (پایه‌های ۳ و ۸) متصل شده‌اند، در حالی که آند هر قطعه (ترمینال مثبت) پایه اختصاصی خود را دارد. این پیکربندی معمولاً مالتی‌پلکس کردن در نمایشگرهای چند رقمی را ساده‌تر می‌کند و می‌تواند بر انتخاب IC درایور تأثیر بگذارد.

1.2.1 اتصال پایه و مدار داخلی

پین‌اوت به شرح زیر است: پایه ۱: آند G، پایه ۲: آند F، پایه ۳: کاتد مشترک، پایه ۴: آند E، پایه ۵: آند D، پایه ۶: آند D.P. (نقطه اعشار)، پایه ۷: آند C، پایه ۸: کاتد مشترک، پایه ۹: آند B، پایه ۱۰: آند A. توجه داشته باشید که دو پایه کاتد مشترک (۳ و ۸) وجود دارد که به صورت داخلی به هم متصل هستند. این طراحی دو پایه‌ای به توزیع جریان کمک می‌کند و می‌تواند قابلیت اطمینان را بهبود بخشد. نمودار مدار داخلی هر یک از هشت LED (هفت قطعه به اضافه نقطه اعشار) را نشان می‌دهد که آند آن به پایه مربوطه متصل است و تمام کاتدها به پایه‌های کاتد مشترک متصل شده‌اند.

1.3 دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

روش اصلی مونتاژ، لحیم‌کاری ریفلو است. دیتاشیت یک پروفایل ریفلو توصیه شده ارائه می‌دهد که دمای اوج ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد را مشخص می‌کند. پارامتر حیاتی این است که دمای بدنه قطعه در طول مونتاژ نباید از حداکثر دمای درجه‌بندی شده تجاوز کند. شرایط به صراحت لحیم‌کاری در دمای ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۳ ثانیه هنگامی که در نقطه‌ای ۱/۱۶ اینچ زیر صفحه نشستن اندازه‌گیری می‌شود را بیان می‌کند. این دستورالعمل برای مهندسان فرآیند ضروری است تا سرعت نوار نقاله کوره ریفلو و دمای مناطق را به درستی تنظیم کنند تا از شوک حرارتی یا تخریب مواد جلوگیری شود و در عین حال اتصال لحیم قابل اطمینانی ایجاد شود.

1.4 پیشنهادات کاربردی

1.4.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای هر دستگاهی که نیازمند نمایش عددی تک رقمی واضح است، ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: پنل‌های متر برای ولتاژ، جریان یا دما؛ تایمرها و شمارنده‌ها؛ لوازم خانگی مانند فر، مایکروویو یا ماشین لباسشویی؛ تجهیزات تست و اندازه‌گیری؛ پنل‌های کنترل صنعتی؛ و دستگاه‌های پزشکی است. کنتراست و روشنایی بالا آن را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که نمایشگر ممکن است از فاصله یا در شرایط نور محیطی بالا مشاهده شود.

1.4.2 ملاحظات طراحی

هنگام یکپارچه‌سازی LTS-4301SW، طراحان باید محدودیت جریان را در نظر بگیرند. یک مقاومت سری برای هر آند قطعه (یا یک درایور تنظیم‌شده جریان) اجباری است تا جریان مستقیم را به سطح مورد نظر، معمولاً بین ۵ تا ۲۰ میلی‌آمپر، بسته به روشنایی مورد نیاز و محیط حرارتی تنظیم کند. منحنی کاهش جریان مستقیم باید رعایت شود اگر انتظار می‌رود دمای محیط عملیاتی بالا باشد. پیکربندی کاتد مشترک نیاز دارد که مدار درایور جریان را سینک کند. هنگام مالتی‌پلکس کردن چندین رقم (اگرچه این یک واحد تک رقمی است، اصل برای سیستم‌هایی که از چندین عدد استفاده می‌کنند اعمال می‌شود)، یک IC درایور مناسب که قادر به سورس کردن جریان به آندها و سینک کردن جریان کاتد تجمعی باشد، مورد نیاز است. چیدمان PCB باید مسیرهای تغذیه تمیزی را تضمین کند تا نویز به حداقل برسد.

1.5 مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با نمایشگرهای تک رقمی مشابه، استفاده LTS-4301SW از فناوری LED سفید InGaN مزایایی نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز GaAsP یا نور سفید فیلترشده ارائه می‌دهد. LEDهای InGaN به طور کلی بازده و روشنایی بالاتری ارائه می‌دهند. زمینه مشکی با قطعات سفید یک تمایز کلیدی از نمایشگرهای با زمینه خاکستری یا روشن است که نسبت کنتراست برتری ارائه می‌دهد، که عاملی حیاتی برای خوانایی است. نسبت تطبیق شدت نور مشخص شده (۲:۱) یکنواختی قطعات را تضمین می‌کند، که همیشه در نمایشگرهای کم‌هزینه تضمین نمی‌شود. محدوده دمای عملیاتی گسترده (۳۵- درجه سانتی‌گراد تا ۱۰۵+ درجه سانتی‌گراد) نیز آن را برای کاربردهای صنعتی یا فضای باز در مقایسه با نمایشگرهای با محدوده باریک‌تر، مقاوم‌تر می‌سازد.

1.6 پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی

س: هدف دو پایه کاتد مشترک (۳ و ۸) چیست؟

ج: آن‌ها به صورت داخلی به هم متصل هستند. داشتن دو پایه به توزیع جریان کاتد کل (که مجموع جریان‌های تمام قطعات روشن است) در دو اتصال لحیم و مسیرهای PCB کمک می‌کند، ظرفیت تحمل جریان، عملکرد حرارتی و قابلیت اطمینان اتصال مکانیکی را بهبود می‌بخشد.

س: چگونه مقدار مقاومت سری برای یک قطعه را محاسبه کنم؟

ج: از قانون اهم استفاده کنید: R = (V_منبع- V_F) / I_F. به عنوان مثال، با منبع تغذیه ۵ ولت، V_Fمعمولی ۳.۱۵ ولت، و I_Fمورد نظر ۱۰ میلی‌آمپر: R = (۵ - ۳.۱۵) / ۰.۰۱ = ۱۸۵ اهم. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد استفاده کنید (مثلاً ۱۸۰ یا ۲۰۰ اهم). همیشه درجه توان را در نظر بگیرید: P = I_F²* R.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟

ج: بستگی به قابلیت سورس جریان پایه MCU دارد. یک پایه MCU معمولی ممکن است ۲۰-۲۵ میلی‌آمپر سورس کند که برای یک قطعه در جریان کامل کافی است. با این حال، راه‌اندازی چندین قطعه یا کاتد مشترک (که مجموع جریان تمام قطعات را سینک می‌کند) معمولاً از قابلیت یک پایه واحد فراتر می‌رود. ICهای درایور اختصاصی (مانند رجیستر شیفت 74HC595 با مقاومت‌های محدودکننده جریان، یا یک درایور LED جریان ثابت) برای عملیات قابل اطمینان و ایمن به شدت توصیه می‌شوند.

س: "دسته‌بندی شده برای شدت نور" به چه معناست؟

ج: به این معنی است که در طول تولید، تراشه‌های LED یا نمایشگرهای نهایی ممکن است بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده آزمایش و دسته‌بندی (بینینگ) شوند. این به مشتریان اجازه می‌دهد قطعاتی با محدوده روشنایی خاص برای ثبات در محصول خود انتخاب کنند، به ویژه هنگام استفاده از چندین نمایشگر.

1.7 مورد عملی طراحی و استفاده

طراحی یک دماسنج دیجیتال ساده با نمایش ۰-۹ درجه سانتی‌گراد را در نظر بگیرید. یک LTS-4301SW رقم یکان را نمایش می‌دهد. خروجی دیجیتال یک سنسور دما توسط یک میکروکنترلر پردازش می‌شود. MCU مقدار رقم (۰-۹) را به الگوی قطعه مربوطه رمزگشایی می‌کند (مثلاً برای '۵'، قطعات A، F، G، C، D روشن هستند). MCU از یک توسعه‌دهنده پورت یا رجیستر شیفت برای سورس کردن جریان به آندهای قطعه (پایه‌های ۱،۲،۴،۵،۶،۷،۹،۱۰) از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان استفاده می‌کند. کاتد مشترک (پایه‌های ۳ و ۸) به یک پایه زمین متصل می‌شود که قادر به سینک کردن جریان کل است (مثلاً ۸ قطعه * ۱۰ میلی‌آمپر = ۸۰ میلی‌آمپر)، که احتمالاً نیاز به ترانزیستور دارد. زمینه مشکی اطمینان می‌دهد که '۵' به راحتی روی پنل دستگاه قابل خواندن است.

1.8 معرفی اصل عملکرد

یک نمایشگر هفت قسمتی بر اساس یک اصل ساده کار می‌کند: مجموعه‌ای از هفت میله LED (قطعه) است که به طور مستقل کنترل می‌شوند و در الگوی شکل هشت چیده شده‌اند. با روشن کردن ترکیب‌های خاصی از این قطعات، تمام ده رقم اعشاری (۰-۹) می‌توانند تشکیل شوند. به عنوان مثال، برای نمایش عدد '۷'، قطعات A، B و C روشن می‌شوند. نقطه اعشار یک LED جداگانه اضافی است. از نظر الکتریکی، هر قطعه یک LED استاندارد با آند و کاتد است. در نوع کاتد مشترک مانند LTS-4301SW، تمام کاتدها به یک ترمینال مشترک متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک قطعه، یک ولتاژ مثبت (از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان) به پایه آند خاص آن اعمال می‌شود، در حالی که کاتد مشترک به زمین متصل می‌شود و مدار را کامل می‌کند.

1.9 روندها و تحولات فناوری

روند در نمایشگرهای هفت قسمتی به سمت بازدهی بالاتر، روشنایی بیشتر و مینیاتوری شدن بوده است. حرکت از LEDهای رنگی سنتی (قرمز، سبز) به LEDهای سفید تبدیل شده با فسفر (مانند تراشه مبتنی بر InGaN در این نمایشگر) اجازه می‌دهد ظاهری خنثی و با کنتراست بالا مناسب برای کاربردهای بیشتری باشد. همچنین روندی به سمت بسته‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار وجود دارد، اگرچه انواع سوراخ‌دار مانند این همچنان برای نمونه‌سازی اولیه، تعمیر و کاربردهایی که نیاز به اتصالات مکانیکی قوی دارند محبوب هستند. یکپارچه‌سازی روند دیگری است، که در آن الکترونیک درایور و گاهی میکروکنترلرها با ماژول نمایشگر خود ترکیب می‌شوند و تعداد قطعات خارجی را کاهش می‌دهند. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در مواد منجر به زوایای دید گسترده‌تر و عملکرد بهبود یافته در محدوده‌های دمایی گسترده‌تر می‌شود.