دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-4801JD - ارتفاع رقم 0.39 اینچ - آلین‌گپ قرمز فوق‌اشباع - ولتاژ آستانه 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-4801JD یک ماژول نمایشگر تک‌رقمی هفت‌قطعه‌ای با عملکرد بالا است که برای کاربردهای نیازمند نمایش عددی واضح و پرنور طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری ارقام 0 تا 9 و برخی حروف با استفاده از قطعات LED قابل آدرس‌دهی جداگانه است. این دستگاه برای قابلیت اطمینان و سهولت ادغام در سیستم‌های الکترونیکی متنوع مهندسی شده است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای طیفی از کاربردها مناسب می‌سازد. مزایای اصلی آن شامل ظاهر عالی کاراکتر با قطعات یکنواخت و پیوسته، روشنایی و کنتراست بالا برای دید برتر حتی در شرایط پرنور، و زاویه دید گسترده برای خوانایی از موقعیت‌های مختلف است. علاوه بر این، نیاز به توان کم و قابلیت اطمینان حالت جامد را داراست که به عمر عملیاتی طولانی و بهره‌وری انرژی کمک می‌کند. دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که ثبات در سطوح روشنایی را فراهم می‌کند. بازار هدف شامل پنل‌های کنترل صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، لوازم خانگی، داشبورد خودرو (نمایشگرهای ثانویه) و هر سیستم توکار نیازمند نمایشگر عددی فشرده و قابل اطمینان می‌باشد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

عملکرد LTS-4801JD توسط مجموعه‌ای از پارامترهای الکتریکی و نوری دقیق تعریف می‌شود که طراحان باید برای پیاده‌سازی صحیح در نظر بگیرند.

2.1 ویژگی‌های فتومتریک و نوری

عملکرد نوری در قلب عملکرد آن قرار دارد. دستگاه از تراشه‌های LED قرمز فوق‌اشباع آلین‌گپ (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند. خروجی نور با شدت نور متوسط معمولی (Iv) بین 200 تا 650 میکروکاندلا (μcd) در جریان مستقیم (IF) 1 میلی‌آمپر مشخص می‌شود. رنگ توسط طول موج اوج تابش (λp) 650 نانومتر (nm) و طول موج غالب (λd) 639 نانومتر تعریف می‌شود که هر دو در IF=20mA اندازه‌گیری شده‌اند. پهنای نیم‌خط طیفی (Δλ) 20 نانومتر است که نشان‌دهنده رنگ قرمز نسبتاً خالص است. تطابق شدت نور بین قطعات حداکثر با نسبت 2:1 مشخص شده است که ظاهر یکنواخت در سراسر رقم را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی، عملکرد ایمن و مؤثر را تضمین می‌کنند. حداکثر مقادیر مجاز، محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند: اتلاف توان هر قطعه 70 میلی‌وات، جریان مستقیم پیک هر قطعه 90 میلی‌آمپر (در چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه)، و جریان مستقیم پیوسته هر قطعه در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 25 میلی‌آمپر است که به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. حداکثر ولتاژ معکوس هر قطعه 5 ولت است. در شرایط عملیاتی معمول (Ta=25°C, IF=20mA)، ولتاژ مستقیم هر قطعه (VF) از 2.1 ولت تا 2.6 ولت متغیر است. جریان معکوس (IR) در VR=5V حداکثر 100 میکروآمپر است.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

محدوده دمای عملیاتی دستگاه 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری یکسان است. این محدوده گسترده آن را برای محیط‌های با تغییرات دمایی قابل توجه مناسب می‌سازد. درجه حرارت لحیم‌کاری مشخص می‌کند که دستگاه می‌تواند 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 0.116 اینچ (تقریباً 2.95 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند که اطلاعاتی حیاتی برای فرآیند مونتاژ است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد دستگاه \"بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این به معنای اعمال یک سیستم دسته‌بندی است که احتمالاً بر اساس شدت نور متوسط اندازه‌گیری شده (Iv) در شرایط تست استاندارد (IF=1mA) است. دسته‌ها دستگاه‌هایی با سطوح خروجی نور مشابه (مثلاً 200-350 μcd، 350-500 μcd، 500-650 μcd) را گروه‌بندی می‌کنند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با روشنایی یکنواخت برای نمایشگرهای چندرقمی یا کاربردهایی که تطابق روشنایی حیاتی است انتخاب کنند. حداکثر نسبت تطابق شدت نور 2:1 که مشخص شده است، تضمین عملکرد درون یک دستگاه واحد است، در حالی که دسته‌بندی ثبات بین چندین دستگاه را تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که بخش ارائه شده دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" اشاره می‌کند، منحنی‌های معمول برای چنین دستگاهی روابط کلیدی حیاتی برای طراحی را به صورت گرافیکی نشان می‌دهند.

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

یک منحنی I-V معمولی رابطه نمایی بین جریان مستقیم (IF) و ولتاژ مستقیم (VF) برای تراشه‌های LED آلین‌گپ را نشان می‌دهد. منحنی حدود 1.8V-2.0V به طور محسوسی شروع به هدایت می‌کند و در محدوده عملیاتی نرمال (مثلاً 5-30mA) شیب نسبتاً تندی نشان می‌دهد، به طوری که VF در 20mA به مقدار معمول 2.1V-2.6V افزایش می‌یابد. این منحنی برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

این منحنی برای کنترل روشنایی حیاتی است. معمولاً نشان می‌دهد که شدت نور (Iv) تقریباً به صورت خطی با جریان مستقیم (IF) در یک محدوده قابل توجه افزایش می‌یابد قبل از اینکه در جریان‌های بسیار بالا به اشباع برسد. شیب این خط بازده (لومن بر وات یا کاندلا بر آمپر) را تعیین می‌کند. طراحان از این برای انتخاب جریان عملیاتی مورد نیاز برای دستیابی به سطح روشنایی مطلوب استفاده می‌کنند.

4.3 شدت نور در مقابل دمای محیط

خروجی نور LED با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. یک منحنی کاهش رتبه، شدت نور نسبی را به عنوان تابعی از دمای محیط (Ta) یا دمای اتصال (Tj) نشان می‌دهد. برای LEDهای آلین‌گپ، خروجی می‌تواند با افزایش دما به طور قابل توجهی کاهش یابد، که باید در مدیریت حرارتی و طراحی‌های در نظر گرفته شده برای محیط‌های با دمای بالا لحاظ شود.

4.4 توزیع طیفی

یک نمودار توزیع توان طیفی، شدت نسبی نور منتشر شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد که حول اوج 650 نانومتر متمرکز است. پهنای نیمه طیفی 20 نانومتر نشان‌دهنده عرض این قله در نصف حداکثر شدت آن است که ماهیت تک‌رنگ نور قرمز را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

ساختار فیزیکی LTS-4801JD برای ادغام مکانیکی تعریف شده است.

5.1 ابعاد و نقشه کلی

بسته دارای ارتفاع رقم 0.39 اینچ (10.0 میلی‌متر) است. نقشه ابعادی دقیق (مرجع در دیتاشیت) طول، عرض و ارتفاع کلی بسته، ابعاد و فاصله قطعات، فاصله و طول پایه‌ها (پین‌ها) و موقعیت نقطه اعشار سمت راست را مشخص می‌کند. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25mm است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این نقشه برای ایجاد جای پای PCB و اطمینان از تناسب مناسب درون محفظه ضروری است.

5.2 پایه‌ها و شناسایی قطبیت

دستگاه دارای پیکربندی 10 پایه است. دارای معماری آند مشترک است، به این معنی که آندهای تمام قطعات LED به صورت داخلی به هم متصل شده و به پایه‌های خاصی آورده شده‌اند. اتصال پایه‌ها به شرح زیر است: پایه 3 و پایه 8 آندهای مشترک هستند (و به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند). کاتدهای هر قطعه روی پایه‌های جداگانه قرار دارند: پایه 1 (G)، پایه 2 (F)، پایه 4 (E)، پایه 5 (D)، پایه 6 (D.P. برای نقطه اعشار)، پایه 7 (C)، پایه 9 (B)، پایه 10 (A). شماره‌گذاری پایه‌ها و موقعیت پایه 1 باید از نقشه مکانیکی شناسایی شود. توضیح \"Rt. Hand Decimal\" تأیید می‌کند که نقطه اعشار در سمت راست رقم قرار دارد.

5.3 نمودار مدار داخلی

نمودار مدار داخلی مرجع، پیکربندی آند مشترک را به صورت بصری نشان می‌دهد. یک گره مشترک (آند) را نشان می‌دهد که به منبع تغذیه مثبت متصل است و LED هر قطعه (A تا G، به علاوه DP) کاتد خود را به یک پایه جداگانه متصل کرده است. برای روشن کردن یک قطعه، پایه کاتد مربوطه باید در سطح پایین (از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان به زمین) درایو شود در حالی که آند مشترک در سطح بالا نگه داشته می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

برای حفظ یکپارچگی دستگاه، نیاز به رسیدگی صحیح است.

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو

پارامتر حیاتی ارائه شده حداکثر دمای لحیم‌کاری است: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 0.116 اینچ (2.95 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن. این با پروفایل‌های رفلو بدون سرب معمول (مانند IPC/JEDEC J-STD-020) همسو است. باید از یک پروفایل رفلو استاندارد با ناحیه پیش‌گرم، افزایش دمای سریع، ناحیه دمای اوج که برای زمان مشخص شده از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند و ناحیه خنک‌کننده کنترل شده استفاده شود. پروفایل باید اطمینان حاصل کند که دما در پایه‌های بسته از حداکثر مطلق تجاوز نکند.

6.2 احتیاط‌ها و رسیدگی

در طول رسیدگی و مونتاژ باید احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود، زیرا تراشه‌های LED به الکتریسیته ساکن حساس هستند. از اعمال تنش مکانیکی به پایه‌ها یا بسته پلاستیکی خودداری کنید. تمیزکاری پس از لحیم‌کاری باید از روش‌های سازگار با مواد بسته (احتمالاً اپوکسی) استفاده کند.

6.3 شرایط نگهداری

دستگاه باید در محدوده دمای نگهداری مشخص شده 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد نگهداری شود. توصیه می‌شود قطعات در محیطی با رطوبت کم و در بسته‌بندی محافظ ESD تا زمان استفاده نگهداری شوند تا از جذب رطوبت و آسیب الکترواستاتیک جلوگیری شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

رایج‌ترین روش درایو برای یک نمایشگر آند مشترک مانند LTS-4801JD مالتی‌پلکس کردن است، به ویژه زمانی که از چندین رقم استفاده می‌شود. یک میکروکنترلر یا درایور نمایشگر اختصاصی به طور متوالی آند مشترک هر رقم را تغذیه می‌کند در حالی که الگوی کاتد را برای قطعاتی که باید در آن رقم روشن شوند خروجی می‌دهد. این روش پایه‌های I/O را ذخیره می‌کند. برای یک کاربرد تک‌رقمی، می‌توان از یک درایو استاتیک ساده‌تر استفاده کرد: پایه‌های آند مشترک (3 و 8) را از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان برای کل نمایشگر به ولتاژ تغذیه مثبت (Vcc) وصل کنید و هر پایه کاتد (A-G, DP) را به یک پایه I/O میکروکنترلر یا یک ترانزیستور درایور وصل کنید. هر پایه I/O برای قطعه مربوطه خود به یک مقاومت سری محدودکننده جریان نیاز دارد.

7.2 محاسبه مقاومت محدودکننده جریان

مقدار مقاومت محدودکننده جریان حیاتی است. می‌توان آن را با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (Vcc - VF) / IF. به عنوان مثال، با Vcc برابر 5 ولت، VF معمولی 2.6 ولت و IF مورد نظر 20 میلی‌آمپر: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 اهم. توان نامی مقاومت باید حداقل P = (IF)^2 * R = (0.020)^2 * 120 = 0.048 وات باشد، بنابراین یک مقاومت استاندارد 1/8W (0.125W) یا 1/4W کافی است.

7.3 ملاحظات طراحی

کنترل روشنایی:روشنایی را می‌توان با تغییر جریان مستقیم (IF) در محدوده‌های مشخص شده، یا با تغییر مقدار مقاومت یا استفاده از PWM (مدولاسیون عرض پالس) روی سیگنال درایو تنظیم کرد. PWM برای کاهش نور بسیار مؤثر است.

زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما جهت دید اصلی را هنگام قرار دادن نمایشگر در محصول نهایی در نظر بگیرید.

مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان کم است، در صورت استفاده از چندین نمایشگر یا کار در دمای محیطی بالا، اطمینان از تهویه مناسب برای جلوگیری از کاهش روشنایی و افزایش طول عمر ضروری است.

بهبود کنتراست:صورت خاکستری و قطعات سفید، کنتراست ذاتی را فراهم می‌کنند. برای خوانایی بهینه، یک قاب تیره یا فیلتر اطراف نمایشگر می‌تواند کنتراست را بیشتر افزایش دهد، به ویژه در نور محیطی روشن.

8. مقایسه و تمایز فنی

LTS-4801JD عمدتاً از طریق استفاده از فناوری آلین‌گپ و ویژگی‌های عملکردی خاص خود متمایز می‌شود.

آلین‌گپ در مقابل سایر فناوری‌های LED:در مقایسه با LEDهای قرمز سنتی GaAsP یا GaP، LEDهای آلین‌گپ بازده نوری به مراتب بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی)، پایداری دمایی بهتر و رنگ قرمز اشباع‌شده‌تر و \"فوق‌اشباع\" ارائه می‌دهند. در مقایسه با LEDهای سفید پرتوان جدیدتر که با فیلترها استفاده می‌شوند، این دستگاه ساده‌تر است، نیاز به الکترونیک درایو پیچیده کمتری دارد و رنگ قرمز خالص و کارآمد را مستقیماً ارائه می‌دهد.

در میان نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای:ارتفاع رقم 0.39 اینچی آن را در دسته اندازه رایج برای ابزارهای نصب شده روی پنل قرار می‌دهد. مزایای رقابتی کلیدی ذکر شده شامل قطعات یکنواخت و پیوسته (برای ظاهر تمیز)، روشنایی و کنتراست بالا و دسته‌بندی بر اساس شدت نور (تضمین ثبات) است. نیاز به توان کم نیز برای دستگاه‌های با باتری یک مزیت است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال 1: هدف از داشتن دو پایه آند مشترک (پایه 3 و پایه 8) چیست؟

پاسخ 1: داشتن دو پایه برای اتصال مشترک به توزیع جریان آند کل که مجموع جریان تمام قطعات روشن است کمک می‌کند. این چگالی جریان در یک پایه و ردیف PCB را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد. آن‌ها به صورت داخلی به هم متصل هستند، بنابراین تنها یکی نیاز به اتصال در مدار دارد، اما اتصال هر دو برای بهترین عملکرد توصیه می‌شود.

سوال 2: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک میکروکنترلر 3.3 ولتی بدون مقاومت محدودکننده جریان درایو کنم؟

پاسخ 2: خیر. شما همیشه باید برای هر قطعه از یک مقاومت محدودکننده جریان (یا یک منبع جریان تنظیم‌شده) استفاده کنید. ولتاژ مستقیم (VF) معمولاً 2.1V-2.6V است. اتصال مستقیم 3.3V به LED از طریق یک پایه میکروکنترلر، سعی در عبور جریانی کنترل‌نشده و بالقوه مخرب از LED خواهد داشت، زیرا تنها مقاومت موجود مقاومت داخلی پایه MCU و LED است که بسیار کم است.

سوال 3: \"کاهش رتبه خطی از 25 درجه سانتی‌گراد\" برای جریان مستقیم پیوسته به چه معناست؟

پاسخ 3: به این معنی است که حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. ضریب کاهش رتبه 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد است. به عنوان مثال، در دمای 50 درجه سانتی‌گراد (25 درجه بالاتر از مرجع)، حداکثر جریان 25mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 25mA - 8.25mA = 16.75mA خواهد بود. این از گرمای بیش از حد جلوگیری کرده و قابلیت اطمینان را تضمین می‌کند.

سوال 4: چگونه نسبت تطابق شدت نور 2:1 را تفسیر کنم؟

پاسخ 4: این به این معنی است که درون یک واحد LTS-4801JD، کم‌نورترین قطعه در شرایط اندازه‌گیری یکسان (IF=1mA) کمتر از نصف روشن‌ترین قطعه نخواهد بود. این یکنواختی بصری در سراسر رقم را تضمین می‌کند.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی نمایشگر ساده یک ولت‌متر دیجیتال

یک طراح در حال ایجاد یک ولت‌متر دیجیتال فشرده برای نمایش 0.0V تا 19.9V است. آن‌ها به یک نمایشگر واضح و کم‌مصرف نیاز دارند. آن‌ها LTS-4801JD را به دلیل روشنایی بالا و اندازه 0.39 اینچی که برای استفاده مورد نظر خوانا است انتخاب می‌کنند. از سه نمایشگر برای سه رقم استفاده می‌شود. ADC میکروکنترلر ولتاژ را می‌خواند، آن را به یک مقدار تبدیل می‌کند و نمایشگرها را از طریق یک طرح مالتی‌پلکس با استفاده از یک آرایه ترانزیستور برای آندهای مشترک و پایه‌های I/O MCU (با مقاومت‌های سری) برای کاتدهای قطعات درایو می‌کند. نقطه اعشار سمت راست روی رقم وسط برای نشان دادن جایگاه دهم استفاده می‌شود. رنگ قرمز آلین‌گپ به دلیل کنتراست بالا در برابر یک پنل تیره انتخاب شده است. طراح مقادیر مقاومت‌ها را برای یک سیستم 5 ولتی محاسبه می‌کند تا هر قطعه را در حدود 15 میلی‌آمپر درایو کند که روشنایی کافی را فراهم می‌کند در حالی که به خوبی در محدوده رتبه پیوسته 25 میلی‌آمپر در دمای اتاق باقی می‌ماند.

11. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

LTS-4801JD بر اساس اصل اساسی الکترولومینسانس در مواد نیمه‌هادی عمل می‌کند. ساختار تراشه آلین‌گپ یک پیوند p-n تشکیل می‌دهد. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه پیوند (تقریباً 1.8-2.0V) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. در آلین‌گپ، این بازترکیب انرژی را عمدتاً به شکل فوتون (نور) در محدوده طول‌موج قرمز (~650 نانومتر) آزاد می‌کند. هر یک از هفت قطعه (A تا G) و نقطه اعشار (DP) شامل یک یا چند عدد از این تراشه‌های LED ریز تعبیه شده در بسته است. پیکربندی آند مشترک با اجازه دادن به یک منبع ولتاژ مثبت واحد برای تغذیه تمام قطعات، مدار درایو خارجی را ساده می‌کند و کنترل جداگانه با زمین کردن کاتد قطعه مورد نظر حاصل می‌شود.

12. روندها و زمینه فناوری

نمایشگرهای LED هفت‌قطعه‌ای مانند LTS-4801JD نمایانگر یک فناوری نمایشگر بالغ و به شدت بهینه‌شده هستند. در حالی که فناوری‌های جدیدتر مانند OLEDهای ماتریس نقطه‌ای یا LCDهای TFT انعطاف‌پذیری بیشتری (گرافیک کامل، چند رنگ) ارائه می‌دهند، LEDهای هفت‌قطعه‌ای در حوزه‌های خاص مزایای قوی خود را حفظ می‌کنند: سادگی شدید الکترونیک درایو، روشنایی و کنتراست بسیار بالا، خوانایی عالی در نور مستقیم خورشید، محدوده دمای عملیاتی گسترده و قابلیت اطمینان بلندمدت استثنایی بدون نور پس‌زمینه برای خرابی. روند درون این بخش به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر بر وات) با استفاده از مواد نیمه‌هادی پیشرفته مانند آلین‌گپ، همانطور که در این دستگاه مشاهده می‌شود، و به سمت بسته‌های نصب سطحی برای مونتاژ خودکار است. آن‌ها همچنان راه‌حل انتخابی برای کاربردهایی هستند که نمایشگر عددی مقرون‌به‌صرفه، مقاوم و بسیار خوانا نیاز اصلی است.