دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTC-2624AJD - ارتفاع رقم 0.28 اینچ - قرمز AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTC-2624AJD یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی سه رقمی و هفت قسمتی است که برای کاربردهای نیازمند نمایش واضح و روشن اعداد طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری سه رقم (0-9) به همراه نقاط اعشار است. فناوری هسته از چیپ‌های LED قرمز با بازدهی بالا از جنس AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) بهره می‌برد. این چیپ‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs ساخته شده‌اند که با به حداقل رساندن پراکندگی و بازتاب داخلی نور، به کنتراست بالا کمک می‌کند. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری سفید بخش‌ها است که با فراهم کردن یک پس‌زمینه خنثی، خوانایی را افزایش داده و بخش‌های قرمز روشن را به طور برجسته‌ای متمایز می‌سازد.

این دستگاه برای کارکرد کم‌مصرف طراحی شده است که یک مزیت حیاتی برای کاربردهای مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی محسوب می‌شود. این نمایشگر به طور خاص برای عملکرد عالی در جریان‌های راه‌اندازی پایین تست و مشخصه‌یابی شده است و تطابق بخش‌ها حتی در این شرایط تضمین می‌شود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد از جریان راه‌اندازی به پایینی 1 میلی‌آمپر برای هر بخش استفاده کنند و در عین حال روشنایی یکنواختی در تمام بخش‌ها و ارقام حفظ کنند که به طور قابل توجهی مصرف کلی توان سیستم را کاهش می‌دهد.

2. مشخصات فنی و تفسیر عینی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. کارکرد خارج از این محدوده‌ها توصیه نمی‌شود.

• توان تلف شده در هر بخش:70 میلی‌وات. این حداکثر توان مجازی است که به صورت حرارت در یک بخش LED تلف می‌شود.
• جریان مستقیم پیک در هر بخش:100 میلی‌آمپر. این مقدار تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است که معمولاً برای مالتی‌پلکسینگ یا اوردرایو کوتاه‌مدت برای روشنایی بیشتر استفاده می‌شود.
• جریان مستقیم پیوسته در هر بخش:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این مقدار با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته تقریباً خواهد بود: 25 میلی‌آمپر - (0.33 میلی‌آمپر/°C * (85°C-25°C)) = 5.2 میلی‌آمپر.
• ولتاژ معکوس در هر بخش:5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:35- درجه تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این دستگاه برای محدوده دمایی صنعتی درجه‌بندی شده است.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن پکیج. این پارامتر برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو حیاتی است تا از آسیب حرارتی به چیپ‌های LED یا اتصالات داخلی جلوگیری شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در دمای محیط Ta=25°C اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول کارکرد را تعریف می‌کنند.

• شدت نور متوسط (I_V):200 میکروکاندلا (حداقل)، 600 میکروکاندلا (معمول) در جریان I_F=1mA. این جریان تست به طور استثنایی پایین، بازدهی بالای دستگاه را برجسته می‌کند. شدت نور با استفاده از یک فیلتر که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک (CIE) را تقریب می‌زند، اندازه‌گیری می‌شود.
• طول موج تابش پیک (λ_p):656 نانومتر (معمول) در جریان I_F=20mA. این نشان‌دهنده طول موجی است که در آن توان خروجی نوری در بیشترین مقدار است و آن را در بخش قرمز روشن طیف مرئی قرار می‌دهد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):22 نانومتر (معمول) در جریان I_F=20mA. این پارامتر خلوص طیفی را توصیف می‌کند؛ نیم‌عرض باریک‌تر نشان‌دهنده منبع نور تک‌رنگ‌تر است.
• طول موج غالب (λ_d):640 نانومتر (معمول) در جریان I_F=20mA. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و ممکن است کمی با طول موج پیک متفاوت باشد.
• ولتاژ مستقیم هر بخش (V_F):2.1 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول) در جریان I_F=20mA. این افت ولتاژ در دو سر یک بخش LED هنگام عبور جریان مشخص شده است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار راه‌انداز می‌تواند این ولتاژ را تأمین کند.
• جریان معکوس هر بخش (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در ولتاژ V_R=5V. این جریان نشتی زمانی است که LED در بایاس معکوس قرار دارد.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):2:1 (حداکثر) در جریان I_F=10mA. این حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین بخش درون یک دستگاه را مشخص می‌کند و یکنواختی بصری را تضمین می‌نماید. نسبت 2:1 به این معنی است که درخشان‌ترین بخش حداکثر دو برابر کم‌نورترین بخش روشن خواهد بود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه "بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است." این به فرآیند بینینگ اشاره دارد که در آن واحدهای تولید شده بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در یک جریان تست استاندارد (احتمالاً 1mA یا 10mA) مرتب (بین) می‌شوند. این به مشتریان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح روشنایی یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند و از تغییرات محسوس بین نمایشگرهای مختلف در یک محصول جلوگیری می‌نماید. اگرچه کدهای بین خاص در این سند فهرست نشده‌اند، اما فرآیند خرید معمولاً شامل مشخص کردن محدوده شدت نور مورد نظر است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

• منحنی I-V (جریان در مقابل ولتاژ):رابطه نمایی بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (I_Vدر مقابل I_F):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد که معمولاً در محدوده کارکرد یک رابطه تقریباً خطی دارد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای پیوند را نشان می‌دهد. LEDهای AlInGaP عموماً با افزایش دما کاهش بازدهی را تجربه می‌کنند.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که پیک در حدود 656 نانومتر و نیم‌عرض حدود 22 نانومتر را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

این دستگاه از فرمت استاندارد پکیج دو ردیفه (DIP) با 26 پایه استفاده می‌کند. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. ویژگی کلیدی ارتفاع رقم 0.28 اینچ (7.0 میلی‌متر) است که اندازه فیزیکی هر کاراکتر عددی را تعیین می‌کند. ابعاد کلی پکیج، ردپای آن بر روی PCB را تعریف می‌کند.

5.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

LTC-2624AJD دارای پیکربندیآند مشترکاست. این بدان معناست که آند (طرف مثبت) تمام بخش‌های LED برای یک رقم مشخص، به طور داخلی به هم متصل شده و به یک پایه واحد برای هر رقم (پایه‌های 1 و 20) آورده شده‌اند. کاتدهای (طرف منفی) بخش‌های مجزا (A, B, C, D, E, F, G, DP) برای هر رقم به پایه‌های جداگانه آورده شده‌اند. نمودار مدار داخلی سه بلوک رقم مستقل با آند مشترک را نشان می‌دهد که هر کدام شامل هفت بخش و یک نقطه اعشار است. برای راه‌اندازی یک نمایشگر سه رقمی با آند مشترک، مالتی‌پلکسینگ لازم است: کنترلر به طور متوالی آند مشترک یک رقم را در هر زمان فعال می‌کند (ولتاژ مثبت به آن اعمال می‌کند) در حالی که الگوهای کاتد بخش مناسب برای آن رقم را راه‌اندازی می‌نماید و این چرخه به اندازه‌ای سریع انجام می‌شود که اثر پایداری دید از روشن بودن مداوم تمام ارقام ایجاد شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی، محدوده حداکثر مطلق دمای لحیم‌کاری است: 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در نقطه مشخص شده زیر پکیج. این با پروفیل‌های استاندارد ریفلو بدون سرب سازگار است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که جرم حرارتی PCB و پروفیل فر ریفلو، LEDها را در معرض دمای بیش از حد یا زمان طولانی بالاتر از نقطه مایع قرار ندهد. لحیم‌کاری دستی با هویه باید به سرعت و با مدیریت حرارتی مناسب انجام شود. قرارگیری طولانی‌مدت در معرض رطوبت بالا قبل از لحیم‌کاری باید اجتناب شود و احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) در حین جابجایی و مونتاژ باید رعایت گردد.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای کاربردهای نیازمند نمایش عددی واضح و کم‌مصرف ایده‌آل است. مثال‌ها شامل: پنل‌های ابزار دقیق (مولتی‌مترها، منبع تغذیه‌ها، ترازوها)، الکترونیک مصرفی (تجهیزات صوتی، لوازم آشپزخانه)، نمایشگرهای کنترل صنعتی، نمایشگرهای دستگاه‌های پزشکی و دستگاه‌های قابل حمل مبتنی بر باتری می‌شود.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدار راه‌انداز:از درایورهای جریان ثابت یا مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر کاتد بخش استفاده کنید. برای راه‌اندازی مالتی‌پلکس، مقدار مقاومت را بر اساس جریان پیک مورد نیاز در زمان روشن بودن رقم و ولتاژ تغذیه منهای ولتاژ V_F.
• مالتی‌پلکسینگ:یک میکروکنترلر با پین‌های I/O کافی یا همراه با یک IC دیکدر/درایور (مانند رجیستر شیفت 74HC595 با خروجی‌های جریان ثابت یا یک درایور LED اختصاصی) ضروری است. نرخ رفرش باید به اندازه کافی بالا باشد (معمولاً >60 هرتز) تا از لرزش قابل مشاهده جلوگیری شود.
• زاویه دید:دیتاشیت ادعای زاویه دید گسترده دارد که برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از موقعیت‌های خارج از محور دیده شود، مفید است.
• کنترل روشنایی:روشنایی را می‌توان به راحتی با تنظیم جریان بخش یا با استفاده از مدولاسیون عرض پالس (PWM) روی کاتدهای بخش یا آندهای رقم کنترل کرد.

8. مقایسه و تمایز فنی

مزایای کلیدی متمایزکننده LTC-2624AJD بر اساس دیتاشیت آن عبارتند از:

• فناوری مواد (AlInGaP):در مقایسه با LEDهای قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP بازدهی به مراتب بالاتر و تابش قرمز روشن‌تری ارائه می‌دهد که منجر به دید بهتر و مصرف توان پایین‌تر می‌شود.
• کارکرد با جریان پایین:مشخصه‌یابی آن تا 1mA/بخش یک ویژگی برجسته است که امکان طراحی‌های فوق‌کم‌مصرف را فراهم می‌آورد که با نمایشگرهای نیازمند جریان راه‌اندازی بالاتر امکان‌پذیر نیست.
• طراحی کنتراست بالا:ترکیب صفحه خاکستری، بخش‌های سفید و زیرلایه غیرشفاف به گونه‌ای طراحی شده است که کنتراست را زمانی که LEDها خاموش و روشن هستند به حداکثر برساند و خوانایی را در شرایط نوری مختلف بهبود بخشد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً با یک میکروکنترلر 3.3 ولتی راه‌اندازی کنم؟

پ: احتمالاً، اما با احتیاط. ولتاژ V_Fمعمول 2.6 ولت در 20mA است. اگر یک بخش را مستقیماً از یک پین GPIO 3.3 ولتی از طریق یک مقاومت راه‌اندازی کنید، افت ولتاژ روی مقاومت تنها 0.7 ولت خواهد بود. برای دستیابی به 10mA، به یک مقاومت 70 اهمی نیاز دارید (0.7V/0.01A). با این حال، این حاشیه اطمینان کمی باقی می‌گذارد و تغییرات در V_Fمی‌تواند باعث تغییرات قابل توجهی در جریان شود. برای کارکرد قابل اطمینان، به ویژه در جریان‌های بالاتر، استفاده از ولتاژ تغذیه >3.6 ولت یا استفاده از ترانزیستور/درایور LED توصیه می‌شود.

س: هدف از درجه‌بندی جریان مستقیم پیک (100mA) چیست؟

پ: این امکان طرح‌های مالتی‌پلکسینگ را فراهم می‌کند. اگر چرخه کاری 1/10 داشته باشید (هر رقم 10% از زمان روشن است)، می‌توانید جریانی تا 100mA را در طول زمان روشن بودن آن از طریق بخش پالس دهید تا میانگین روشنایی درک شده بالاتری نسبت به جریان پیوسته 25mA حاصل شود. میانگین جریان نباید از مقدار درجه‌بندی پیوسته تجاوز کند.

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

پ: این یک پارامتر کنترل کیفیت است. این تضمین می‌کند که درون یک واحد LTC-2624AJD، هیچ بخشی بیش از دو برابر کم‌نورترین بخش، هنگامی که تحت شرایط یکسان (10mA) راه‌اندازی می‌شود، روشن نخواهد بود. این امر یکنواختی بصری عدد نمایش داده شده را تضمین می‌نماید.

10. مطالعه موردی طراحی عملی

طراحی یک دماسنج دیجیتال مبتنی بر باتری را در نظر بگیرید که یک دمای سه رقمی را نمایش می‌دهد. با استفاده از یک میکروکنترلر با 12 پین I/O، می‌توانید سه آند مشترک (3 پین) و 7 خط بخش (A-G) مشترک بین تمام ارقام (7 پین) را به علاوه یک پین برای نقاط اعشار در صورت نیاز (مجموعاً 11 پین) راه‌اندازی کنید. فریم‌ور ارقام را مالتی‌پلکس می‌کند. برای صرفه‌جویی در توان، هر بخش را در 2mA راه‌اندازی می‌کنید. در این جریان، شدت نور به نسبت از مشخصه 1mA پایین‌تر خواهد بود اما احتمالاً برای استفاده در محیط داخلی کافی است. با استفاده از ولتاژ V_Fمعمول 2.6 ولت و منبع تغذیه 5 ولت، مقدار مقاومت محدودکننده جریان خواهد بود: R = (5V - 2.6V) / 0.002A = 1.2 کیلواهم. میانگین مصرف جریان نمایشگر (با نمایش "888" در هر سه رقم) تقریباً خواهد بود: 7 بخش/رقم * 2mA/بخش * چرخه کاری 1/3 = ~4.67mA میانگین. این جریان کشی پایین برای طول عمر باتری گسترده ایده‌آل است.

11. اصل کارکرد

این دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم فراتر از آستانه روشن شدن دیود (تقریباً 2.1-2.6 ولت) در دو سر یک بخش اعمال می‌شود (آند نسبت به کاتد مثبت)، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال (لایه‌های چاه کوانتومی AlInGaP) تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور تابش شده مطابقت دارد - در این مورد، قرمز در حدود 640-656 نانومتر. زیرلایه غیرشفاف GaAs فوتون‌های تابیده شده به سمت پایین را جذب می‌کند و با جلوگیری از پراکندگی و رقیق شدن خروجی نور جلویی، کنتراست را بهبود می‌بخشد.

12. روندهای فناوری

در حالی که این دستگاه خاص از فناوری بالغ و قابل اطمینان AlInGaP استفاده می‌کند، روند کلی در اجزای نمایشگر به سمت مواد با بازدهی حتی بالاتر مانند InGaN (که می‌تواند آبی و سبز تولید کند و از طریق فسفر، سفید) و مینیاتوری‌سازی پکیج‌ها است. همچنین روندی به سمت راه‌حل‌های یکپارچه وجود دارد که در آن درایور IC درون خود ماژول نمایشگر تعبیه شده است و طراحی سیستم را ساده می‌کند. علاوه بر این، تقاضا برای مصرف توان پایین‌تر همچنان به بهبود کارایی نوری (لومن بر وات) ادامه می‌دهد و امکان نمایشگرهای روشن‌تر در همان جریان یا همان روشنایی در جریان‌های حتی پایین‌تر از مقدار مشخص شده در اینجا را فراهم می‌آورد. طرح راه‌اندازی مالتی‌پلکس اساسی برای نمایشگرهای چندرقمی هفت قسمتی به دلیل سادگی و کارایی I/O همچنان استاندارد باقی می‌ماند.