دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTC-571JD - ارتفاع رقم 0.56 اینچ - قرمز AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTC-571JD یک ماژول نمایشگر LED سه رقمی و هفت سگمنت با عملکرد بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به خوانش عددی واضح و پرنور دارند. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی عددی بصری در دستگاه‌های الکترونیکی مانند تجهیزات آزمایشگاهی، کنترل‌های صنعتی، پنل‌های ابزار دقیق و لوازم خانگی مصرفی است. مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از فناوری پیشرفته تراشه LED از جنس AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) نهفته است که در مقایسه با مواد سنتی، بازده نوری و خلوص رنگ برتری را ارائه می‌دهد. این امر منجر به ویژگی‌های کلیدی برجسته شده در دیتاشیت می‌شود: روشنایی بالا، ظاهر عالی کاراکتر با سگمنت‌های یکنواخت و پیوسته، کنتراست بالا و زاویه دید گسترده. دستگاه بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است که ثبات در سطوح روشنایی بین دسته‌های تولیدی را تضمین می‌کند. این امر برای نمایشگرهای چند رقمی که یکنواختی در آن‌ها بسیار مهم است، حیاتی می‌باشد. بازار هدف شامل طراحان و تولیدکنندگان تجهیزات الکترونیکی حرفه‌ای و صنعتی است که در آن‌ها قابلیت اطمینان، خوانایی تحت شرایط نوری مختلف و طول عمر عملیاتی طولانی از نیازهای اساسی هستند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد این نمایشگر قرار دارد. شدت روشنایی متوسط (Iv) با حداقل 340 میکروکاندلا، مقدار معمول 700 میکروکاندلا و بدون حداکثر محدودیت تحت شرایط تست جریان مستقیم (IF) 1 میلی‌آمپر مشخص شده است. این روشنایی بالا، قابلیت مشاهده را تضمین می‌کند. نور ساطع شده در طیف قرمز است، با طول موج قله انتشار (λp) 656 نانومتر و طول موج غالب (λd) 640 نانومتر، که هر دو در IF=20mA اندازه‌گیری شده‌اند. عرض نیمه خط طیفی (Δλ) 22 نانومتر است که نشان‌دهنده انتشار رنگی نسبتاً خالص است. توجه به این نکته مهم است که شدت روشنایی با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند و اطمینان می‌دهد که مقادیر با ادراک بصری انسان مطابقت دارند.

2.2 مشخصات الکتریکی و حداکثر مقادیر مجاز مطلق

محدودیت‌های الکتریکی دستگاه، محدوده عملیاتی ایمن آن را تعریف می‌کنند. نباید از حداکثر مقادیر مجاز مطلق تجاوز کرد تا از آسیب دائمی جلوگیری شود. محدودیت‌های کلیدی شامل موارد زیر است: اتلاف توان هر سگمنت 70 میلی‌وات، جریان مستقیم پیک هر سگمنت 110 میلی‌آمپر (تحت شرایط پالسی: چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) و جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت 25 میلی‌آمپر در 25 درجه سانتی‌گراد که بالای 25 درجه سانتی‌گراد به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. حداکثر ولتاژ معکوس هر سگمنت 5 ولت است. ولتاژ مستقیم هر سگمنت (VF) مقدار معمول 2.6 ولت با حداکثر 2.6 ولت در IF=20mA دارد، در حالی که جریان معکوس هر سگمنت (IR) حداکثر 100 میکروآمپر در VR=5V است. نسبت تطابق شدت روشنایی بین سگمنت‌ها حداکثر 2:1 مشخص شده است که یکنواختی بصری در سراسر نمایشگر را تضمین می‌کند.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

قابلیت اطمینان در دماهای مختلف یک ویژگی کلیدی است. دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و یک محدوده دمای ذخیره‌سازی یکسان درجه‌بندی شده است. این محدوده گسترده آن را برای محیط‌های خشن مناسب می‌سازد. برای مونتاژ، حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر مدت 3 ثانیه است که در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این یک دستورالعمل استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است تا از آسیب حرارتی به تراشه‌های LED یا پکیج جلوگیری شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است." این نشان‌دهنده پیاده‌سازی یک سیستم دسته‌بندی یا مرتب‌سازی است. در تولید LED، تغییرات ذاتی رخ می‌دهد. دسته‌بندی فرآیند تقسیم LEDهای تولید شده به گروه‌هایی (بین) بر اساس پارامترهای اندازه‌گیری شده خاص مانند شدت روشنایی، ولتاژ مستقیم یا طول موج غالب است. برای LTC-571JD، معیار اصلی دسته‌بندی، شدت روشنایی است. این اطمینان می‌دهد که مشتریان نمایشگرهایی دریافت می‌کنند که در آن تمام ارقام و سگمنت‌ها دارای سطوح روشنایی بسیار نزدیک به هم هستند و از این که یک رقم در یک واحد چند رقمی به طور محسوسی کم‌نورتر یا پرنورتر از دیگری به نظر برسد جلوگیری می‌کند. این امر برای یکنواختی زیبایی‌شناختی و عملکردی در محصول نهایی حیاتی است. در حالی که دیتاشیت کدها یا محدوده‌های بین خاص را به تفصیل شرح نمی‌دهد، ذکر دسته‌بندی کاربر را از این مرحله کنترل کیفیت مطمئن می‌سازد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل بخشی برای "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" است. این نمودارها برای تحلیل طراحی عمیق ضروری هستند. اگرچه منحنی‌های خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، منحنی‌های معمول برای چنین دستگاهی شامل موارد زیر خواهد بود:جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):این رابطه بین جریان عبوری از LED و افت ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است و طراحان از آن برای انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب استفاده می‌کنند.شدت روشنایی در مقابل جریان مستقیم (منحنی L-I):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد. این رابطه معمولاً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بالاتر به اشباع می‌رسد.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 (دری‌تینگ) برای طراحی‌هایی که در دمای محیط بالا کار می‌کنند بسیار مهم است.توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که شکل و خلوص قله انتشار قرمز در حدود 640-656 نانومتر را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

طراحی مکانیکی، نصب قابل اطمینان و اتصال الکتریکی را تضمین می‌کند. دستگاه دارای یک پکیج استاندارد با ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.2 میلی‌متر) است. ابعاد پکیج در یک نقشه دقیق با تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر و تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر مگر خلاف آن ذکر شده باشد، ارائه شده است. این امر امکان طراحی دقیق جای پای PCB (برد مدار چاپی) را فراهم می‌کند. نمودار اتصال پایه‌ها برای سیم‌کشی صحیح حیاتی است. LTC-571JD از نوع مالتی‌پلکس با کاتد مشترک و نقطه اعشار سمت راست است. تخصیص 12 پایه به شرح زیر است: پایه 1: آند E، پایه 2: آند D، پایه 3: آند D.P. (نقطه اعشار)، پایه 4: آند C، پایه 5: آند G، پایه 6: بدون اتصال، پایه 7: آند B، پایه 8: کاتد مشترک برای رقم 3، پایه 9: کاتد مشترک برای رقم 2، پایه 10: آند F، پایه 11: آند A، پایه 12: کاتد مشترک برای رقم 1. نمودار مدار داخلی نشان می‌دهد که سگمنت‌های هر رقم به یک اتصال کاتد مشترک متصل هستند که برای نمایشگرهای مالتی‌پلکس به منظور کاهش تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز استاندارد است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی است. دستورالعمل کلیدی ارائه شده، محدودیت دمای لحیم‌کاری است: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن. این با پروفایل‌های استاندارد لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب سازگار است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که فرآیند مونتاژ PCB آن‌ها به این محدودیت پایبند است تا از تنش حرارتی بر روی تراشه‌های LED که می‌تواند باعث کاهش خروجی نور، تغییر رنگ یا خرابی فاجعه‌بار شود، جلوگیری کند. برای لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل دمایی با حداقل زمان تماس استفاده شود. دستگاه باید قبل از استفاده در کیسه رطوبت‌گیر اصلی در یک محیط کنترل شده (در محدوده مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) نگهداری شود تا از جذب رطوبت که می‌تواند در حین ریفلو باعث "پاپ کورن شدن" شود، جلوگیری گردد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه LTC-571JD است. در حالی که جزئیات بسته‌بندی خاص (مانند نوار و قرقره، تعداد در تیوب) در متن ارائه شده فهرست نشده است، روش استاندارد صنعتی برای چنین نمایشگرهایی، ارسال آن‌ها در تیوب‌ها یا سینی‌های ضد استاتیک برای محافظت از پایه‌ها و صفحه نمایش است. "شماره مشخصات" DS30-2001-188 و "تاریخ مؤثر" 06/12/2001 شناسه‌های کنترل نسخه هستند. قرارداد نام‌گذاری مدل "LTC-571JD" احتمالاً از یک سیستم کدگذاری داخلی پیروی می‌کند که در آن "LTC" ممکن است نشان‌دهنده خط محصول نمایشگر، "571" مشخص‌کننده اندازه و نوع، و "JD" می‌تواند نشان‌دهنده رنگ، دسته‌بندی یا سایر واریانت‌ها باشد.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای هر دستگاهی که نیاز به خوانش عددی واضح و چند رقمی دارد ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: مولتی‌مترهای دیجیتال و آمپرمترهای انبری، فرکانس‌شمارها، تایمرها و کنترلرهای فرآیند، نمایشگرهای واحد منبع تغذیه، تجهیزات پایش پزشکی، ابزارهای تشخیصی خودرو و ترمینال‌های فروشگاهی است. روشنایی بالا و زاویه دید گسترده آن، آن را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که نمایشگر ممکن است از یک زاویه یا تحت نور محیطی روشن مشاهده شود.

8.2 ملاحظات طراحی و پیاده‌سازی مدار

طراحی با LTC-571JD به دلیل معماری کاتد مشترک آن، نیاز به یک مدار درایور مالتی‌پلکس دارد. معمولاً از یک میکروکنترلر یا IC درایور نمایشگر اختصاصی (مانند MAX7219 یا مشابه) استفاده می‌شود. درایور به طور متوالی کاتد مشترک هر رقم (پایه‌های 8، 9، 12) را در یک فرکانس بالا (مثلاً 100Hz-1kHz) فعال می‌کند در حالی که داده آند سگمنت مناسب (پایه‌های 1،2،3،4،5،7،10،11) را برای آن رقم تأمین می‌کند. این روش تعداد پایه‌های I/O مورد نیاز را از (7 سگمنت + 1 DP) * 3 رقم = 24 به 7 سگمنت + 1 DP + 3 رقم = 11 کاهش می‌دهد. مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر خط آند سگمنت اجباری هستند تا جریان مستقیم را تنظیم کنند (مثلاً 10-20 میلی‌آمپر برای هر سگمنت). مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از R = (Vcc - Vf) / If محاسبه کرد، که در آن Vf ولتاژ مستقیم معمول (2.6 ولت) است. برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان هدف 15 میلی‌آمپر: R = (5 - 2.6) / 0.015 = 160 اهم. یک مقاومت 150 یا 180 اهم مناسب خواهد بود. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که جریان پیک هر سگمنت از ریتینگ پالسی 110 میلی‌آمپر تجاوز نکند و متوسط اتلاف توان هر سگمنت، با در نظر گرفتن چرخه وظیفه مالتی‌پلکس، زیر 70 میلی‌وات باقی بماند.

9. مقایسه و تمایز فنی

LTC-571JD عمدتاً از طریق استفاده از فناوری LED AlInGaP خود را متمایز می‌کند. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز استاندارد GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. این بدان معناست که برای همان مقدار جریان الکتریکی، نور بیشتری تولید می‌کند (روشنایی بالاتر)، یا می‌تواند با جریان کمتری به همان روشنایی دست یابد که بازده توان را افزایش می‌دهد. عنوان "Hi-Eff. Red" بر این مزیت تأکید دارد. علاوه بر این، LEDهای AlInGaP عموماً پایداری دمایی بهتر و طول عمر بیشتری دارند. ویژگی "سگمنت‌های یکنواخت و پیوسته" نشان‌دهنده طراحی ماسک یا دیفیوزر با کیفیت بالا است که فاصله‌ها یا نوردهی ناهموار در داخل هر سگمنت را حذف می‌کند و ظاهری حرفه‌ای و با کیفیت بالا ارائه می‌دهد که برتر از نمایشگرهایی با الگوهای سگمنت‌شده یا نقطه‌ای قابل مشاهده است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: هدف پایه "بدون اتصال" (پایه 6) چیست؟

پ: این پایه از نظر مکانیکی وجود دارد اما از نظر الکتریکی ایزوله است. احتمالاً برای تقارن مکانیکی و پایداری در حین فرآیند قالب‌گیری یا برای حفظ فاصله استاندارد پایه‌ها گنجانده شده است. نباید به هیچ ردی مدار متصل شود.

س: چگونه جریان متوسط هر سگمنت را در پیکربندی مالتی‌پلکس محاسبه کنم؟

پ: جریان متوسط برابر است با جریان پیک ضرب در چرخه وظیفه. برای مالتی‌پلکس 3 رقمی با زمان مساوی برای هر رقم، چرخه وظیفه برای هر رقم 1/3 است. اگر هر سگمنت را با 20 میلی‌آمپر هنگامی که رقم آن فعال است راه‌اندازی کنید، جریان متوسط هر سگمنت 20mA * (1/3) ≈ 6.67mA است. از این جریان متوسط برای محاسبات اتلاف توان استفاده می‌شود.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان ثابت (غیر مالتی‌پلکس) راه‌اندازی کنم؟

پ: از نظر فنی بله، با اتصال تمام کاتدهای مشترک به یکدیگر و راه‌اندازی مستقل هر آند سگمنت. با این حال، این امر به 11 خط درایور (8 آند + 3 کاتد متصل به هم) نیاز دارد و از نظر تعداد قطعات و استفاده از I/O میکروکنترلر در مقایسه با مالتی‌پلکس کارایی کمتری دارد. ریتینگ‌های الکتریکی همچنان اعمال می‌شوند.

س: منظور از "صفحه خاکستری و سگمنت‌های سفید" چیست؟

پ: این ظاهر نمایشگر را هنگامی که خاموش است توصیف می‌کند. صفحه (پس‌زمینه) خاکستری است که به بهبود کنتراست هنگامی که سگمنت‌های قرمز روشن می‌شوند کمک می‌کند. خود سگمنت‌ها سفید هستند که رنگ ماده پخش‌کننده نور یا ماسکی است که نور قرمز LED از آن می‌تابد و هنگام روشن شدن، انتشار قرمز روشنی ایجاد می‌کند.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

طراحی یک ولت‌متر ساده 3 رقمی را با استفاده از یک میکروکنترلر مجهز به مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) در نظر بگیرید. میکروکنترلر یک ولتاژ (0-5 ولت) را می‌خواند، آن را به یک عدد 3 رقمی (0.00 تا 5.00) تبدیل می‌کند و LTC-571JD را راه‌اندازی می‌کند. کد درایور مالتی‌پلکس تقسیم زمانی را پیاده‌سازی می‌کند. در یک حلقه، این کارها را انجام می‌دهد: 1) الگوی سگمنت برای رقم صدگان را روی پورت‌های آند تنظیم کند، سپس کاتد رقم 1 (پایه 12) را فعال کند. 2) یک تأخیر کوتاه صبر کند (مثلاً 2 میلی‌ثانیه). 3) رقم 1 را غیرفعال کند، الگوی سگمنت برای رقم دهگان را تنظیم کند و کاتد رقم 2 (پایه 9) را فعال کند. 4) برای رقم یکان/اعشار با استفاده از رقم 3 (پایه 8) و آند نقطه اعشار (پایه 3) تکرار کند. چرخه به سرعت تکرار می‌شود و توهم یک عدد 3 رقمی پایدار و مداوم روشن را ایجاد می‌کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب روی هر خط آند، که برای جریان پیک 15-20 میلی‌آمپر محاسبه شده‌اند، ضروری هستند. این طراحی به طور کارآمد تنها از تعداد انگشت‌شماری از پایه‌های I/O میکروکنترلر استفاده می‌کند.

12. معرفی اصل فنی

LTC-571JD بر اساس انتشار نور حالت جامد نیمه‌هادی است. جزء اصلی آن تراشه LED AlInGaP است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل اتصال دیود (حدود 2.1-2.6 ولت) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی 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 - در این مورد، قرمز (~640-656 نانومتر). تراشه‌ها بر روی یک زیرلایه GaAs غیرشفاف نصب شده‌اند که به انعکاس نور به سمت بیرون کمک کرده و بازده را بهبود می‌بخشد. نور از تراشه‌های کوچک LED از طریق یک پکیج پلاستیکی شکل‌داده شده با یک ماده پخش‌کننده سفید برای سگمنت‌ها و یک فیلتر خاکستری برای پس‌زمینه عبور می‌کند و شکل‌های عددی هفت سگمنت قابل تشخیص را ایجاد می‌کند. معماری مالتی‌پلکس کاتد مشترک یک انتخاب طراحی الکتریکی است که تمام LEDهای یک رقم را به یک ترمینال منفی مشترک متصل می‌کند و امکان کنترل جداگانه هر رقم را فراهم می‌کند.

13. روندها و تکامل فناوری

در حالی که LTC-571JD نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اطمینان است، حوزه گسترده‌تر فناوری نمایشگر همچنان در حال تکامل است. روند در نمایشگرهای هفت سگمنت به سمت بازده بالاتر و یکپارچه‌سازی بیشتر بوده است. انواع مدرن ممکن است از مواد نیمه‌هادی حتی پیشرفته‌تر یا بسته‌بندی در مقیاس تراشه برای عملکرد کمی بهتر یا حاشیه‌های کوچک‌تر استفاده کنند. با این حال، نمایشگر سگمنت LED مالتی‌پلکس اساسی به دلیل سادگی، استحکام، هزینه کم برای خروجی صرفاً عددی و قابلیت مشاهده عالی، همچنان بسیار مرتبط است. اصول اساسی تجسم یافته در این دیتاشیت - مواد کارآمد (AlInGaP)، دسته‌بندی دقیق برای یکنواختی و مشخصات مکانیکی/الکتریکی واضح - همچنان پایه طراحی قابل اطمینان اجزای نمایشگر هستند. برای طراحی‌های جدید، مهندسان ممکن است ماژول‌های کاملاً یکپارچه با کنترلر داخلی را نیز ارزیابی کنند یا OLEDهای ماتریس نقطه‌ای را برای انعطاف‌پذیری الفبایی-عددی در نظر بگیرند، اما برای کاربردهای صرفاً عددی که نیاز به روشنایی بالا و طول عمر طولانی دارند، نمایشگرهایی مانند LTC-571JD همچنان یک راه‌حل بهینه و اثبات شده هستند.