مستندات فنی نمایشگر LED مدل LTC-2721JD - ارتفاع رقم 0.28 اینچ - قرمز AlInGaP - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - توان 70 میلی‌وات

1. مرور کلی محصول

LTC-2721JD یک نمایشگر سه رقمی هفت قسمتی فشرده و با عملکرد بالا است که برای نمایش واضح اعداد در تجهیزات الکترونیکی طراحی شده است. این دستگاه دارای ارتفاع رقم 0.28 اینچ (7.0 میلی‌متر) است که تعادل مناسبی بین اندازه و خوانایی برقرار می‌کند. دستگاه از فناوری پیشرفته چیپ LED آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) استفاده می‌کند، به طور خاص یک نوع قرمز با بازدهی بالا که بر روی بستر غیرشفاف GaAs ساخته شده است. این انتخاب فناوری کلید عملکرد آن است و در مقایسه با مواد LED قدیمی‌تر، روشنایی و بازدهی برتری ارائه می‌دهد. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با بخش‌های سفید است که کنتراست و ظاهر کاراکترها را افزایش داده و خواندن اعداد را در شرایط نوری مختلف آسان می‌کند. بازارهای هدف اصلی آن شامل الکترونیک مصرفی، پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، تجهیزات آزمایشگاهی و لوازم اداری است که در آن‌ها نمایش عددی قابل اطمینان و کم‌مصرف مورد نیاز است.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای کلیدی

• اندازه بهینه:ارتفاع رقم 0.28 اینچ، نمایشی واضح ارائه می‌دهد بدون آن که فضای اضافی از پنل را اشغال کند.
• عملکرد نوری برتر:بخش‌های یکنواخت و پیوسته، روشنایی یکنواخت را تضمین می‌کنند. ترکیب روشنایی بالا، کنتراست بالا و زاویه دید گسترده، خوانایی از چندین زاویه را تضمین می‌کند.
• بازده انرژی:نیاز به توان کم، که توسط فناوری کارآمد AlInGaP محقق شده است.
• قابلیت اطمینان بهبود یافته:ساختار حالت جامد، عمر عملیاتی طولانی و مقاومت در برابر ضربه و لرزش را فراهم می‌کند.
• تضمین کیفیت:دستگاه‌ها بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده‌اند که سطح روشنایی یکنواخت در بین دسته‌های تولید را تضمین می‌کند.
• انطباق محیطی:این محصول در بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) ارائه می‌شود.

1.2 شناسایی دستگاه

شماره قطعه LTC-2721JD به طور خاص نشان‌دهنده یک نمایشگر مالتی‌پلکس با کاتد مشترک است که از LEDهای قرمز با بازدهی بالا AlInGaP استفاده می‌کند و دارای نقطه اعشار سمت راست است. این پیکربندی برای راه‌اندازی چندین رقم با تعداد پایه‌های I/O کمتر میکروکنترلر استاندارد است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای حیاتی تعریف‌کننده عملکرد و محدودیت‌های عملیاتی نمایشگر ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این‌ها محدودیت‌های تنشی هستند که تحت هیچ شرایطی، حتی به صورت لحظه‌ای، نباید از آن‌ها تجاوز کرد. کار در این محدودیت‌ها یا فراتر از آن‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• توان تلف شده در هر بخش:70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که یک بخش می‌تواند به صورت ایمن به صورت گرما تلف کند.
• جریان پیشروی پیک در هر بخش:90 میلی‌آمپر. این فقط تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای مالتی‌پلکس کردن مجاز است.
• جریان پیشروی پیوسته در هر بخش:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط (Ta) بالای 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته تقریباً خواهد بود: 25 میلی‌آمپر - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 میلی‌آمپر.
• محدوده دما:محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی از 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است.
• شرایط لحیم‌کاری:لحیم‌کاری موجی یا دستی باید در فاصله 1/16 اینچ (≈1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن انجام شود. حداکثر دمای توصیه شده لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه یا 350 درجه سانتی‌گراد ±30 درجه سانتی‌گراد برای لحیم‌کاری دستی در مدت 5 ثانیه است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این‌ها پارامترهای عملکردی معمول هستند که در دمای Ta=25°C و جریان پیشروی مشخص (IF) اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت نور متوسط (I_V):در IF=1mA از 200 تا 600 میکروکاندلا متغیر است. نمایشگر بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است، به این معنی که قطعات بر اساس خروجی اندازه‌گیری شده در گروه‌هایی مرتب می‌شوند تا یکنواختی تضمین شود.
• ولتاژ پیشروی هر بخش (V_F):معمولاً 2.6 ولت، با حداکثر 2.6 ولت در IF=20mA. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار راه‌انداز می‌تواند ولتاژ کافی را تأمین کند.
• طول موج تابش پیک (λ_p):656 نانومتر. این طول موجی است که در آن توان خروجی نوری بیشترین است.
• طول موج غالب (λ_d):640 نانومتر. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (قرمز) را تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):22 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی نور قرمز ساطع شده است.
• جریان معکوس هر بخش (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در V_R=5V.نکته حیاتی:این پارامتر فقط برای اهداف آزمایش است. دستگاه برای کار مداوم با بایاس معکوس طراحی نشده است و این شرایط باید توسط مدار راه‌انداز جلوگیری شود.
• نسبت تطابق شدت نور:حداکثر 2:1 برای بخش‌های داخل یک ناحیه نوری مشابه. این امر روشنایی یکنواخت در تمام بخش‌های یک رقم را تضمین می‌کند.
• تداخل (Cross Talk):به صورت ≤2.5% مشخص شده است. این به روشنایی ناخواسته یک بخش زمانی که بخش مجاور راه‌اندازی می‌شود اشاره دارد که باید حداقل باشد.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

3.1 ابعاد و تلرانس‌های بسته‌بندی

نمایشگر مطابق با فوت‌پرینت استاندارد بسته دو خطی (DIP) است. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است:

• تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر (mm) است.
• تلرانس عمومی ±0.20 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر است.
• محدودیت‌های کنترل کیفیت برای مواد خارجی (≤10 میل)، آلودگی جوهر (≤20 میل)، خمش (≤1% طول رفلکتور) و حباب در بخش (≤10 میل) تعریف شده است.
• قطر سوراخ PCB توصیه شده برای پایه‌ها 1.30 میلی‌متر است.

3.2 پایه‌ها و مدار داخلی

LTC-2721JD یک نمایشگرمالتی‌پلکس با کاتد مشترکاست. این نمایشگر دارای سه پایه کاتد مشترک (یکی برای هر رقم: پایه‌های 2، 5، 8) و پایه‌های آند مجزا برای هر بخش (A-G, DP) و بخش‌های کولون (L1, L2, L3) است. پایه 13 یک کاتد مشترک برای سه LED کولون است. این معماری به میکروکنترلر اجازه می‌دهد تا یک رقم خاص را با زمین کردن کاتد مشترک آن و اعمال ولتاژ پیشرو به آندهای بخش مورد نظر روشن کند. با چرخش سریع بین ارقام (مالتی‌پلکسینگ)، به نظر می‌رسد هر سه رقم به طور پیوسته روشن هستند. اتصالات پایه‌ها به شرح زیر است: 1(D), 2(CC1), 3(DP), 4(E), 5(CC2), 6(C/L3), 7(G), 8(CC3), 9(NC), 10-11(NP), 12(B/L2), 13(CC L1/L2/L3), 14(NP), 15(A/L1), 16(F).

4. منحنی‌ها و ویژگی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های عملکردی معمول اشاره می‌کند (اگرچه در متن ارائه شده نمایش داده نشده است). بر اساس رفتار استاندارد LED و پارامترهای داده شده، این منحنی‌ها معمولاً موارد زیر را نشان می‌دهند:

• جریان پیشرو در مقابل ولتاژ پیشرو (منحنی I-V):رابطه نمایی را نشان می‌دهد، با V_Fمعمول 2.6 ولت در 20 میلی‌آمپر.
• شدت نور در مقابل جریان پیشرو:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، تا حداکثر مقادیر مجاز.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دما را نشان می‌دهد که یک عامل حیاتی برای طراحی است.
• توزیع طیفی:یک نمودار که شدت نسبی را در مقابل طول موج ترسیم می‌کند، حول 656 نانومتر (پیک) و 640 نانومتر (غالب) متمرکز است.

5. تست قابلیت اطمینان

دستگاه تحت مجموعه جامعی از تست‌های قابلیت اطمینان بر اساس استانداردهای نظامی (MIL-STD)، ژاپنی (JIS) و داخلی قرار می‌گیرد تا استحکام و طول عمر آن تضمین شود.

• عمر عملیاتی (RTOL):1000 ساعت در حداکثر جریان نامی تحت دمای اتاق.
• تنش محیطی:شامل ذخیره‌سازی دمای بالا/رطوبت بالا (500 ساعت در 65°C/90-95% RH)، ذخیره‌سازی دمای بالا (1000 ساعت در 105°C) و ذخیره‌سازی دمای پایین (1000 ساعت در 35-°C) است.
• چرخه حرارتی و شوک:چرخه دمایی (30 چرخه بین 35-°C و 105°C) و شوک حرارتی (30 چرخه بین 35-°C و 105°C) مقاومت در برابر تغییرات سریع دما را آزمایش می‌کنند.
• قابلیت لحیم‌کاری:تست‌های مقاومت لحیم‌کاری (10 ثانیه در 260°C) و قابلیت لحیم‌کاری (5 ثانیه در 245°C) توانایی بسته را برای تحمل فرآیندهای مونتاژ تأیید می‌کنند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 لحیم‌کاری خودکار

برای لحیم‌کاری موجی، شرایط توصیه شده غوطه‌وری پایه‌ها تا عمق 1/16 اینچ (1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن به مدت حداکثر 5 ثانیه در دمای 260 درجه سانتی‌گراد است. دمای بدنه نمایشگر در طول این فرآیند نباید از حداکثر دمای ذخیره‌سازی تجاوز کند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

هنگام استفاده از هویه، نوک هویه باید با پایه (باز هم، در فاصله 1/16 اینچ زیر صفحه نشیمن) به مدت بیش از 5 ثانیه در دمای 350°C ±30°C تماس داشته باشد. استفاده از هیت‌سینک روی پایه بین اتصال و بدنه بسته، عمل خوبی است.

7. ملاحظات حیاتی کاربردی و طراحی

مهم:رعایت این احتیاط‌ها برای عملکرد قابل اطمینان و جلوگیری از خرابی زودرس ضروری است.

• کاربرد مورد نظر:برای تجهیزات الکترونیکی معمولی طراحی شده است. برای کاربردهای حیاتی از نظر ایمنی (هوانوردی، پزشکی و غیره) مشاوره لازم است.
• انطباق با مقادیر مجاز:مدار راه‌اندازبایداطمینان حاصل کند که حداکثر مقادیر مطلق مجاز (جریان، ولتاژ، توان، دما) هرگز تجاوز نمی‌کنند. سازنده مسئول خسارات ناشی از عدم انطباق نیست.
• مدیریت جریان و حرارت:تجاوز از جریان پیشروی توصیه شده یا دمای عملیاتی باعث تخریب شدید و غیرقابل برگشت خروجی نور شده و می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار شود.
• محافظت مدار:مدار راه‌انداز باید شامل محافظت در برابر ولتاژهای معکوس و نوسانات ولتاژی که ممکن است در حین روشن یا خاموش شدن رخ دهد، باشد. یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای محدود کردن جریان اجباری است.
• روش راه‌اندازی: راه‌اندازی با جریان ثابت به شدت توصیه می‌شودبه جای راه‌اندازی با ولتاژ ثابت. این امر شدت نور یکنواخت را بدون توجه به تغییرات جزئی در ولتاژ پیشرو (V_F) بین بخش‌ها یا واحدها تضمین می‌کند و محافظت ذاتی در برابر اسپایک‌های جریان فراهم می‌کند. برای کار مالتی‌پلکس، جریان پیک باید بر اساس چرخه وظیفه محاسبه شود تا اطمینان حاصل شود که جریان متوسط هر بخش در محدوده مجاز باقی می‌ماند.

8. سناریوهای کاربردی عملی و نکات طراحی

8.1 کاربردهای متداول

• مولتی‌مترهای دیجیتال (DMM) و تجهیزات آزمایشگاهی:ارائه نمایش عددی واضح برای ولتاژ، جریان و مقاومت.
• تایمرها و شمارنده‌های صنعتی:نمایش زمان سپری شده، تعداد تولید یا نقاط تنظیم.
• الکترونیک مصرفی:ساعت‌ها، نمایشگرهای تجهیزات صوتی، نمایشگرهای لوازم آشپزخانه.
• پنل‌های ابزار دقیق:برای نمایش داده‌های سنسور مانند دما، فشار یا سرعت در قالبی فشرده.

8.2 مطالعه موردی پیاده‌سازی طراحی

سناریو:طراحی یک نمایشگر ولت‌متر سه رقمی با استفاده از یک میکروکنترلر.

1. درایور مالتی‌پلکس:میکروکنترلر از 7-8 پایه I/O برای آندهای بخش (A-G, DP) و 3 پایه I/O (پیکربندی شده به صورت درین باز/خروجی پایین) برای کاتدهای رقم (CC1, CC2, CC3) استفاده خواهد کرد.
2. محدود کردن جریان:یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر خط آند بخش قرار دهید. مقدار مقاومت (R) با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای منبع 5 ولت، V_F=2.6V و جریان مورد نظر I_Fبرابر 10 میلی‌آمپر: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 اهم. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد استفاده کنید (مثلاً 220 اهم یا 270 اهم).
3. زمان‌بندی مالتی‌پلکس:میکروکنترلر را برنامه‌ریزی کنید تا در هر زمان یک کاتد رقم را فعال کند، بخش‌های مورد نیاز برای آن رقم را روشن کند، مدت کوتاهی صبر کند (مثلاً 2-5 میلی‌ثانیه)، سپس به رقم بعدی برود. نرخ تازه‌سازی 50-200 هرتز از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری می‌کند.
4. بررسی جریان پیک:اگر از چرخه وظیفه 10% (3 رقم) استفاده می‌کنید، جریان پیک در زمان فعال می‌تواند بالاتر باشد. برای یکمیانگین I_F10 میلی‌آمپر،جریان پیکدر طول چرخه وظیفه 1/3 برابر با 30 میلی‌آمپر خواهد بود. این باید در برابر حداکثر مقدار مجاز مطلق برای جریان پیشروی پیک (90 میلی‌آمپر) و کاهش جریان پیوسته در دمای عملیاتی بررسی شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

مزایای اصلی LTC-2721JD ناشی از فناوری AlInGaP آن است:

• در مقابل LEDهای قرمز سنتی GaAsP/GaP:AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان راه‌اندازی یا مصرف توان کمتر برای همان روشنایی می‌شود. همچنین پایداری دمایی و خلوص رنگ بهتری ارائه می‌دهد.
• در مقابل نمایشگرهای بزرگتر:اندازه 0.28 اینچ نقطه بهینه‌ای بین نمایشگرهای بسیار کوچک (0.2 اینچ) که ممکن است خواندن آن‌ها سخت باشد و نمایشگرهای بزرگتر (0.5 اینچ یا بیشتر) که توان و فضای برد بیشتری مصرف می‌کنند، ارائه می‌دهد.
• کاتد مشترک در مقابل آند مشترک:پیکربندی کاتد مشترک اغلب در سیستم‌هایی که توسط میکروکنترلرها راه‌اندازی می‌شوند ترجیح داده می‌شود، زیرا آن‌ها معمولاً می‌توانند جریان را سینک کنند (پایه‌ها را پایین ببرند) مؤثرتر از آن که بتوانند آن را سورس کنند (پایه‌ها را بالا ببرند).

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 آیا می‌توان این نمایشگر را با میکروکنترلر 3.3 ولت راه‌اندازی کرد؟

پاسخ:احتمالاً، اما با احتیاط. ولتاژ پیشروی معمول (V_F) 2.6 ولت است. با منبع 3.3 ولت، فقط 0.7 ولت حاشیه برای مقاومت محدودکننده جریان وجود دارد. این افت ولتاژ کوچک، جریان را نسبت به تغییرات در V_Fو ولتاژ منبع بسیار حساس می‌کند. برای کار با 3.3 ولت، استفاده از مدار درایور جریان ثابت به شدت توصیه می‌شود تا روشنایی پایدار تضمین شود. اتصال مستقیم به پایه‌های GPIO 3.3 ولت بدون درایور، در صورتی که V_Fدر انتهای پایین محدوده خود باشد، خطر جریان بیش از حد دارد.

10.2 چرا حداکثر جریان پیوسته با دما کاهش می‌یابد؟

پاسخ:این به دلیل ضریب دمایی منفی ولتاژ پیشروی LED و محدودیت‌های فیزیکی بسته است. با افزایش دما، بازده داخلی کاهش می‌یابد و توان الکتریکی بیشتری به جای نور به گرما تبدیل می‌شود. اگر جریان کاهش نیابد، دمای اتصال می‌تواند به طور کنترل‌نشده افزایش یابد (فرار حرارتی) و منجر به تخریب سریع و خرابی شود. منحنی کاهش (0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد) برای جلوگیری از این امر ارائه شده است.

10.3 منظور از "دسته‌بندی شده بر اساس شدت نور" چیست؟

پاسخ:به این معنی است که نمایشگرها پس از تولید آزمایش و در سطل‌های روشنایی مختلف دسته‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال، یک دسته ممکن است I_Vاز 200-300 میکروکاندلا داشته باشد، دسته دیگر از 300-400 میکروکاندلا و غیره. این به طراحانی که به تعداد زیاد خرید می‌کنند اجازه می‌دهد تا روشنایی یکنواخت در تمام واحدهای محصول خود را تضمین کنند. کد سطل خاص اغلب روی بسته مشخص شده است (در نشانه‌گذاری ماژول به عنوان "Z: BIN CODE" ارجاع داده شده است).

11. اصل عملکرد و روندهای فناوری

11.1 اصل عملکرد پایه

یک نمایشگر LED هفت قسمتی آرایه‌ای از دیودهای نورافشان است که به صورت الگوی عدد هشت مرتب شده‌اند. هر بخش (A تا G) یک LED مجزا است. با اعمال یک ولتاژ بایاس پیشرو (فراتر از V_Fدیود) و محدود کردن جریان با یک مقاومت یا منبع جریان ثابت، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی AlInGaP بازترکیب می‌شوند و انرژی را به صورت فوتون (نور) در طول موج مشخصه ماده — در این مورد، قرمز (~640 نانومتر) — آزاد می‌کنند. مالتی‌پلکسینگ از پایداری دید چشم انسان استفاده می‌کند و در هر زمان فقط یک رقم را روشن می‌کند اما آنقدر سریع بین آن‌ها می‌چرخد که به نظر می‌رسد همه به طور همزمان روشن هستند.

11.2 بستر فناوری عینی

AlInGaP یک سیستم ماده بالغ و به شدت بهینه‌شده برای LEDهای قرمز، نارنجی و زرد است. این فناوری بازدهی و قابلیت اطمینان عالی ارائه می‌دهد. روند در فناوری نمایشگرها به سمت یکپارچگی بیشتر (مانند نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای، OLEDها، میکرو-LEDها) و یکپارچگی مستقیم با ICهای درایور است. با این حال، نمایشگرهای هفت قسمتی گسسته مانند LTC-2721JD به دلیل سادگی، هزینه کم، روشنایی بالا، استحکام و سهولت استفاده در کاربردهایی که فقط نیاز به نمایش داده‌های عددی است، همچنان بسیار مرتبط هستند. طراحی آن‌ها به خوبی درک شده است و به راحتی با میکروکنترلرهای کم‌هزینه ارتباط برقرار می‌کنند که استفاده مداوم از آن‌ها را در زمینه‌های صنعتی، مصرفی و ابزار دقیق در آینده قابل پیش‌بینی تضمین می‌کند.