دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-547AKS - ارتفاع رقم 0.52 اینچ - رنگ زرد - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-547AKS یک ماژول نمایشگر عددی تک رقمی با کارایی بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش عددی واضح، پرنور و قابل اعتماد هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری یک رقم اعشاری (0-9) به همراه یک نقطه اعشار است. این قطعه با استفاده از فناوری پیشرفته نیمه‌هادی AS-AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) ساخته شده است که به طور خاص برای انتشار نور زرد روشن مهندسی شده است. این سیستم ماده‌ای که بر روی زیرلایه GaAs (گالیم آرسنید) رشد یافته، به دلیل بازدهی بالا و خلوص رنگ عالی در طیف زرد-نارنجی شناخته شده است. نمایشگر دارای ظاهری متمایز با صفحه‌ای به رنگ خاکستری و قطعات سفید رنگ است که کنتراست و خوانایی را در شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. این محصول بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که تضمین کننده یکنواختی روشنایی در بین دسته‌های تولیدی است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

LTS-547AKS چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی، تجاری و مصرفی مناسب می‌سازد. نیاز کم به توان یکی از مزایای قابل توجه آن است که امکان ادغام در سیستم‌های با باتری یا کم‌مصرف را فراهم می‌کند. روشنایی بالا و نسبت کنتراست بالا، دید عالی را حتی در محیط‌های پرنور تضمین می‌کند. زاویه دید گسترده، انعطاف‌پذیری در نصب و موقعیت‌یابی کاربر را فراهم می‌آورد. قابلیت اطمینان حالت جامد فناوری LED به معنای عمر عملیاتی طولانی، مقاومت در برابر ضربه و نیاز به نگهداری حداقلی در مقایسه با فناوری‌های نمایشگر قدیمی مانند نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلاء است. این قطعه همچنین در بسته‌بندی بدون سرب ارائه می‌شود که با مقررات زیست‌محیطی مدرن مانند RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد. بازارهای هدف معمول شامل پنل‌های ابزار دقیق، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، کنترل‌های صنعتی، دستگاه‌های پزشکی، لوازم خانگی و نمایشگرهای داشبورد خودرو می‌شود که در آن‌ها به یک نشانگر عددی منفرد و واضح نیاز است.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی و نوری مشخص شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد. درک این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و اطمینان از عملکرد بهینه نمایشگر حیاتی است.

2.1 ویژگی‌های فتومتریک و نوری

ویژگی نوری اصلیشدت نور متوسط (Iv)است. این پارامتر که در جریان پیشرو (IF) برابر با 1 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود، مقدار معمول آن 1400 میکروکاندلا (µcd) است، با حداقل مقدار مشخص شده 500 µcd. این پارامتر روشنایی درک شده هر قطعه روشن را تعریف می‌کند.نسبت تطابق شدت نور (IV-m)حداکثر 2:1 مشخص شده است. این نسبت نشان‌دهنده حداکثر تغییر مجاز در روشنایی بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین قطعه درون یک دستگاه است که ظاهر یکنواختی را هنگام روشن شدن همه قطعات تضمین می‌کند. ویژگی‌های رنگ توسط طول موج تعریف می‌شوند.طول موج اوج انتشار (λp)معمولاً در IF=20mA برابر با 588 نانومتر (nm) است.طول موج غالب (λd)که ارتباط نزدیک‌تری با رنگ درک شده دارد، محدوده‌ای از 584 نانومتر تا 594 نانومتر دارد.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)معمولاً 15 نانومتر است که خلوص طیفی نور زرد منتشر شده را توصیف می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

پارامتر الکتریکی کلیدیولتاژ پیشرو (VF)به ازای هر قطعه است. در جریان پیشرو 20 میلی‌آمپر، VF معمول 2.6 ولت است، با حداقل 2.05 ولت. این افت ولتاژ روی LED هنگامی است که جریان را هدایت می‌کند و نور ساطع می‌نماید. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار درایو می‌تواند این ولتاژ را تأمین کند.جریان معکوس (IR)حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (VR) برابر با 5 ولت مشخص شده است که نشان‌دهنده جریان نشتی بسیار کم هنگام بایاس معکوس LED است. تجاوز از رتبه‌بندی حداکثر مطلق برای ولتاژ معکوس (5 ولت) می‌تواند به دستگاه آسیب برساند.

2.3 رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق و ملاحظات حرارتی

این رتبه‌بندی‌ها محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. آن‌ها برای کارکرد عادی نیستند.جریان پیشرو پیوستهبه ازای هر قطعه در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 25 میلی‌آمپر است. یک ضریب کاهش (دریتینگ) معادل 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد ارائه شده است، به این معنی که حداکثر جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان تقریباً برابر خواهد بود با: 25 میلی‌آمپر - (0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد * 60 درجه سانتی‌گراد) = 5.2 میلی‌آمپر.جریان پیشرو پیک60 میلی‌آمپر است اما تنها تحت شرایط پالسی (فرکانس 1 کیلوهرتز، چرخه کاری 25%) مجاز است.اتلاف توانبه ازای هر قطعه 70 میلی‌وات است. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی از 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد مشخص شده است که شرایط محیطی قابل تحمل توسط دستگاه را تعریف می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که محصولبر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است. این به فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی انجام شده در حین تولید اشاره دارد. به دلیل تغییرات ذاتی در رشد اپیتاکسیال نیمه‌هادی و پردازش ویفر، LEDهای حاصل از یک دسته تولیدی یکسان می‌توانند تفاوت‌های جزئی در پارامترهای کلیدی مانند شدت نور و ولتاژ پیشرو داشته باشند. برای اطمینان از یکنواختی برای کاربر نهایی، تولیدکنندگان هر دستگاه را آزمایش کرده و بر اساس عملکرد اندازه‌گیری شده، آن‌ها را در "بین" یا دسته‌های مختلف مرتب می‌کنند. LTS-547AKS به طور خاص بر اساس شدت نور (Iv) دسته‌بندی شده است، به این معنی که مشتریان می‌توانند دستگاه‌هایی از یک محدوده شدت نور خاص (بین) انتخاب کنند تا یکنواختی روشنایی را در تمام ارقام در یک کاربرد نمایشگر چند رقمی تضمین نمایند. دیتاشیت مقادیر حداقل (500 µcd) و معمول (1400 µcd) را ارائه می‌دهد، اما کدهای بین خاص و محدوده‌های شدت نور متناظر آن‌ها معمولاً در یک سند دسته‌بندی جداگانه یا در صورت درخواست ارائه می‌شوند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، منحنی‌های عملکرد معمول برای چنین دستگاهی بینش طراحی ارزشمندی ارائه می‌دهند. این منحنی‌ها رابطه بین پارامترهای کلیدی را به صورت گرافیکی نشان می‌دهند.

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

این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان عبوری از LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این منحنی ولتاژ "روشن‌شدن" (حدود 2.0-2.1 ولت برای AlInGaP) و چگونگی افزایش جزئی ولتاژ پیشرو با جریان را نشان می‌دهد. این اطلاعات برای طراحی مدارهای محدودکننده جریان، چه با استفاده از مقاومت‌های ساده و چه درایورهای جریان ثابت، حیاتی است.

4.2 شدت نور در مقابل جریان پیشرو

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور (بر حسب µcd یا mcd) با افزایش جریان پیشرو افزایش می‌یابد. این رابطه معمولاً در یک محدوده خطی است اما ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به اشباع برسد. این به طراحان کمک می‌کند تا یک جریان عملیاتی را انتخاب کنند که روشنایی مورد نیاز را بدون تجاوز از محدودیت‌های اتلاف توان یا تسریع افت لومن (روشنایی) ارائه دهد.

4.3 ویژگی‌های دمایی

منحنی‌هایی که تغییرات ولتاژ پیشرو و شدت نور را با دمای محیط (Ta) یا دمای اتصال (Tj) نشان می‌دهند، ضروری هستند. معمولاً ولتاژ پیشرو با افزایش دما کاهش می‌یابد (ضریب دمایی منفی)، در حالی که شدت نور نیز با افزایش دما کاهش می‌یابد. درک این روندها برای کاربردهایی که تحت نوسانات دمایی گسترده قرار دارند، جهت اطمینان از عملکرد پایدار حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LTS-547AKS دارای ارتفاع رقم 0.52 اینچ (13.2 میلی‌متر) است. ابعاد بسته‌بندی در یک نقشه با تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر و تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر (مگر خلاف آن ذکر شده) ارائه شده است. این نقشه برای چیدمان PCB (برد مدار چاپی) بسیار مهم است و اطمینان حاصل می‌کند که جای پای قطعه و الگوی سوراخ‌ها به درستی طراحی شده‌اند. این دستگاه دارای 10 پایه در پیکربندی بسته دو خطی (DIP) است.

5.1 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

ترتیب پایه‌ها به شرح زیر است: پایه 1: آند E، پایه 2: آند D، پایه 3: کاتد مشترک، پایه 4: آند C، پایه 5: آند D.P. (نقطه اعشار)، پایه 6: آند B، پایه 7: آند A، پایه 8: کاتد مشترک، پایه 9: آند F، پایه 10: آند G. این دستگاه از پیکربندیکاتد مشترکاستفاده می‌کند. این بدان معناست که کاتدهای (ترمینال‌های منفی) تمام قطعات LED (A تا G و DP) به صورت داخلی به هم متصل شده و به دو پایه (3 و 8 که به هم متصل هستند) آورده شده‌اند. برای روشن کردن یک قطعه خاص، پایه آند متناظر آن باید به یک ولتاژ مثبت (از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان یا درایور) متصل شود در حالی که پایه(های) کاتد مشترک به زمین متصل می‌شوند. نمودار مدار داخلی این اتصال کاتد مشترک را برای همه قطعات نشان می‌دهد.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت یک پارامتر حیاتی لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: حداکثر دمای مجازلحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراداست و این دما تنها می‌تواند حداکثر برای مدت3 ثانیهاعمال شود. این اندازه‌گیری در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشستن قطعه بر روی PCB انجام می‌شود. این راهنما برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو ضروری است. تجاوز از این محدودیت‌های زمان/دما می‌تواند باعث آسیب حرارتی به تراشه‌های LED، ماده محفظه اپوکسی یا اتصالات سیمی داخلی شود که منجر به خرابی فوری یا کاهش قابلیت اطمینان بلندمدت می‌گردد. توصیه می‌شود از دستورالعمل‌های استاندارد IPC برای مونتاژ LED پیروی شود. برای ذخیره‌سازی، محدوده مشخص شده 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک است تا از جذب رطوبت که می‌تواند باعث "پاپ کورن شدن" در حین لحیم‌کاری ریفلو شود، جلوگیری گردد.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

LTS-547AKS برای هر دستگاهی که نیازمند یک نمایشگر عددی منفرد و بسیار خوانا باشد ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: مولتی‌مترهای دیجیتال و انبرک‌مترها، فرکانس‌شمارها، منبع تغذیه‌های آزمایشگاهی، تایمرها و شمارنده‌های فرآیندی، تجهیزات پایش پزشکی (مانند نمایشگرهای تک پارامتری)، لوازم خانگی (مایکروویو، فر، قهوه‌ساز)، گیج‌های جانبی خودرو (ولتاژ، دما) و نشانگرهای پنل کنترل صنعتی می‌شود.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک مقاومت محدودکننده جریان باید به صورت سری با هر آند (یا از یک درایور جریان ثابت استفاده شود) متصل شود تا جریان پیشرو را به مقدار مورد نظر (مثلاً 10-20 میلی‌آمپر برای حداکثر روشنایی) تنظیم کند. مقدار مقاومت با استفاده از رابطه R = (Vcc - Vf) / If محاسبه می‌شود که در آن Vcc ولتاژ تغذیه، Vf ولتاژ پیشرو LED و If جریان پیشرو مورد نظر است.
• مالتی‌پلکسینگ:برای راه‌اندازی چندین رقم، اغلب از تکنیک مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌شود که در آن قطعات هم‌نوع در بین ارقام به هم متصل می‌شوند و کاتد مشترک هر رقم به صورت متوالی و با فرکانس بالا روشن می‌شود. این کار باعث صرفه‌جویی در پایه‌های I/O میکروکنترلر می‌شود.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده امکان نصب انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند، اما برای خوانایی بهینه، خط دید اصلی کاربر نسبت به سطح نمایشگر را در نظر بگیرید.
• محافظت در برابر ESD:اگرچه به صراحت ذکر نشده است، LEDهای AlInGaP می‌توانند نسبت به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس باشند. در حین مونتاژ باید اقدامات احتیاطی استاندارد برای دست‌زنی ESD رعایت شود.

8. مقایسه فنی

در مقایسه با سایر فناوری‌های نمایشگر تک رقمی، LTS-547AKS (AlInGaP زرد) مزایای متمایزی ارائه می‌دهد. در مقابلLEDهای قرمز قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP روشنایی و بازدهی به مراتب بالاتری برای رنگ‌ها در طیف زرد-نارنجی-قرمز فراهم می‌کند. در مقایسه باLCDهای 7 قسمتی، دید بهتری در شرایط کم‌نور، محدوده دمای عملیاتی گسترده‌تر ارائه می‌دهد و نیازی به نور پس‌زمینه ندارد. در مقابلنمایشگرهای فلورسنت خلاء (VFD)، مقاوم‌تر است، ولتاژ عملیاتی پایین‌تری دارد و توان کمتری مصرف می‌کند، اگرچه VFDها ممکن است رنگ متفاوتی (اغلب آبی-سبز) و زاویه دید بسیار گسترده‌تری ارائه دهند. انتخاب رنگ زرد اغلب به دلیل بازده نوری بالا و ظاهر واضح و جلب‌کننده آن است که با نمایشگرهای رایج قرمز یا سبز متفاوت است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

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

پاسخ 1: آن‌ها به صورت داخلی به هم متصل هستند. داشتن دو پایه، تقارن مکانیکی، توزیع جریان بهتر و بهبود اتلاف حرارت از سمت کاتد تراشه‌های LED را فراهم می‌کند. در چیدمان PCB، هر دو باید به زمین متصل شوند.

سوال 2: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از پایه یک میکروکنترلر 5 ولتی راه‌اندازی کنم؟

پاسخ 2: خیر، نه مستقیماً. ولتاژ پیشرو معمول 2.6 ولت است و یک پایه میکروکنترلر که 5 ولت خروجی می‌دهد باعث جریان بیش از حد شده و قطعه LED را از بین می‌برد. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری استفاده کنید. برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان هدف 20 میلی‌آمپر، مقدار مقاومت تقریباً برابر خواهد بود با: (5 ولت - 2.6 ولت) / 0.02 آمپر = 120 اهم. اغلب برای ایمنی و طول عمر بیشتر از مقدار کمی بالاتر (مثلاً 150 اهم) استفاده می‌شود.

سوال 3: عبارت "دسته‌بندی شده بر اساس شدت نور" برای طراحی من چه معنایی دارد؟

پاسخ 3: به این معنی است که شما می‌توانید دستگاه‌هایی از یک بین (دسته) روشنایی خاص سفارش دهید. اگر در حال ساخت یک محصول چند واحدی یا یک نمایشگر چند رقمی هستید، مشخص کردن کد بین یکسان برای تمام نمایشگرهای شما تضمین می‌کند که همه آن‌ها روشنایی بسیار مشابهی خواهند داشت که منجر به ظاهری یکنواخت و حرفه‌ای می‌شود. اگر بین‌های مختلف را مخلوط کنید، ممکن است برخی ارقام به طور محسوسی روشن‌تر یا کم‌نورتر از بقیه به نظر برسند.

سوال 4: چگونه ضریب کاهش (دریتینگ) برای جریان پیشرو را تفسیر کنم؟

پاسخ 4: ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد به این معنی است که به ازای هر درجه سانتی‌گراد افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد، باید حداکثر جریان پیشرو پیوسته را 0.33 میلی‌آمپر کاهش دهید. این امر برای جلوگیری از تجاوز دمای اتصال LED از حد مجاز ایمنی آن که به شدت عمر آن را کاهش می‌دهد، ضروری است. در محیط‌های با دمای بالا، ممکن است نیاز باشد نمایشگر را با جریان پایین‌تری راه‌اندازی کنید تا قابلیت اطمینان حفظ شود.

10. مورد عملی طراحی

سناریو:طراحی یک ولت‌متر دیجیتال ساده با باتری برای نمایش 0 تا 9.9 ولت.

پیاده‌سازی:از یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای اندازه‌گیری ولتاژ استفاده کنید. میکروکنترلر حداقل به 8 پایه I/O برای راه‌اندازی 7 قطعه و نقطه اعشار LTS-547AKS نیاز دارد. یک مقاومت محدودکننده جریان (مثلاً 180-220 اهم برای سیستم 3.3-5 ولتی) در هر خط آند مورد نیاز است. دو پایه کاتد مشترک به زمین متصل می‌شوند. فریم‌ور میکروکنترلر مقدار ADC را خوانده، آن را به یک عدد اعشاری تبدیل می‌کند و با تنظیم پایه‌های آند مناسب به حالت بالا، قطعات مربوطه را روشن می‌کند. برای نمایش جایگاه دهم (مثلاً "9" در 9.9)، یک رقم دوم مورد نیاز خواهد بود و از مالتی‌پلکسینگ برای راه‌اندازی هر دو رقم از همان 8 خط قطعه استفاده می‌شود، در حالی که از پایه‌های I/O جداگانه برای کنترل کاتد مشترک هر رقم استفاده می‌شود.

11. معرفی اصل عملکرد

LTS-547AKS بر اساس اصلالکترولومینسانسدر یک دیود نیمه‌هادی عمل می‌کند. هسته هر قطعه یک تراشه کوچک ساخته شده از لایه‌های AlInGaP است که بر روی زیرلایه GaAs رشد یافته است. این ساختار یک پیوند p-n تشکیل می‌دهد. هنگامی که یک ولتاژ پیشرو بیشتر از پتانسیل داخلی پیوند (تقریباً 2.0-2.1 ولت) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به داخل پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری نیمه‌هادی را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج (رنگ) نور منتشر شده را مشخص می‌نماید - در این مورد، زرد (~588 نانومتر). صفحه خاکستری و قطعات سفید به ترتیب به عنوان پخش‌کننده و تقویت‌کننده کنتراست عمل می‌کنند و نور را برای خوانایی بهینه شکل داده و هدایت می‌نمایند.

12. روندهای فناوری

توسعه فناوری‌های نمایشگر ادامه دارد. برای نمایشگرهای عددی LED گسسته مانند LTS-547AKS، روندها بر چند حوزه متمرکز است.افزایش بازدهی:تحقیقات مداوم علم مواد با هدف بهبود بازده کوانتومی داخلی (IQE) و بازده استخراج نور AlInGaP و سایر نیمه‌هادی‌های مرکب است که نمایشگرهای درخشان‌تری در جریان‌های پایین‌تر به دست می‌دهد که برای دستگاه‌های قابل حمل حیاتی است.کوچک‌سازی:در حالی که 0.52 اینچ یک اندازه استاندارد است، تقاضا برای ارقام کوچک‌تر برای دستگاه‌های فشرده و ارقام بزرگ‌تر و درخشان‌تر برای مشاهده از راه دور وجود دارد.یکپارچه‌سازی:روندی به سمت نمایشگرهایی با درایورهای یکپارچه (مانند I2C، SPI) یا حتی میکروکنترلرها وجود دارد که واسط را برای طراح سیستم ساده می‌کند.گزینه‌های رنگ:در حالی که رنگ زرد بازده بالایی دارد، پیشرفت‌ها در LEDهای آبی InGaN و تبدیل فسفری، نمایشگرهای تمام‌رنگ RGB و نمایشگرهای سفید را در دسترس‌تر ساخته است، اگرچه اغلب در نقطه هزینه/عملکرد متفاوتی قرار دارند. مزایای اصلی LEDها - قابلیت اطمینان، طول عمر و استحکام حالت جامد - تضمین می‌کند که آن‌ها برای بسیاری از کاربردهای نمایشگر عددی که این ویژگی‌ها در آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است، انتخاب غالب باقی بمانند.