Scheda Tecnica Display LED LTS-3861JR - Altezza Cifra 0.3 Pollici - Tensione Diretta 2.6V - Colore Rosso Super - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-3861JR è un modulo display LED a 7 segmenti per singola cifra, progettato per applicazioni che richiedono visualizzazioni numeriche nitide e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente caratteri numerici (0-9) e alcuni simboli alfanumerici limitati attraverso l'illuminazione selettiva dei suoi sette segmenti individuali e di un punto decimale opzionale.

La tecnologia di base utilizza materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per i chip LED. Questo sistema di materiali è noto per produrre LED rossi e ambra ad alta efficienza. I chip sono realizzati su un substrato non trasparente di GaAs (Arseniuro di Gallio), che aiuta a migliorare il contrasto minimizzando la diffusione e la riflessione interna della luce. Il dispositivo presenta un frontale grigio e un colore dei segmenti bianco, che migliora il contrasto e la leggibilità dei segmenti rossi illuminati rispetto allo sfondo.

Il display è categorizzato per intensità luminosa, il che significa che le unità vengono selezionate o testate per garantire che soddisfino criteri specifici di luminosità, fornendo coerenza nelle prestazioni per i lotti di produzione.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Dimensioni Compatte:Presenta un'altezza della cifra di 0.3 pollici (7.62 mm), rendendolo adatto per pannelli e dispositivi con spazio limitato.
• Qualità Ottica:Offre segmenti uniformi e continui per un aspetto del carattere fluido e professionale, senza spazi vuoti o irregolarità.
• Alte Prestazioni:Garantisce elevata luminosità e alto contrasto, assicurando un'ottima visibilità.
• Ampio Angolo di Visione:Fornisce una chiara leggibilità da un'ampia gamma di angolazioni.
• Basso Consumo Energetico:Progettato con requisiti di potenza ridotti, risultando energeticamente efficiente.
• Affidabilità:Beneficia dell'affidabilità dello stato solido senza parti in movimento, portando a una lunga vita operativa.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliato operare al di fuori di questi limiti.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:Massimo 70 mW. Questa è la massima potenza che può essere dissipata in sicurezza come calore da un singolo segmento LED.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:Massimo 90 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:Massimo 25 mA a 25°C. Questa corrente deve essere ridotta linearmente di 0.33 mA/°C man mano che la temperatura ambiente (Ta) sale sopra i 25°C.
• Tensione Inversa per Segmento:Massimo 5 V. Superare questo valore può danneggiare la giunzione PN del LED.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-35°C a +85°C.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-35°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata a 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio del componente.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C e definiscono le prestazioni operative tipiche.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da 200 μcd (min) a 600 μcd (max) a una corrente diretta (I_F) di 1 mA. Questa è la misura della luminosità percepita dall'occhio umano.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):Tipicamente 639 nm a I_F=20mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):Tipicamente 20 nm a I_F=20mA. Questo indica la purezza spettrale; un valore più piccolo significa un colore più monocromatico.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 631 nm a I_F=20mA. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che definisce il colore (rosso super).
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):Varia da 2.0 V (min) a 2.6 V (max) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):Massimo 100 μA a una tensione inversa (V_R) di 5V. Questa è la piccola corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo 2:1 a I_F=1mA. Questo specifica la massima variazione di luminosità consentita tra segmenti diversi all'interno di un singolo dispositivo, garantendo un aspetto uniforme.

Nota: La misura dell'intensità luminosa segue lo standard della curva di risposta dell'occhio CIE (Commission Internationale de l'Eclairage).

3. Sistema di Categorizzazione e Binning

Il LTS-3861JR utilizza un sistema di categorizzazione principalmente perIntensità Luminosa. Ciò significa che durante la produzione, i dispositivi vengono testati e suddivisi in diverse categorie in base alla loro luminosità misurata a una corrente di test standard (tipicamente 1mA o 20mA). Questo consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di luminosità coerenti per le loro applicazioni, prevenendo variazioni evidenti nell'intensità del display tra più cifre in un display multi-cifra. La scheda tecnica specifica un intervallo (200-600 μcd) e i prodotti sono garantiti rientrare in sotto-intervalli specificati all'interno di questo.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche che sono cruciali per la progettazione. Sebbene non visualizzate nel testo fornito, le curve standard per un tale dispositivo includerebbero:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I_F-V_F):Mostra la relazione esponenziale. Essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I_V-I_F):Mostra come la luminosità aumenta con la corrente, tipicamente in una relazione quasi lineare all'interno dell'intervallo operativo prima che l'efficienza diminuisca.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente (Curva I_V-T_a):Illustra la diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione, evidenziando l'importanza della gestione termica e della riduzione della corrente.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra la potenza ottica relativa attraverso le lunghezze d'onda, centrata attorno al picco di 639 nm, con una larghezza definita dalla mezza altezza di 20 nm.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Fisiche

Il dispositivo ha un contorno del package definito. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri (mm) con tolleranze standard di ±0.25 mm salvo diversa specifica. Le dimensioni chiave includono l'altezza, la larghezza e la profondità complessive del package, la dimensione della finestra della cifra e la spaziatura tra i segmenti.

5.2 Configurazione dei Pin e Circuito Interno

Il LTS-3861JR è un dispositivo adanodo comune. Ciò significa che gli anodi di tutti i segmenti LED (A-G e DP) sono collegati internamente e portati a pin comuni (Pin 1 e Pin 6). Il catodo di ogni segmento è portato a un pin individuale. Per illuminare un segmento, il suo corrispondente pin catodo deve essere portato a un livello logico basso (massa) mentre il pin anodo comune è mantenuto a una tensione positiva (attraverso una resistenza di limitazione della corrente).

Tabella di Connessione dei Pin:

1: Anodo Comune

2: Catodo F

3: Catodo G

4: Catodo E

5: Catodo D

6: Anodo Comune

7: Catodo D.P. (Punto Decimale)

8: Catodo C

9: Catodo B

10: Catodo A

Lo schema circuitale interno mostra l'interconnessione elettrica dei 7 segmenti (A, B, C, D, E, F, G) e del punto decimale (DP) con i due nodi anodo comune.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il rispetto delle specifiche di saldatura è fondamentale per prevenire danni.

• Saldatura a Rifusione:La temperatura massima consentita per la saldatura è di 260°C. Il componente non dovrebbe essere esposto a questa temperatura di picco per più di 3 secondi. La temperatura è misurata in un punto a 1.6mm sotto il corpo del componente (il piano di appoggio sul PCB).
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a temperatura controllata e il tempo di contatto con ogni pin dovrebbe essere minimizzato per prevenire un eccessivo trasferimento di calore al chip LED.
• Condizioni di Conservazione:I dispositivi dovrebbero essere conservati nell'intervallo di temperatura di conservazione specificato da -35°C a +85°C in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare \"popcorning\" durante la rifusione.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Strumentazione di Test e Misura:Multimetri digitali, oscilloscopi, alimentatori.
• Elettronica di Consumo:Amplificatori audio, sveglie radio, elettrodomestici da cucina.
• Controlli Industriali:Quadri di misura, indicatori di processo, display per timer.
• Aftermarket Automobilistico:Manometri e moduli display (considerare i requisiti di temperatura estesa).

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Una resistenza in serie è obbligatoria per ogni connessione anodo comune per limitare la corrente attraverso i segmenti. Il valore della resistenza (R) è calcolato utilizzando: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare il valore massimo di V_Fdalla scheda tecnica per un progetto sicuro.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, viene utilizzata una tecnica di multiplexing in cui le cifre sono illuminate una alla volta rapidamente. La corrente di picco per segmento può essere più alta (fino al valore nominale pulsato di 90mA) per compensare il ridotto ciclo di lavoro, ottenendo una luminosità percepita più elevata.
• Circuiti di Pilotaggio:Utilizzare circuiti integrati driver LED dedicati o pin GPIO di microcontrollori con sufficiente capacità di sink/source di corrente. Per anodo comune, il driver deve assorbire corrente (collegarsi a massa).
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è vantaggioso, ma considerare l'orientamento finale di montaggio rispetto all'utente.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTS-3861JR si differenzia principalmente attraverso l'uso della tecnologiaAlInGaPrispetto ai più vecchi LED GaAsP o GaP standard. I vantaggi chiave includono:

• Maggiore Efficienza e Luminosità:I LED AlInGaP forniscono un'intensità luminosa significativamente più alta per la stessa corrente di pilotaggio.
• Migliore Saturazione del Colore:Il colore \"rosso super\" è più vibrante e puro rispetto ai LED rossi standard.
• Migliore Stabilità Termica:L'AlInGaP generalmente mostra meno variazione in lunghezza d'onda e intensità con i cambiamenti di temperatura rispetto ad alcune tecnologie più vecchie.
• L'altezza della cifra di 0.3 pollici offre un equilibrio tra leggibilità e spazio su scheda, posizionandosi tra display più piccoli da 0.2 pollici e quelli più grandi da 0.5 o 0.56 pollici.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Qual è la differenza tra \"lunghezza d'onda di picco\" e \"lunghezza d'onda dominante\"?

R1: La lunghezza d'onda di picco è dove la potenza ottica in uscita è fisicamente più alta. La lunghezza d'onda dominante è la singola lunghezza d'onda che produrrebbe la stessa percezione di colore per l'occhio umano. Per i LED, sono spesso vicine ma non identiche a causa della forma dello spettro di emissione.

D2: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?

R2: No. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente. Collegarlo direttamente supererebbe probabilmente la corrente continua massima (25mA) e distruggerebbe il LED. Calcolare il valore della resistenza in base alla tensione di alimentazione (es. 5V), alla tensione diretta del LED (~2.6V max) e alla corrente operativa desiderata (es. 10-20mA).

D3: Perché ci sono due pin anodo comune (Pin 1 e Pin 6)?

R3: Questo è un design comune per simmetria meccanica ed elettrica. Aiuta a distribuire la corrente in modo più uniforme e fornisce flessibilità nel routing del PCB. Internamente, sono collegati. È possibile utilizzarne uno solo o collegarli entrambi all'alimentazione positiva.

D4: Come calcolo la dissipazione di potenza per il progetto termico?

R4: Per un singolo segmento: P_d= V_F* I_F. Ad esempio, a I_F=20mA e V_F=2.5V, P_d= 50mW, che è inferiore al massimo di 70mW. In un display multiplexato con più segmenti accesi, calcolare per lo scenario peggiore (es. cifra \"8\" con tutti e 7 i segmenti accesi).

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Display Voltmetrico a 4 Cifre.

Un progettista sta creando un modulo voltmetro compatto. Seleziona quattro display LTS-3861JR. Per risparmiare pin I/O sul microcontrollore, collega i display in una configurazione multiplexata: tutti i catodi di segmento corrispondenti (A, B, C,...) sono collegati insieme attraverso le quattro cifre. L'anodo comune di ogni cifra è controllato da un interruttore a transistor separato. Il microcontrollore cicla accendendo un anodo di cifra alla volta mentre invia il pattern di segmenti per quella cifra. Per mantenere la luminosità con un ciclo di lavoro di 1/4, la corrente del segmento durante il suo tempo attivo viene aumentata, ma mantenuta entro il valore nominale di corrente pulsata. Le resistenze di limitazione della corrente sono posizionate sulle linee anodo comune (prima dei transistor). La tecnologia AlInGaP garantisce che il display rimanga chiaramente leggibile anche in condizioni di luce ambientale moderatamente luminosa.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

Un LED (Diodo Emettitore di Luce) è un diodo a semiconduttore. Quando polarizzato direttamente, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune dalla regione di tipo p nello strato attivo. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce è determinata dall'energia della banda proibita del materiale semiconduttore. L'AlInGaP è un semiconduttore composto la cui banda proibita può essere regolata modificando i rapporti di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo per produrre luce nello spettro del rosso, arancione e ambra. La designazione \"rosso super\" indica un punto di colore rosso specifico e ad alta purezza. Il substrato non trasparente di GaAs assorbe la luce dispersa, migliorando il contrasto impedendole di riflettersi attraverso il chip e diluire lo stato scuro (spento) dei segmenti.

12. Tendenze ed Evoluzione Tecnologica

Sebbene display discreti a 7 segmenti come il LTS-3861JR rimangano rilevanti per applicazioni specifiche, tendenze più ampie nella tecnologia dei display includono:

• Integrazione:Spostamento verso moduli multi-cifra con circuiti integrati driver integrati, semplificando l'interfaccia per i microcontrollori (es. comunicazione SPI o I2C).
• Progressi nei Materiali:La ricerca continua su materiali come GaN (per blu/verde/bianco) e miglioramenti in AlInGaP e InGaN (per il rosso) continua a spingere più in alto l'efficienza (lumen per watt) e l'affidabilità.
• Tecnologie Alternative:In molte applicazioni consumer, display OLED a matrice di punti o LCD stanno sostituendo i LED segmentati a causa della loro flessibilità nel visualizzare grafica e testo. Tuttavia, i LED segmentati mantengono forti vantaggi nelle applicazioni che richiedono luminosità molto elevata, ampi angoli di visione, estrema semplicità e basso costo per display puramente numerici.
• Miniaturizzazione:C'è una costante spinta verso pixel pitch più piccoli e densità più elevate, sebbene la dimensione di 0.3 pollici rimanga uno standard per molti quadri strumenti a causa dei requisiti di leggibilità.