Scheda Tecnica LTS-3403JF - Display LED a 7 Segmenti Giallo-Arancio da 0.8 Pollici - Altezza Cifra 20.32mm - Tensione Diretta 2.6V - Potenza 70mW

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-3403JF è un modulo display alfanumerico a una cifra e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono letture numeriche nitide e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente numeri (0-9) e alcune lettere utilizzando segmenti LED indirizzabili singolarmente. La tecnologia di base utilizza il materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), appositamente progettato per emettere luce nello spettro giallo-arancio. Questa scelta del materiale offre un buon equilibrio tra efficienza, luminosità e purezza del colore. Il dispositivo è classificato come tipo a catodo comune, il che significa che tutti i catodi (terminali negativi) dei segmenti LED sono collegati internamente, semplificando la progettazione del circuito per sistemi basati su microcontrollore, dove i segmenti sono tipicamente pilotati fornendo corrente.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità del display. L'Intensità Luminosa Media (Iv)è specificata tra 320 e 700 microcandele (μcd) con una corrente diretta (I_F) di 1mA. Questo intervallo indica un processo di binning di produzione, in cui i dispositivi vengono smistati in base all'emissione misurata. LaLunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λ_p)è di 611 nanometri (nm), e laLunghezza d'Onda Dominante (λ_d)è di 605 nm, entrambe misurate a I_F=20mA. La lunghezza d'onda dominante è il colore percepito dall'occhio umano. LaLarghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ)di 17 nm descrive la purezza del colore emesso; una larghezza più stretta indica un colore più monocromatico e puro. IlRapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosadi 2:1 (max) garantisce uniformità visiva limitando la variazione di luminosità tra i diversi segmenti della stessa cifra.

2.2 Caratteristiche Elettriche

I parametri elettrici definiscono i limiti operativi e i requisiti di potenza. LaTensione Diretta per Segmento (V_F)è tipicamente 2.6V con un massimo di 2.6V a I_F=20mA. Questo valore è cruciale per progettare le resistenze di limitazione di corrente nel circuito di pilotaggio. LaCorrente Inversa per Segmento (I_R)è un massimo di 100 μA con una Tensione Inversa (V_R) di 5V, indicando le caratteristiche di dispersione del dispositivo quando polarizzato inversamente, generalmente trascurabili in funzionamento normale.

2.3 Valori Massimi Assoluti e Considerazioni Termiche

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente. LaCorrente Diretta Continua per Segmentoè di 25 mA a 25°C, con un fattore di derating di 0.33 mA/°C. Ciò significa che la corrente massima sicura diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente (T_a) sopra i 25°C. Ad esempio, a 85°C, la corrente massima sarebbe circa 25 mA - (0.33 mA/°C * 60°C) = 5.2 mA. LaDissipazione di Potenza per Segmentoè di 70 mW, calcolata come V_F* I_F. LaCorrente Diretta di Piccoper funzionamento impulsivo (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) è di 90 mA, consentendo una sovrappilottazione breve per ottenere una luminosità di picco più elevata. L'intervallo di temperatura di funzionamento e conservazione è -35°C a +85°C.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è"Categorizzato per Intensità Luminosa."Ciò si riferisce a un processo di smistamento post-produzione (binning) basato sulla misura dell'emissione luminosa. Le unità vengono testate in condizioni standard (I_F=1mA) e raggruppate in bin in base al loro valore di Iv (es. 320-450 μcd, 450-580 μcd, 580-700 μcd). Questo garantisce coerenza all'interno di un lotto di produzione. Sebbene non sia dettagliato esplicitamente per tensione o lunghezza d'onda in questo documento, tale categorizzazione è comune nella produzione di LED per fornire prestazioni prevedibili ai progettisti.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene le curve specifiche non siano dettagliate nel testo fornito, le tipiche curve di prestazione per un tale dispositivo includerebbero:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione esponenziale tra tensione diretta e corrente. La tensione di ginocchio (dove la corrente inizia a salire bruscamente) è tipicamente intorno a 1.8-2.0V per i LED AlInGaP.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (I_vvs. I_F):Questa curva è generalmente lineare a correnti più basse ma può saturarsi a correnti più elevate a causa dello svenimento termico e di efficienza.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_vvs. T_a):Mostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura di giunzione. I LED AlInGaP hanno tipicamente prestazioni migliori ad alte temperature rispetto ad alcuni altri materiali.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che traccia l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, mostrando il picco a 611 nm e la larghezza a mezza altezza di 17 nm.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo presenta un'altezza cifra standard di 0.8 pollici (20.32 mm). Il package ha unafaccia grigio chiaroe uncolore dei segmenti biancoquando spento, il che migliora il contrasto quando i segmenti giallo-arancio sono illuminati. Il disegno dimensionale (riferito nel PDF) fornisce le misure critiche per la progettazione dell'impronta PCB e dei tagli del pannello. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa specifica. Il package dual-in-line a 18 piedini è un'impronta comune per tali display.

6. Collegamento dei Piedini e Circuito Interno

Il piedinamento è definito per un package a 18 piedini. I collegamenti chiave sono: Anodi per i segmenti A, F, E, L.D.P. (Punto Decimale Sinistro), R.D.P. (Punto Decimale Destro) e D. Catodi per i segmenti C, G e B. Ci sono più piedini di Catodo Comune (piedini 4, 6, 17) collegati internamente, offrendo flessibilità per il layout PCB. Il piedino 12 è elencato come "ANODO COMUNE", il che sembra essere un errore o specifico per una variante diversa, poiché il dispositivo è descritto come tipo a catodo comune. Lo schema del circuito interno mostra la configurazione standard a catodo comune per un display a sette segmenti più due punti decimali.

7. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La scheda tecnica specifica una temperatura massima di saldatura di260°C per un massimo di 3 secondi, misurata a 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio. Questa è una tipica linea guida per rifusione o saldatura manuale intesa a prevenire danni termici ai chip LED, ai fili di connessione e al package plastico. È fondamentale rispettare questo profilo per mantenere l'affidabilità. Durante la manipolazione devono essere osservate le normali precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica).

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Strumentazione di Test e Misura:Multimetri digitali, alimentatori, frequenzimetri.
• Elettronica di Consumo:Apparecchiature audio (amplificatori, ricevitori), elettrodomestici da cucina, orologi.
• Controlli Industriali:Quadri di misura, indicatori di processo, display per timer.
• Aftermarket Automobilistico:Manometri e indicatori (dove le specifiche ambientali sono adatte).

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Resistenze esterne sono obbligatorie per ogni anodo di segmento (o per il catodo comune) per impostare la corrente operativa. Calcolare usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, il multiplexing è comune. Il basso requisito di corrente dell'LTS-3403JF (fino a 1mA per segmento) è vantaggioso qui, poiché consente correnti di picco più elevate durante il breve tempo di "accensione" multiplexato per ottenere la luminosità media desiderata senza superare i limiti di potenza media.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è vantaggioso per pannelli in cui l'utente potrebbe non essere direttamente di fronte al display.
• Pilotaggio con Microcontrollore:La maggior parte dei microcontrollori moderni può fornire/assorbire corrente sufficiente (20mA per piedino è comune) per pilotare questi LED direttamente, spesso richiedendo semplici buffer a transistor per il catodo comune a causa della corrente totale più elevata.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione dell'LTS-3403JF nella sua categoria sono:

• Materiale (AlInGaP):Offre maggiore efficienza e migliore stabilità termica rispetto ai vecchi LED rossi/gialli GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), e un colore distinto rispetto ai LED blu/verdi/bianchi InGaN (Nitruro di Gallio Indio).
• Funzionamento a Corrente Molto Bassa:La specifica di funzionamento fino a 1mA per segmento è una caratteristica significativa per progetti alimentati a batteria o ultra-basso consumo, dove ogni milliampère conta.
• Package ad Alto Contrasto:La faccia grigio chiaro con segmenti bianchi fornisce un eccellente contrasto a display spento, migliorando la leggibilità in varie condizioni di illuminazione.
• Emissione Luminosa Categorizzata:Fornisce prevedibilità al progettista, garantendo un aspetto coerente tra le unità in un prodotto.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo display con un'alimentazione a 3.3V per microcontrollore?

R: Sì. Con una V_Ftipica di 2.6V, un'alimentazione a 3.3V fornisce un margine adeguato (0.7V) per una resistenza di limitazione di corrente. Con I_F=10mA, R = (3.3V - 2.6V) / 0.01A = 70 Ohm.

D: Qual è lo scopo di avere più piedini di catodo comune?

R: Sono collegati internamente. Fornire più piedini aiuta a distribuire la corrente totale del catodo (che può essere 7x I_Fo più quando tutti i segmenti sono accesi), riduce la densità di corrente per piedino e aiuta nel layout PCB e nella dissipazione del calore.

D: Come posso ottenere una luminosità uniforme se il rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa è 2:1?

R: Il rapporto 2:1 è un limite massimo tra il segmento più luminoso e quello più debole su un singolo dispositivo. In pratica, la variazione è solitamente minore. Per applicazioni critiche, utilizzare un driver a corrente costante o la PWM (Modulazione di Larghezza di Impulso) per calibrare digitalmente la luminosità di ciascun segmento.

D: Posso usarlo all'aperto?

R: L'intervallo di temperatura operativa (-35°C a +85°C) è ampio, ma la scheda tecnica non specifica un grado di protezione IP (Ingresso Protezione) contro acqua o polvere. Per uso esterno, il display richiederebbe una sigillatura o un alloggiamento aggiuntivo per proteggerlo dall'umidità.

11. Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di un display voltmetrico a 4 cifre utilizzando il multiplexing con un'alimentazione a 5V e un microcontrollore.

1. Selezione della Corrente:Scegliere I_F= 5mA per segmento per un buon equilibrio tra luminosità e potenza. La corrente di picco durante il multiplexing sarà più alta (es. 20mA se si utilizza un ciclo di lavoro del 25% per cifra).
2. Calcolo della Resistenza:Per pilotaggio statico: R = (5V - 2.6V) / 0.005A = 480 Ohm (utilizzare il valore standard 470 Ohm).
3. Pilotaggio in Multiplexing:Per ottenere una media di 5mA, la corrente di picco durante lo slot di tempo attivo deve essere di 20mA (5mA / 0.25 ciclo di lavoro). Ricalcolare la resistenza: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 Ohm. Verificare che questa corrente di picco rientri nei valori massimi assoluti per il funzionamento impulsivo (90mA).
4. Circuito:Collegare gli anodi dei segmenti ai pin I/O del microcontrollore tramite le resistenze da 120 ohm. Collegare i quattro piedini di catodo comune (uno per cifra) al collettore di transistor NPN (es. 2N3904). Le basi dei transistor sono pilotate dai pin del microcontrollore tramite resistenze di base. Il microcontrollore accende sequenzialmente il transistor di una cifra e imposta il pattern sulle linee dei segmenti.
5. Software:Implementare un interrupt di timer per aggiornare il display a una frequenza sufficientemente alta per evitare lo sfarfallio (tipicamente >60Hz).

12. Principio di Funzionamento

Il dispositivo funziona sul principio dellaelettroluminescenzain una giunzione p-n semiconduttrice. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la tensione di soglia del diodo (circa 1.8-2.0V per AlInGaP), gli elettroni dal materiale di tipo n e le lacune dal materiale di tipo p vengono iniettati nella regione attiva (i pozzi quantici nello strato di AlInGaP). Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, giallo-arancio. Il substrato di GaAs non trasparente aiuta a riflettere la luce verso l'alto, migliorando l'efficienza complessiva di estrazione della luce dalla parte superiore del chip.

13. Tendenze Tecnologiche

Sebbene i display LED a sette segmenti discreti rimangano rilevanti per applicazioni specifiche, le tendenze più ampie nella tecnologia dei display includono:

• Integrazione:Tendenza verso display con circuiti integrati driver integrati (I2C, SPI) per ridurre il numero di pin del microcontrollore e semplificare il software.
• Progressi nei Materiali:Ricerca continua su LED più efficienti a conversione di fosfori e semiconduttori a colore diretto per espandere la gamma di colori e l'efficienza.
• Tecnologie Alternative:In molte applicazioni consumer, i display a sette segmenti vengono sostituiti da moduli OLED a matrice di punti o LCD che offrono maggiore flessibilità (alfanumerici completi, grafica) in un'impronta simile, sebbene spesso a un costo e consumo energetico più elevati per la stessa luminosità.
• Cambiamento Applicativo:L'applicazione principale per dispositivi come l'LTS-3403JF è sempre più in ambito industriale, strumentale e in apparecchiature legacy dove semplicità, robustezza, alta luminosità e ampi angoli di visione sono prioritari rispetto alla capacità grafica.

L'LTS-3403JF rappresenta una soluzione matura e ottimizzata nella sua nicchia, offrendo prestazioni affidabili basate sulla ben consolidata tecnologia AlInGaP.