Scheda Tecnica Display LED LTC-4724JS - Altezza Cifra 0,4 Pollici - LED Giallo AlInGaP - Tensione Diretta 2,6V - Dissipazione 40mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTC-4724JS è un modulo display compatto e ad alte prestazioni a tre cifre e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono una chiara lettura numerica. La sua funzione principale è rappresentare visivamente tre cifre (0-9) e i relativi punti decimali utilizzando segmenti LED individuali. Il dispositivo è progettato per l'integrazione in vari sistemi elettronici dove l'efficienza spaziale, la leggibilità e l'affidabilità sono considerazioni chiave.

La tecnologia di base utilizza il materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) per i chip LED. Questo sistema di materiali è noto per la sua alta efficienza e le eccellenti prestazioni nella regione spettrale dal giallo al rosso. I chip sono realizzati su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs), che aiuta a dirigere l'emissione luminosa in avanti, migliorando luminosità e contrasto. Il display presenta un frontale grigio con marcature dei segmenti bianche, fornendo uno sfondo ad alto contrasto che migliora la leggibilità dei caratteri in varie condizioni di illuminazione.

Il display utilizza una configurazione a catodo comune multiplexata. Questo design riduce significativamente il numero di piedini di pilotaggio richiesti rispetto a un metodo di pilotaggio statico. Invece di richiedere un piedino dedicato per ogni segmento di ogni cifra, i catodi di ciascuna cifra sono collegati insieme e controllati sequenzialmente (multiplexati), mentre gli anodi per ogni tipo di segmento (A-G, DP) sono condivisi tra tutte le cifre. Ciò lo rende altamente efficiente per sistemi basati su microcontrollore con un numero limitato di pin I/O.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità del display. I parametri chiave sono misurati in condizioni di test standardizzate, tipicamente a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Questo parametro definisce la luminosità percepita di un segmento. Con una corrente di test (I_F) di 1mA, il valore tipico è 650 µcd (microcandele), con un valore minimo garantito di 200 µcd. L'ampio intervallo indica un processo di categorizzazione o binning per l'intensità, comune nella produzione di LED per garantire livelli minimi di prestazione.
• Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λ_p):Misurata a I_F=20mA, la lunghezza d'onda di picco tipica è 588 nanometri (nm). Ciò colloca l'emissione saldamente nella regione gialla dello spettro visibile.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Questa è di 587 nm, molto vicina alla lunghezza d'onda di picco. La lunghezza d'onda dominante è la singola lunghezza d'onda che meglio rappresenta il colore percepito della luce ed è cruciale per applicazioni critiche per il colore.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):A 15 nm (tipico), questo parametro indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa. Una larghezza a mezza altezza relativamente stretta, come in questo caso, è caratteristica dei LED AlInGaP e contribuisce a un colore giallo saturo e puro.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):Questo rapporto, specificato come massimo 2:1, definisce la variazione ammissibile di luminosità tra segmenti diversi all'interno dello stesso display. Un rapporto 2:1 significa che il segmento più luminoso non deve essere più del doppio più luminoso del segmento più debole in condizioni di pilotaggio identiche, garantendo un aspetto uniforme.

Tutte le misurazioni dell'intensità luminosa vengono eseguite utilizzando una combinazione di sensore di luce e filtro calibrata per approssimare la curva di risposta fotopica standard dell'occhio CIE (Commission Internationale de l'Eclairage), garantendo che le misurazioni corrispondano alla percezione visiva umana.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Valori Massimi Assoluti

Il rispetto di questi limiti è fondamentale per la longevità del dispositivo e per prevenire guasti catastrofici.

• Corrente Diretta Continua per Segmento:La massima corrente continua CC consentita attraverso qualsiasi singolo segmento LED è 25 mA a 25°C. Oltre questa temperatura, la specifica deve essere ridotta linearmente a un tasso di 0,33 mA per ogni grado Celsius di aumento della temperatura ambiente.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:Per il funzionamento in impulsi, è consentita una corrente più elevata. Con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0,1 ms, la corrente di picco può raggiungere 60 mA. Ciò è utile negli schemi di multiplexing dove è necessaria una luminosità istantanea più elevata durante il breve tempo di accensione.
• Dissipazione di Potenza per Segmento:La massima potenza che può essere dissipata come calore da un singolo segmento è 40 mW. Questo è calcolato come Tensione Diretta (V_F) moltiplicata per la Corrente Diretta (I_F). Superare questo limite rischia di surriscaldare la giunzione del semiconduttore.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):A una corrente di pilotaggio di 20 mA, la caduta di tensione diretta tipica su un segmento LED è 2,6V, con un minimo di 2,05V. Questo parametro è vitale per progettare il circuito limitatore di corrente nel driver.
• Tensione Inversa per Segmento:La massima tensione di polarizzazione inversa che può essere applicata a un segmento LED è 5V. Superare questo valore può causare danni immediati e irreversibili al LED a causa della rottura della giunzione.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):Con una polarizzazione inversa di 5V applicata, la corrente di dispersione è tipicamente di 100 µA o meno.

2.3 Specifiche Termiche e Ambientali

• Intervallo di Temperatura Operativa:Il dispositivo è specificato per funzionare correttamente entro un intervallo di temperatura ambiente da -35°C a +85°C. Le prestazioni al di fuori di questo intervallo non sono garantite.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:Il dispositivo può essere stoccato senza funzionamento nello stesso intervallo da -35°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura:Durante l'assemblaggio, il dispositivo può resistere a una temperatura massima di saldatura di 260°C per una durata massima di 3 secondi, misurata 1,6 mm sotto il piano di appoggio del package. Ciò è critico per i processi di saldatura a onda o rifusione.

3. Sistema di Binning e Categorizzazione

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è \"Categorizzato per Intensità Luminosa\". Ciò implica un processo di smistamento post-produzione (binning). Sebbene codici bin specifici non siano forniti in questo estratto, la tipica categorizzazione per tali display prevede il raggruppamento delle unità in base all'intensità luminosa misurata a una corrente di test standard. Ciò garantisce che i clienti ricevano display con livelli di luminosità minima coerenti. I valori specificati minimo (200 µcd) e tipico (650 µcd) per I_Vdefiniscono i confini di questa categorizzazione. I progettisti devono essere consapevoli che la luminosità può variare tra le unità entro il rapporto di corrispondenza specificato 2:1 e tra i diversi bin di intensità, il che può influenzare la calibrazione del sistema per una luminosità uniforme su più display.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento alle \"Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche\" essenziali per un lavoro di progettazione dettagliato. Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, basandosi sulle caratteristiche standard dei LED, queste curve includerebbero tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Questa curva non lineare mostra la relazione tra la tensione applicata al LED e la corrente risultante. È cruciale per progettare driver a corrente costante, poiché una piccola variazione di tensione può causare una grande variazione di corrente (e quindi di luminosità). Il ginocchio della curva, intorno al tipico V_Fdi 2,6V a 20mA, è la regione operativa normale.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I-L):Questo grafico mostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente di pilotaggio. È generalmente lineare in un intervallo ma satura a correnti molto elevate a causa dell'abbassamento termico e dell'efficienza. Il punto di test a 1mA per I_Ve il punto a 20mA per altri parametri forniscono due riferimenti chiave su questa curva.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:L'emissione luminosa dei LED tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva è vitale per applicazioni che operano in un ampio intervallo di temperature per garantire che la leggibilità sia mantenuta ad alte temperature.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~588 nm e la stretta larghezza a mezza altezza di 15 nm, confermando l'emissione di colore giallo puro.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Fisiche e Tolleranze

Il disegno del package fornisce dati meccanici critici per il layout del PCB e il design dell'alloggiamento. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri. La tolleranza generale per le dimensioni non specificate è ±0,25 mm (equivalente a ±0,01 pollici). I progettisti devono incorporare queste tolleranze nei loro disegni meccanici per garantire un corretto montaggio. Il disegno dettaglierebbe la lunghezza, larghezza e altezza complessiva del modulo display, la spaziatura tra le cifre, la dimensione dei segmenti e la posizione e il diametro dei piedini di montaggio.

5.2 Configurazione dei Piedini e Schema di Collegamento

La tabella di collegamento dei piedini è la mappa di interfaccia tra il circuito interno e il mondo esterno. Il LTC-4724JS utilizza una disposizione a 15 piedini (con diversi piedini contrassegnati come \"Nessun Collegamento\" o \"Nessun Piede\").

• Catodi Comuni:I piedini 1, 5, 7 e 14 sono collegamenti catodici. Il piedino 1 è per la Cifra 1, il piedino 5 per la Cifra 2, il piedino 7 per la Cifra 3 e il piedino 14 è un catodo comune per i punti decimali di sinistra (L1, L2, L3). Questa struttura abilita lo schema di multiplexing.
• Anodi dei Segmenti:I piedini rimanenti (2, 3, 4, 6, 8, 11, 12, 15) sono anodi per segmenti specifici: A, B, C, D, E, F, G e DP (punto decimale). I segmenti C e G sono condivisi rispettivamente con i punti decimali sinistri L3 e generale, come indicato nello schema del circuito interno.

Lo schema del circuito interno rappresenta visivamente questa architettura multiplexata, mostrando come i tre catodi delle cifre e gli anodi dei segmenti condivisi siano interconnessi. Comprendere questo diagramma è essenziale per sviluppare la corretta temporizzazione software e il circuito di pilotaggio hardware.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il valore massimo assoluto per la temperatura di saldatura (260°C per 3 secondi a 1,6 mm sotto il piano di appoggio) fornisce una chiara guida per il processo di assemblaggio. Questa specifica è compatibile con i profili standard di saldatura a rifusione senza piombo (che spesso hanno una temperatura di picco intorno a 245-250°C). Per la saldatura a onda, il tempo di esposizione dei piedini alla lega di saldatura fusa deve essere controllato per rimanere entro questo limite. Si raccomanda di seguire le linee guida IPC standard per la saldatura di componenti a foro passante. È consigliato il preriscaldamento per minimizzare lo shock termico. Dopo la saldatura, il display dovrebbe essere lasciato raffreddare gradualmente. Dovrebbero essere sempre seguite le corrette procedure di gestione ESD (scarica elettrostatica) durante l'assemblaggio per prevenire danni alle sensibili giunzioni LED.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Il LTC-4724JS è ben adatto a una varietà di applicazioni che richiedono un display numerico compatto, luminoso e affidabile. Usi comuni includono:

• Strumentazione di Test e Misura:Multimetri digitali, frequenzimetri, alimentatori, dove una risoluzione a 3 cifre è sufficiente (es. per mostrare 0-999).
• Controlli Industriali e Strumentazione:Pannelli indicatori per temperatura, pressione, velocità o conteggi.
• Elettronica di Consumo:Apparecchiature audio (display del volume dell'amplificatore), elettrodomestici da cucina (timer, indicatori di temperatura).
• Aftermarket Automobilistico:Quadranti e display per tensione, RPM o temperatura.

7.2 Considerazioni di Progettazione Critiche

• Circuito di Pilotaggio:È richiesto un circuito driver di multiplexing. Ciò comporta tipicamente un microcontrollore o un IC driver dedicato che possa assorbire corrente attraverso i catodi delle cifre (solitamente tramite transistor) e fornire corrente agli anodi dei segmenti. Resistenze limitatrici di corrente sono obbligatorie per ogni anodo di segmento (o possibilmente condivise se si utilizza un driver a corrente costante) per impostare I_Fa un valore sicuro, tipicamente tra 10-20 mA per un equilibrio tra luminosità e longevità.
• Frequenza di Multiplexing:La frequenza di aggiornamento deve essere abbastanza alta da evitare sfarfallio visibile, tipicamente superiore a 60 Hz. Con tre cifre, ogni cifra è illuminata per circa 1/3 del ciclo. La corrente di picco può essere impostata più alta (fino al valore nominale in impulso di 60mA) per compensare il ridotto ciclo di lavoro e mantenere la luminosità media.
• Alimentazione:Il requisito di tensione diretta (~2,6V) significa che l'alimentazione del sistema deve fornire una tensione superiore a questa per consentire la caduta di tensione sulla resistenza limitatrice e sul circuito driver. Un'alimentazione a 5V è comune e conveniente.
• Angolo di Visione e Contrasto:La scheda tecnica dichiara un \"ampio angolo di visione\" e un \"alto contrasto\". Il frontale grigio/i segmenti bianchi migliorano il contrasto. Per una visione ottimale, il display dovrebbe essere montato perpendicolare alla direzione di visione primaria. In condizioni di elevata luce ambientale, l'alta luminosità (650 µcd tip.) è vantaggiosa.
• Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza per segmento sia bassa, il calore cumulativo di più segmenti accesi simultaneamente, specialmente a correnti più elevate, dovrebbe essere considerato. Si raccomanda un'adeguata ventilazione nell'alloggiamento, in particolare se si opera vicino al limite superiore di temperatura.

8. Confronto e Differenziazione Tecnologica

I fattori chiave di differenziazione del LTC-4724JS risiedono nella sua tecnologia dei materiali e nel package. Rispetto a tecnologie più vecchie come i LED standard GaP o GaAsP, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio. Il colore giallo prodotto è anche più saturo e puro. Rispetto alle alternative contemporanee, la sua altezza cifra di 0,4 pollici offre un equilibrio specifico tra dimensioni e leggibilità. Il design a catodo comune multiplexato è uno standard per i display multi-cifra, ma il piedinato specifico e il circuito interno (incluso il catodo comune per i decimali sinistri) sono unici per questo numero di parte e devono essere corrisposti dal software del driver. La categorizzazione per intensità luminosa fornisce un livello di controllo qualità che potrebbe non essere presente in tutti i display.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

• D: Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 3,3V?R: Possibilmente, ma è necessario un design attento. Il tipico V_Fè 2,6V. Dopo aver considerato una piccola caduta di tensione nel transistor driver e in una resistenza limitatrice, il margine da un'alimentazione a 3,3V potrebbe essere molto stretto o insufficiente, specialmente considerando la variazione di V_F. Un'alimentazione a 5V è più affidabile. Potresti aver bisogno di un level-shifter o di un IC driver alimentato da un rail separato a 5V.
• D: Perché la corrente di picco (60mA) è più alta della corrente continua (25mA)?R: I LED possono gestire correnti istantanee più elevate se il ciclo di lavoro è basso, poiché la dissipazione di potenza media e la temperatura di giunzione rimangono entro limiti sicuri. Ciò è sfruttato nel multiplexing per ottenere una luminosità percepita più elevata.
• D: Qual è lo scopo dei piedini \"Nessun Collegamento\"?R: Sono probabilmente segnaposto meccanici per adattarsi a un footprint standard DIP (Dual In-line Package) a 15 piedini. Forniscono stabilità fisica durante la saldatura ma non hanno funzione elettrica. Non collegarli a nessun circuito.
• D: Come calcolo il valore della resistenza limitatrice di corrente?R: Usa la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F- V_{caduta_driver}) / I_F. Per un'alimentazione a 5V, un V_Fdi 2,6V, una caduta del driver di 0,2V e una I_Fdesiderata di 15mA: R = (5 - 2,6 - 0,2) / 0,015 = 146,7 Ω. Una resistenza standard da 150 Ω sarebbe appropriata. Verifica sempre la dissipazione di potenza nella resistenza: P = I²* R.

10. Esempio Pratico di Progettazione e Utilizzo

Considera la progettazione di un semplice voltmetro a 3 cifre utilizzando un microcontrollore. L'ADC del microcontrollore legge una tensione, la converte in un numero tra 0 e 999 e deve visualizzarlo.

1. Interfaccia Hardware:Tre pin I/O del microcontrollore sono configurati come uscite per controllare transistor NPN (o un array di transistor) che assorbono corrente dai tre piedini catodo delle cifre (1,5,7). Altri otto pin I/O (o un registro a scorrimento per risparmiare pin) sono configurati come uscite per fornire corrente agli otto piedini anodo dei segmenti (A,B,C,D,E,F,G,DP) attraverso singole resistenze limitatrici da 150Ω.
2. Routine Software:Il ciclo principale implementa il multiplexing. Disabilita tutti i catodi delle cifre. Quindi imposta il pattern dei segmenti sui pin anodo per la Cifra 1 (es. per mostrare \"5\"). Quindi abilita (fornisce un percorso a massa tramite il transistor) il catodo per la Cifra 1. Attende per un breve tempo (es. 2-3 ms). Quindi disabilita la Cifra 1, imposta il pattern dei segmenti per la Cifra 2, abilita il catodo della Cifra 2, attende e ripete per la Cifra 3. Questo ciclo si ripete continuamente. La corrente di picco per segmento può essere impostata a ~20mA. Con un ciclo di lavoro di 1/3, la corrente media è ~6,7mA, ben entro il valore nominale continuo.
3. Risultato:Grazie alla persistenza della visione, tutte e tre le cifre appaiono accese simultaneamente e stabilmente, visualizzando la tensione misurata.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTC-4724JS si basa sulla tecnologia di illuminazione a stato solido utilizzando semiconduttori AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Quando viene applicata una tensione diretta che supera la tensione di bandgap del diodo, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva della struttura del semiconduttore. Essi si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap, che direttamente detta la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, giallo (~587-588 nm). Il substrato non trasparente di GaAs assorbe qualsiasi luce emessa all'indietro, migliorando l'efficienza complessiva riducendo le riflessioni interne che non contribuiscono all'emissione luminosa utile in avanti. Il formato a sette segmenti è un metodo standardizzato per formare caratteri numerici illuminando selettivamente sette segmenti LED indipendenti a forma di barra (etichettati da A a G).

12. Tendenze e Contesto Tecnologico

Sebbene questo specifico componente utilizzi la matura tecnologia AlInGaP, il panorama più ampio dei display LED continua a evolversi. Le tendenze includono l'adozione di materiali ancora più efficienti come l'InGaN per blu/verde/bianco, lo sviluppo di package chip-on-board (COB) e a montaggio superficiale (SMD) per una maggiore densità e ingombri ridotti, e l'integrazione di driver e controller direttamente nel modulo display (display intelligenti). Tuttavia, per applicazioni specifiche che richiedono un colore giallo puro ed efficiente in un package standard a foro passante, display basati su AlInGaP come il LTC-4724JS rimangono una soluzione affidabile e conveniente. La loro semplicità, robustezza e facilità di interfacciamento con microcontrollori di base ne assicurano la continua rilevanza in molti design industriali e consumer dove display grafici personalizzati non sono necessari.