Scheda Tecnica Display LED LTC-2721JD - Altezza Cifra 0.28 Pollici - Rosso AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Potenza 70mW - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTC-2721JD è un display a sette segmenti a tre cifre, compatto e ad alte prestazioni, progettato per visualizzazioni numeriche nitide in apparecchiature elettroniche. Presenta un'altezza cifra di 0.28 pollici (7.0 mm), offrendo un eccellente equilibrio tra dimensioni e leggibilità. Il dispositivo utilizza l'avanzata tecnologia di chip LED AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), in particolare una variante Rosso ad Alta Efficienza realizzata su substrato GaAs non trasparente. Questa scelta tecnologica è fondamentale per le sue prestazioni, offrendo luminosità ed efficienza superiori rispetto ai materiali LED più datati. Il display ha una facciata grigia caratteristica con segmenti bianchi, che migliora il contrasto e l'aspetto dei caratteri, rendendo i numeri facili da leggere in varie condizioni di illuminazione. I suoi mercati target principali includono elettronica di consumo, pannelli di controllo industriali, strumentazione, apparecchiature di test e elettrodomestici da ufficio dove è richiesta un'indicazione numerica affidabile e a basso consumo.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Dimensioni Ottimali:L'altezza cifra di 0.28 pollici offre una visualizzazione chiara senza occupare spazio eccessivo sul pannello.
• Prestazioni Ottiche Superiori:Segmenti uniformi e continui garantiscono un'illuminazione omogenea. La combinazione di alta luminosità, alto contrasto e ampio angolo di visione assicura la leggibilità da molteplici prospettive.
• Efficienza Energetica:Basso fabbisogno di potenza, grazie all'efficiente tecnologia AlInGaP.
• Affidabilità Migliorata:La costruzione a stato solido garantisce una lunga vita operativa e resistenza a urti e vibrazioni.
• Garanzia di Qualità:I dispositivi sono categorizzati per intensità luminosa, assicurando livelli di luminosità uniformi tra i lotti di produzione.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è fornito in un package senza piombo conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

1.2 Identificazione del Dispositivo

Il numero di parte LTC-2721JD denota specificamente un display a catodo comune multiplexato che utilizza LED rossi ad alta efficienza AlInGaP, con punto decimale a destra. Questa configurazione è standard per pilotare più cifre con un numero ridotto di pin I/O del microcontrollore.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri critici che definiscono le prestazioni e i limiti operativi del display.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi sono limiti di stress che non devono essere superati in nessuna condizione, nemmeno momentaneamente. L'operazione a o oltre questi limiti può causare danni permanenti.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che un singolo segmento può dissipare in sicurezza sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA. È consentita solo in condizioni pulsate (duty cycle 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per il multiplexing.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente viene deratata linearmente a 0.33 mA/°C man mano che la temperatura ambiente (Ta) aumenta sopra i 25°C. Ad esempio, a 85°C, la corrente continua massima sarebbe approssimativamente: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 mA.
• Intervallo di Temperatura:L'intervallo di temperatura di funzionamento e di stoccaggio è -35°C a +85°C.
• Condizioni di Saldatura:La saldatura a onda o manuale deve essere eseguita a 1/16 di pollice (≈1.59 mm) sotto il piano di appoggio. La temperatura di saldatura massima consigliata è di 260°C per 5 secondi o 350°C ±30°C per la saldatura manuale entro 5 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C e corrente diretta specificata (IF).

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da 200 a 600 μcd (microcandele) a IF=1mA. Il display è suddiviso in bin per intensità, il che significa che i componenti vengono ordinati in gruppi in base all'output misurato per garantire uniformità.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):Tipicamente 2.6V, con un massimo di 2.6V a IF=20mA. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire tensione sufficiente.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):656 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):640 nm. Questa è l'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che definisce il colore (rosso).
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):22 nm. Questo indica la purezza spettrale della luce rossa emessa.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):Massimo 100 μA a V_R=5V.Nota Critica:Questo parametro è solo per scopi di test. Il dispositivo non è progettato per funzionamento continuo in polarizzazione inversa, e tale condizione deve essere prevenuta dal circuito di pilotaggio.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa:Massimo 2:1 per segmenti all'interno di un'area luminosa simile. Ciò garantisce una luminosità uniforme su tutti i segmenti di una cifra.
• Cross Talk (Diafonia):Specificato come ≤2.5%. Si riferisce all'illuminazione non intenzionale di un segmento quando un segmento adiacente è pilotato, che dovrebbe essere minima.

3. Informazioni Meccaniche e sul Package

3.1 Dimensioni e Tolleranze del Package

Il display è conforme a un'impronta standard dual in-line package (DIP). Le note dimensionali chiave includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (mm).
• La tolleranza generale è ±0.20 mm salvo diversa specifica.
• La tolleranza di spostamento della punta del pin è ±0.4 mm.
• I limiti di controllo qualità sono definiti per materiale estraneo (≤10 mils), contaminazione da inchiostro (≤20 mils), piegatura (≤1% della lunghezza del riflettore) e bolle nel segmento (≤10 mils).
• Il diametro consigliato del foro PCB per i pin è 1.30 mm.

3.2 Piedinatura e Circuito Interno

L'LTC-2721JD è un displaya catodo comune multiplexato. Ha tre pin di catodo comune (uno per ogni cifra: pin 2, 5, 8) e pin di anodo individuali per ogni segmento (A-G, DP) e per i segmenti dei due punti (L1, L2, L3). Il pin 13 è un catodo comune per i tre LED dei due punti. Questa architettura consente a un microcontrollore di illuminare una cifra specifica mettendo a massa il suo catodo comune mentre applica una tensione diretta agli anodi dei segmenti desiderati. Ciclando rapidamente attraverso le cifre (multiplexing), tutte e tre le cifre sembrano essere continuamente accese. Le connessioni dei pin sono le seguenti: 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. Curve di Prestazione e Caratteristiche

La scheda tecnica fa riferimento a curve di prestazione tipiche (sebbene non visualizzate nel testo fornito). Basandosi sul comportamento standard dei LED e sui parametri forniti, queste curve illustrerebbero tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione esponenziale, con il tipico V_Fdi 2.6V a 20mA.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Dimostra come l'output luminoso aumenti con la corrente, fino ai valori massimi nominali.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra la derating dell'output luminoso all'aumentare della temperatura, un fattore critico per la progettazione.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che traccia l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, centrato attorno a 656 nm (picco) e 640 nm (dominante).

5. Test di Affidabilità

Il dispositivo è sottoposto a una serie completa di test di affidabilità basati su standard militari (MIL-STD), giapponesi (JIS) e interni per garantire robustezza e longevità.

• Vita Operativa (RTOL):1000 ore alla corrente massima nominale a temperatura ambiente.
• Stress Ambientale:Include Stoccaggio ad Alta Temperatura/Umidità (500 ore a 65°C/90-95% UR), Stoccaggio ad Alta Temperatura (1000 ore a 105°C) e Stoccaggio a Bassa Temperatura (1000 ore a -35°C).
• Ciclo Termico & Shock Termico:Il Ciclo di Temperatura (30 cicli tra -35°C e 105°C) e lo Shock Termico (30 cicli tra -35°C e 105°C) testano la resilienza ai rapidi cambiamenti di temperatura.
• Saldabilità:I test di Resistenza alla Saldatura (10 sec a 260°C) e Saldabilità (5 sec a 245°C) convalidano la capacità del package di resistere ai processi di assemblaggio.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Saldatura Automatica

Per la saldatura a onda, la condizione consigliata è di immergere i terminali a una profondità di 1/16 di pollice (1.59 mm) sotto il piano di appoggio per un massimo di 5 secondi a 260°C. La temperatura del corpo del display non deve superare la temperatura massima di stoccaggio durante questo processo.

6.2 Saldatura Manuale

Quando si usa un saldatore, la punta dovrebbe entrare in contatto con il terminale (ancora, 1/16 di pollice sotto il piano di appoggio) per non più di 5 secondi a una temperatura di 350°C ±30°C. È buona pratica utilizzare un dissipatore di calore sul terminale tra il giunto e il corpo del package.

7. Precauzioni Critiche per l'Applicazione e Considerazioni di Progettazione

Importante:Il rispetto di queste precauzioni è essenziale per un funzionamento affidabile e per prevenire guasti prematuri.

• Uso Previsto:Progettato per apparecchiature elettroniche ordinarie. È richiesta consultazione per applicazioni critiche per la sicurezza (aviazione, medicale, ecc.).
• Conformità ai Valori Nominali:Il circuito di pilotaggiodeveassicurare che i valori massimi assoluti (corrente, tensione, potenza, temperatura) non vengano mai superati. Il produttore non è responsabile per danni derivanti dalla non conformità.
• Gestione della Corrente e Termica:Superare la corrente diretta consigliata o la temperatura operativa causerà una grave e irreversibile degradazione dell'output luminoso e può portare a guasti catastrofici.
• Protezione del Circuito:Il circuito di pilotaggio deve incorporare protezione contro tensioni inverse e transitori di tensione che possono verificarsi durante l'accensione o lo spegnimento. È obbligatorio un resistore in serie o un driver a corrente costante per limitare la corrente.
• Metodo di Pilotaggio: È fortemente raccomandato il pilotaggio a corrente costanterispetto al pilotaggio a tensione costante. Ciò garantisce un'intensità luminosa costante indipendentemente da piccole variazioni nella tensione diretta (V_F) tra segmenti o unità e fornisce una protezione intrinseca contro picchi di corrente. Per il funzionamento multiplexato, la corrente di picco deve essere calcolata in base al duty cycle per garantire che la corrente media per segmento rimanga entro i limiti.

8. Scenari Applicativi Pratici e Note di Progettazione

8.1 Applicazioni Tipiche

• Multimetri Digitali (DMM) & Apparecchiature di Test:Forniscono letture numeriche chiare per tensione, corrente e resistenza.
• Timer & Contatori Industriali:Visualizzano tempo trascorso, conteggi di produzione o setpoint.
• Elettronica di Consumo:Orologi, display per apparecchi audio, letture per elettrodomestici da cucina.
• Pannelli di Strumentazione:Per visualizzare dati di sensori come temperatura, pressione o velocità in un formato compatto.

8.2 Caso di Studio di Implementazione del Progetto

Scenario:Progettazione di un display voltmetrico a 3 cifre utilizzando un microcontrollore.

1. Driver di Multiplexing:Il microcontrollore utilizzerà 7-8 pin I/O per gli anodi dei segmenti (A-G, DP) e 3 pin I/O (configurati come open-drain/output basso) per i catodi delle cifre (CC1, CC2, CC3).
2. Limitazione di Corrente:Posizionare un resistore limitatore di corrente in serie con ogni linea anodo segmento. Il valore del resistore (R) si calcola con: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un'alimentazione a 5V, V_F=2.6V, e una I_Fdesiderata di 10 mA: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω. Utilizzare il valore standard più vicino (es. 220 Ω o 270 Ω).
3. Tempistica di Multiplexing:Programmare il microcontrollore per attivare un catodo cifra alla volta, illuminare i segmenti richiesti per quella cifra, attendere un breve periodo (es. 2-5 ms), quindi passare alla cifra successiva. Una frequenza di refresh di 50-200 Hz previene lo sfarfallio visibile.
4. Controllo della Corrente di Picco:Se si utilizza un duty cycle del 10% (3 cifre), la corrente di picco durante il tempo attivo può essere più alta. Per unamedia I_Fdi 10 mA, lacorrente di piccodurante il duty cycle di 1/3 sarebbe di 30 mA. Questo deve essere verificato rispetto al Valore Massimo Assoluto per la Corrente Diretta di Picco (90 mA) e la derating della Corrente Continua alla temperatura operativa.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

I vantaggi principali dell'LTC-2721JD derivano dalla sua tecnologia AlInGaP:

• vs. LED Rossi Tradizionali GaAsP/GaP:L'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio o in un consumo energetico inferiore a parità di luminosità. Offre anche una migliore stabilità termica e purezza del colore.
• vs. Display più Grandi:La dimensione di 0.28 pollici offre un punto ottimale tra i display molto piccoli (0.2 pollici) che possono essere difficili da leggere e quelli più grandi (0.5 pollici o più) che consumano più potenza e area di scheda.
• Catodo Comune vs. Anodo Comune:La configurazione a catodo comune è spesso preferita nei sistemi pilotati da microcontrollori, poiché questi tipicamente possono assorbire corrente (portare i pin a livello basso) in modo più efficace di quanto possano erogarla (portare i pin a livello alto).

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 3.3V?

Risposta:Possibilmente, ma con cautela. La tensione diretta tipica (V_F) è 2.6V. Con un'alimentazione a 3.3V, c'è solo 0.7V di margine per il resistore limitatore di corrente. Questa piccola caduta di tensione rende la corrente molto sensibile alle variazioni di V_Fe della tensione di alimentazione. Un circuito driver a corrente costante è altamente raccomandato per il funzionamento a 3.3V per garantire una luminosità stabile. Il collegamento diretto ai pin GPIO a 3.3V senza un driver rischia sovracorrente se V_Fè all'estremità inferiore del suo intervallo.

10.2 Perché la corrente continua massima viene deratata con la temperatura?

Risposta:Ciò è dovuto al coefficiente di temperatura negativo della tensione diretta del LED e ai limiti fisici del package. All'aumentare della temperatura, l'efficienza interna diminuisce e più potenza elettrica viene convertita in calore invece che in luce. Se la corrente non viene ridotta, la temperatura di giunzione può aumentare in modo incontrollabile (fuga termica), portando a rapida degradazione e guasto. La curva di derating (0.33 mA/°C) è fornita per prevenire ciò.

10.3 Cosa significa "categorizzato per intensità luminosa"?

Risposta:Significa che i display vengono testati e suddivisi in diversi bin di luminosità dopo la produzione. Ad esempio, un lotto può avere I_Vda 200-300 μcd, un altro da 300-400 μcd, ecc. Ciò consente ai progettisti che acquistano grandi quantità di garantire una luminosità uniforme su tutte le unità nel loro prodotto. Il codice bin specifico è spesso marcato sul package (riferito come "Z: BIN CODE" nella marcatura del modulo).

11. Principio di Funzionamento e Tendenze Tecnologiche

11.1 Principio di Funzionamento di Base

Un display LED a sette segmenti è un array di diodi emettitori di luce disposti in un pattern a otto. Ogni segmento (da A a G) è un LED individuale. Applicando una tensione di polarizzazione diretta (superiore alla V_Fdel diodo) e limitando la corrente con un resistore o una sorgente a corrente costante, elettroni e lacune si ricombinano all'interno della regione attiva del semiconduttore AlInGaP, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce) a una lunghezza d'onda caratteristica del materiale—in questo caso, rosso (~640 nm). Il multiplexing sfrutta la persistenza della visione dell'occhio umano illuminando solo una cifra alla volta ma ciclando attraverso di esse così rapidamente che sembrano tutte accese simultaneamente.

11.2 Contesto Tecnologico Oggettivo

L'AlInGaP rappresenta un sistema di materiali maturo e altamente ottimizzato per LED rossi, arancioni e gialli. Offre eccellente efficienza e affidabilità. La tendenza nella tecnologia dei display è verso una maggiore integrazione (es. display a matrice di punti, OLED, micro-LED) e l'integrazione diretta con IC driver. Tuttavia, display discreti a sette segmenti come l'LTC-2721JD rimangono altamente rilevanti grazie alla loro semplicità, basso costo, alta luminosità, robustezza e facilità d'uso in applicazioni in cui è necessario mostrare solo dati numerici. Il loro design è ben compreso e si interfacciano facilmente con microcontrollori a basso costo, garantendo il loro uso continuo nei campi industriale, consumer e della strumentazione per il futuro prevedibile.