Dokumen Teknikal LTC-5753JD-01 - Paparan LED 4 Digit 0.56 Inci - Warna Merah Hiper (650nm) - Voltan Hadapan 2.6V - Kuasa Terserap 70mW

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTC-5753JD-01 ialah modul paparan alfanumerik 7 segmen 4 digit berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi yang memerlukan bacaan angka yang jelas dan terang. Fungsi utamanya ialah untuk mewakili data angka secara visual merentasi empat digit berbeza, setiap satunya terdiri daripada tujuh segmen LED yang boleh dialamatkan secara individu ditambah dengan titik perpuluhan. Peranti ini direka bentuk untuk disepadukan ke dalam panel instrumentasi, sistem kawalan industri, peralatan ujian, elektronik pengguna, dan mana-mana antara muka di mana paparan angka berbilang digit yang boleh dipercayai adalah penting.

Kelebihan utama paparan ini terletak pada penggunaan teknologi semikonduktor AlInGaP (Aluminium Indium Gallium Fosfida) untuk cip LED Merah Hiper. Sistem bahan ini terkenal dengan kecekapannya yang tinggi dan keamatan bercahaya yang sangat baik dalam spektrum merah-jingga. Paparan ini mempunyai muka kelabu muda dengan segmen putih, yang meningkatkan kontras dan kebolehbacaan dengan ketara di bawah pelbagai keadaan pencahayaan, menyumbang kepada "penampilan aksara yang sangat baik". Peranti ini dikategorikan untuk keamatan bercahaya, memastikan tahap kecerahan yang konsisten merentasi kumpulan pengeluaran untuk prestasi visual yang seragam dalam pemasangan berbilang unit.

2. Penerangan Mendalam Spesifikasi Teknikal

Bahagian ini memberikan analisis objektif yang terperinci tentang parameter teknikal utama yang ditakrifkan dalam datasheet, menerangkan kepentingannya untuk reka bentuk dan aplikasi.

2.1 Ciri-ciri Fotometrik dan Optik

Prestasi optik adalah teras kepada fungsi paparan. Parameter utama diukur di bawah keadaan ujian piawai (biasanya Ta=25°C).

• Keamatan Bercahaya Purata (I_V):Julat dari minimum 200 µcd ke nilai tipikal 650 µcd pada arus hadapan (I_F) 1mA. Parameter ini mengukur kecerahan segmen yang menyala seperti yang dilihat oleh mata manusia, menggunakan penapis yang menghampiri lengkung tindak balas fotopik CIE. Nilai tipikal yang tinggi memastikan kebolehlihatan yang baik.
• Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λ_p):650 nanometer (nm). Ini ialah panjang gelombang di mana keluaran kuasa optik LED berada pada tahap maksimum. Ia mentakrifkan ciri warna "Merah Hiper".
• Panjang Gelombang Dominan (λ_d):639 nm. Ini ialah panjang gelombang tunggal yang paling sepadan dengan warna cahaya LED seperti yang dilihat oleh mata manusia. Perbezaan antara panjang gelombang puncak dan dominan adalah tipikal untuk LED disebabkan bentuk spektrum pancaran.
• Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ):20 nm. Ini menentukan lebar jalur cahaya yang dipancarkan, diukur sebagai lebar penuh pada separuh maksimum (FWHM) taburan kuasa spektrum. Nilai 20 nm menunjukkan warna merah yang agak tulen dan tepu.
• Nisbah Padanan Keamatan Bercahaya (I_V-m):Maksimum 2:1. Ini ialah parameter kritikal untuk keseragaman paparan. Ia menyatakan bahawa keamatan bercahaya mana-mana satu segmen tidak boleh melebihi dua kali ganda mana-mana segmen lain dalam peranti yang sama apabila didorong di bawah keadaan yang sama (I_F=1mA). Ini memastikan kecerahan seimbang merentasi semua segmen satu digit.

2.2 Ciri-ciri Elektrik dan Terma

Parameter ini mentakrifkan had operasi elektrik dan keadaan untuk penggunaan yang selamat dan boleh dipercayai.

• Voltan Hadapan per Segmen (V_F):Biasanya 2.6V, dengan maksimum 2.6V pada I_F=20mA. Ini ialah susutan voltan merentasi segmen LED apabila ia mengalirkan arus. Ia adalah penting untuk mereka bentuk litar pembatas arus dalam peringkat pemacu.
• Arus Hadapan Berterusan per Segmen (I_F):Maksimum 25 mA pada 25°C. Ini ialah arus DC maksimum yang boleh dikenakan secara berterusan pada satu segmen tanpa risiko degradasi. Datasheet menentukan faktor penyahkadaratan 0.33 mA/°C melebihi 25°C, bermakna arus maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu ambien meningkat untuk mengawal suhu simpang.
• Arus Hadapan Puncak per Segmen:Maksimum 90 mA. Ini hanya dibenarkan di bawah keadaan berdenyut dengan kitar tugas 1/10 dan lebar denyut 0.1ms. Ini membolehkan skim pemultipleksan di mana arus segera yang lebih tinggi digunakan untuk mencapai kecerahan yang dilihat sambil mengekalkan kuasa terserap purata dalam had.
• Voltan Songsang per Segmen (V_R):Maksimum 5 V. Mengenakan voltan pincang songsang lebih tinggi daripada ini boleh menyebabkan kegagalan serta-merta dan bencana pada simpang LED.
• Arus Songsang per Segmen (I_R):Maksimum 100 µA pada V_R=5V. Ini ialah arus bocor kecil yang mengalir apabila LED dipincang songsang dalam had maksimumnya.
• Kuasa Terserap per Segmen (P_D):Maksimum 70 mW. Ini ialah kuasa maksimum yang boleh diserap sebagai haba dalam satu segmen. Melebihi had ini, terutamanya ditentukan oleh I_F* V_F, boleh menyebabkan terlalu panas dan mengurangkan jangka hayat.

2.3 Had Maksimum Mutlak dan Had Persekitaran

Ini adalah had tekanan yang tidak boleh dilebihi dalam apa jua keadaan, walaupun seketika. Operasi melebihi had ini boleh menyebabkan kerosakan kekal.

• Julat Suhu Operasi:-35°C hingga +85°C. Peranti ini dijamin berfungsi dalam julat suhu ambien ini, walaupun parameter elektrik seperti arus hadapan mungkin memerlukan penyahkadaratan pada suhu tinggi.
• Julat Suhu Penyimpanan:-35°C hingga +85°C. Peranti boleh disimpan tanpa operasi dalam julat ini.
• Suhu Pateri:Maksimum 260°C untuk maksimum 3 saat, diukur 1.6mm (1/16 inci) di bawah satah dudukan. Ini adalah kritikal untuk proses pateri gelombang atau reflow untuk mengelakkan kerosakan terma pada cip LED atau pakej.

3. Sistem Pengkategorian dan Pembahagian Kumpulan

Datasheet menyatakan dengan jelas bahawa peranti ini "dikategorikan untuk keamatan bercahaya." Ini menunjukkan proses pembahagian kumpulan pengeluaran. Walaupun kod kumpulan khusus tidak disediakan dalam petikan ini, pengkategorian tipikal untuk paparan sedemikian melibatkan pengumpulan unit berdasarkan keamatan bercahaya yang diukur pada arus ujian piawai (cth., I_F=1mA). Ini memastikan pereka yang mendapatkan berbilang paparan untuk satu produk boleh mencapai kecerahan seragam merentasi semua unit, yang penting untuk produk akhir yang kelihatan profesional. Ia difahami bahawa parameter utama lain seperti voltan hadapan dan panjang gelombang dominan juga dikawal dalam toleransi yang ditentukan untuk menjamin prestasi yang konsisten.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Datasheet merujuk "Lengkung Ciri Elektrik / Optik Biasa." Walaupun graf khusus tidak diterangkan dalam teks yang diberikan, lengkung piawai untuk peranti sedemikian biasanya termasuk:

• Keamatan Bercahaya Relatif vs. Arus Hadapan (I_Vvs. I_F):Menunjukkan bagaimana kecerahan meningkat dengan arus, biasanya dalam cara sub-linear pada arus yang lebih tinggi disebabkan pemanasan dan penurunan kecekapan.
• Voltan Hadapan vs. Arus Hadapan (V_Fvs. I_F):Mendemonstrasikan ciri I-V eksponen diod, penting untuk mereka bentuk pemacu arus malar.
• Keamatan Bercahaya Relatif vs. Suhu Ambien (I_Vvs. T_a):Menggambarkan bagaimana keluaran LED berkurangan apabila suhu simpang meningkat, menekankan kepentingan pengurusan terma.
• Taburan Kuasa Spektrum:Graf yang menunjukkan keamatan cahaya yang dipancarkan merentasi spektrum panjang gelombang, berpusat di sekitar puncak 650nm.

Lengkung ini membolehkan pereka meramal prestasi di bawah keadaan operasi bukan piawai dan mengoptimumkan litar pemacu mereka untuk kecekapan dan jangka hayat.

5. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

5.1 Dimensi Fizikal dan Garis Luar

Lukisan pakej dirujuk. Ciri utama paparan 4 digit 0.56 inci piawai termasuk saiz modul keseluruhan yang menempatkan empat digit bersebelahan, jarak pin yang serasi dengan soket DIP (Dual In-line Package) piawai atau tapak kaki PCB, dan ketinggian segmen 14.2 mm. Ciri "segmen seragam berterusan" mencadangkan penampilan tanpa jahitan antara digit, sering dicapai dengan plat muka acuan tunggal. Toleransi pada dimensi biasanya ±0.25 mm melainkan dinyatakan sebaliknya.

5.2 Sambungan Pin dan Gambar Rajah Litar

Peranti ini mempunyai konfigurasi 12 pin. Ia menggunakan seni bina pemultipleksanKatod Sepunya. Ini bermakna katod (sisi negatif) semua LED untuk digit tertentu disambungkan bersama secara dalaman, manakala anod (sisi positif) untuk setiap jenis segmen (A-G, DP) dikongsi merentasi semua digit.

• Pin 6, 8, 9, 12:Ini ialah pin katod sepunya untuk Digit 4, Digit 3, Digit 2, dan Digit 1, masing-masing.
• Pin 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11:Ini ialah pin anod untuk segmen E, D, DP, C, G, B, F, dan A, masing-masing.

Gambar rajah litar dalaman akan menunjukkan empat set tujuh LED (tambah DP) disusun dengan anod mereka diikat pada talian segmen dan katod mereka diikat pada talian digit masing-masing. Struktur ini adalah asas kepada teknik pemacu pemultipleksan.

6. Panduan Pateri dan Pemasangan

Pematuhan kepada profil pateri yang ditentukan adalah tidak boleh dirunding untuk kebolehpercayaan. Had maksimum mutlak untuk suhu pateri ialah 260°C selama 3 saat. Dalam amalan, profil reflow bebas plumbum dengan suhu puncak sedikit di bawah maksimum ini (cth., 250°C) adalah disyorkan untuk memberikan margin keselamatan. Titik pengukuran (1.6mm di bawah satah dudukan) adalah kritikal kerana ia mewakili suhu pada pin pakej, bukan semestinya suhu udara panas dalam ketuhar reflow. Pendedahan berpanjangan kepada suhu tinggi boleh merosakkan ikatan wayar dalaman, merosakkan epoksi LED, atau menyebabkan pengelupasan. Pateri manual dengan besi harus dilakukan dengan cepat dan dengan pelepasan haba yang mencukupi pada pad PCB. Prosedur pengendalian ESD (Nyahcas Elektrostatik) yang betul harus sentiasa diikuti semasa pemasangan.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Litar Aplikasi Biasa

LTC-5753JD-01 direka untukoperasi berbilang (multipleks). Litar pemacu biasa melibatkan mikropengawal atau IC pemacu paparan khusus (cth., MAX7219, TM1637). Pemacu mengaktifkan (menyalurkan arus ke bumi) satu katod digit pada satu masa sambil mengenakan corak voltan anod segmen yang betul (melalui perintang pembatas arus) untuk digit tersebut. Kitaran ini berulang pada frekuensi tinggi (biasanya >100Hz), menggunakan kesinambungan penglihatan untuk membuat semua empat digit kelihatan menyala secara berterusan. Kaedah ini mengurangkan bilangan pin pemacu yang diperlukan dengan ketara dari 36 (4 digit * 9 segmen) kepada hanya 12 (8 segmen + 4 digit).

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk dan Amalan Terbaik

• Perintang Pembatas Arus:Penting untuk setiap talian anod segmen. Nilai perintang dikira berdasarkan voltan bekalan (V_CC), voltan hadapan LED (V_F), dan arus segmen yang dikehendaki (I_F). Formula: R = (V_CC- V_F) / I_F. Untuk pemultipleksan, I_Fialah aruspuncak, bukan purata.
• Frekuensi Pemultipleksan dan Kitar Tugas:Frekuensi yang cukup tinggi untuk mengelakkan kelipan yang kelihatan (biasanya >60-100 Hz) diperlukan. Kitar tugas untuk setiap digit dalam multipleks 4 digit ialah 1/4 (25%). Untuk mencapai kecerahan yang dilihat sama seperti LED yang didorong statik pada arus I, arus puncak semasa slot masa aktifnya mestilah kira-kira 4I. Ini mesti disemak terhadap penarafan arus puncak (90mA).
• Penyahgandingan Bekalan Kuasa:Letakkan kapasitor seramik 0.1µF berhampiran pin kuasa modul paparan untuk melicinkan permintaan arus berdenyut pemultipleksan.
• Sudut Pandangan:Ciri "sudut pandangan luas" adalah bermanfaat untuk aplikasi di mana paparan mungkin dilihat dari kedudukan luar paksi. Pemasangan PCB harus mempertimbangkan garis penglihatan pengguna yang dimaksudkan.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding teknologi lama seperti LED merah GaAsP atau GaP piawai, LED Merah Hiper AlInGaP menawarkan kecekapan bercahaya yang jauh lebih tinggi, menghasilkan kecerahan yang lebih besar untuk arus pemacu yang sama atau penggunaan kuasa yang lebih rendah untuk kecerahan yang sama. Panjang gelombang 650nm memberikan warna merah yang terang dan dalam. Berbanding konfigurasi anod sepunya, konfigurasi katod sepunya selalunya lebih mudah untuk dihubungkan dengan mikropengawal moden, yang lebih baik dalam menyalurkan arus (ke bumi) daripada membekalkannya. Ketinggian digit 0.56 inci meletakkannya dalam kategori yang sesuai untuk pandangan jarak sederhana, lebih besar daripada paparan SMD miniatur tetapi lebih kecil daripada unit dipasang panel besar.

9. Soalan Lazim (FAQ)

Q: Bolehkah saya mendorong paparan ini dengan voltan DC malar tanpa pemultipleksan?

A: Secara teknikalnya ya, tetapi ia sangat tidak cekap dan memerlukan sejumlah besar pin I/O (satu per segmen per digit). Pemultipleksan adalah kaedah operasi yang dimaksudkan dan optimum.

Q: Mengapakah penarafan arus puncak jauh lebih tinggi daripada penarafan arus berterusan?

A: Ini disebabkan oleh had terma. Semasa denyutan pendek, simpang LED tidak mempunyai masa untuk memanas dengan ketara, membenarkan arus segera yang lebih tinggi tanpa melebihi suhu simpang maksimum. Sifat ini digunakan dalam pemultipleksan.

Q: Apakah tujuan nisbah padanan keamatan bercahaya?

A: Ia menjamin keseragaman visual. Tanpa spesifikasi ini, satu segmen (cth., segmen A) mungkin kelihatan lebih terang atau lebih malap daripada yang lain (cth., segmen D) dalam digit yang sama, mencipta penampilan tidak sekata dan tidak profesional.

Q: Bagaimanakah saya mengira purata penggunaan kuasa?

A: Untuk paparan berbilang, kira kuasa untuk satu segmen apabila menyala (I_{F_peak}* V_F), darab dengan bilangan segmen yang menyala dalam digit biasa (cth., 7 untuk "8"), kemudian darab dengan kitar tugas (1/4 untuk multipleks 4 digit). Ini memberikan kuasa purata untuk satu digit. Darab dengan 4 untuk jumlah kuasa modul. Ingat untuk memasukkan penggunaan kuasa IC pemacu sendiri.

10. Prinsip Operasi

Peranti ini beroperasi berdasarkan prinsip elektroluminesens dalam simpang p-n semikonduktor. Apabila voltan pincang hadapan melebihi voltan hidup diod (lebih kurang 2.1-2.6V) dikenakan merentasi segmen LED AlInGaP, elektron dan lubang disuntik ke dalam kawasan aktif di mana mereka bergabung semula. Proses penggabungan semula ini membebaskan tenaga dalam bentuk foton (cahaya) dengan panjang gelombang ciri jurang jalur bahan AlInGaP, yang berada dalam kawasan merah hiper (~650nm). Litar dalaman disusun dalam matriks (katod sepunya per digit, anod sepunya per jenis segmen) untuk membolehkan pemultipleksan pembahagian masa, di mana hanya satu digit aktif secara elektrik pada satu-satu masa, tetapi semua kelihatan menyala disebabkan pengimbasan berurutan yang pantas.

11. Konteks dan Tren Industri

Paparan seperti LTC-5753JD-01 mewakili teknologi yang matang dan boleh dipercayai. Walaupun teknologi paparan yang lebih baru seperti OLED dan LCD matriks titik resolusi tinggi menawarkan lebih banyak fleksibiliti untuk grafik dan fon tersuai, paparan LED tujuh segmen kekal dominan dalam aplikasi yang mengutamakan kebolehpercayaan yang melampau, kecerahan tinggi, sudut pandangan luas, kos rendah, dan kesederhanaan—terutamanya dalam persekitaran industri, automotif, dan luar. Tren dalam segmen ini adalah ke arah kecekapan yang lebih tinggi (lebih banyak lumen per watt), membolehkan penggunaan kuasa yang lebih rendah dan penjanaan haba yang berkurangan, dan ke arah pakej peranti dipasang permukaan (SMD) untuk pemasangan automatik, walaupun pakej melalui lubang seperti ini kekal popular untuk prototaip, pembaikan, dan aplikasi lasak tertentu. Penggunaan bahan semikonduktor maju seperti AlInGaP berbanding GaAsP lama adalah hasil langsung daripada tren berasaskan kecekapan ini.