Spesifikasi Teknikal Paparan LED Tujuh Segmen 0.56 Inci - Ketinggian Digit 14.22mm - Voltan Hadapan 2.6V - Kuasa 70mW - Warna Merah Super

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk paparan LED tujuh segmen dengan ketinggian digit 0.56 inci (14.22mm). Peranti ini direka untuk aplikasi yang memerlukan bacaan angka yang jelas dan boleh dipercayai dengan penggunaan kuasa yang rendah. Falsafah reka bentuk terasnya berpusat pada penyediaan prestasi visual yang cemerlang melalui kecerahan dan kontras yang tinggi sambil mengekalkan kebolehpercayaan keadaan pepejal.

Paparan ini menggunakan teknologi semikonduktor AlInGaP (Aluminium Indium Gallium Fosfida) termaju untuk segmen pemancar cahayanya. Sistem bahan ini terkenal dengan penghasilan cahaya merah dan ambar yang berkecekapan tinggi. Cip khusus yang digunakan difabrikasi pada substrat GaAs (Gallium Arsenida) tidak lutsinar, yang membantu meningkatkan kontras dengan meminimumkan serakan dan pantulan cahaya dalaman. Produk akhir mempunyai muka hadapan kelabu muda dengan segmen putih, gabungan yang dipilih untuk meningkatkan kebolehbacaan dalam pelbagai keadaan pencahayaan.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Ciri Fotometrik dan Optik

Prestasi optik dicirikan di bawah keadaan ujian piawai pada suhu ambien (Ta) 25°C. Parameter utama, Purata Keamatan Bercahaya (Iv), mempunyai nilai tipikal 700 µcd (mikrokandela) apabila didorong pada arus hadapan (IF) 1mA per segmen, dengan nilai minimum yang ditetapkan 320 µcd. Pengukuran ini diambil menggunakan sensor dan penapis yang ditentukur kepada lengkung tindak balas mata fotopik CIE, memastikan nilai tersebut berkorelasi dengan persepsi visual manusia.

Ciri warna ditakrifkan oleh panjang gelombang. Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λp) biasanya 639 nm, manakala Panjang Gelombang Dominan (λd) biasanya 631 nm, kedua-duanya diukur pada IF=20mA. Perbezaan antara kedua-dua nilai ini dan Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ) 20 nm menerangkan ketulenan spektrum dan warna merah khusus yang dipancarkan, yang tergolong dalam kategori "merah super", menawarkan keterlihatan tinggi.

Nisbah Padanan Keamatan Bercahaya (IV-m) 2:1 (maksimum) ditetapkan. Nisbah ini menunjukkan variasi maksimum yang dibenarkan dalam kecerahan antara segmen berbeza bagi satu peranti apabila didorong di bawah keadaan yang sama, memastikan penampilan seragam apabila memaparkan nombor.

2.2 Ciri Elektrik dan Terma

Parameter elektrik menonjolkan kesesuaian peranti untuk sistem kuasa rendah. Voltan Hadapan per Segmen (VF) julat dari 2.0V hingga 2.6V pada arus pacuan 1mA. Arus Songsang per Segmen (IR) dihadkan kepada maksimum 100 µA apabila voltan songsang (VR) 5V dikenakan, menunjukkan ciri kebocoran simpang.

Had terma dan kuasa ditakrifkan dalam Had Maksimum Mutlak. Arus Hadapan Berterusan per Segmen dinilai pada 25 mA, tetapi ini mesti dikurangkan secara linear dari 25°C pada kadar 0.33 mA/°C apabila suhu ambien meningkat. Pelesapan Kuasa per Segmen tidak boleh melebihi 70 mW. Untuk operasi berdenyut, Arus Hadapan Puncak 90 mA dibenarkan di bawah kitaran tugas 1/10 dengan lebar denyut 0.1ms. Peranti ini dinilai untuk Julat Suhu Operasi dan Penyimpanan -35°C hingga +85°C.

3. Sistem Pengkategorian dan Pemilihan

Spesifikasi menunjukkan bahawa peranti "Dikategorikan untuk Keamatan Bercahaya." Ini membayangkan proses pengkategorian di mana unit yang dihasilkan disusun berdasarkan output cahaya terukur (Iv) ke dalam kumpulan atau "kategori" yang berbeza. Ini membolehkan pereka memilih bahagian dengan tahap kecerahan yang konsisten untuk aplikasi mereka, yang amat penting untuk paparan berbilang digit di mana keseragaman adalah kunci. Walaupun kod kategori khusus tidak disenaraikan dalam ringkasan ini, kategori tipikal akan menentukan julat untuk keamatan bercahaya (contohnya, 500-600 µcd, 600-700 µcd) dan mungkin voltan hadapan.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Spesifikasi merujuk kepada "Lengkung Ciri Elektrik / Optik Tipikal." Walaupun graf khusus tidak disediakan dalam teks, lengkung piawai untuk peranti sedemikian biasanya termasuk:

• Keamatan Bercahaya Relatif vs. Arus Hadapan (Lengkung I-V):Graf ini menunjukkan bagaimana output cahaya meningkat dengan arus pacuan. Ia biasanya tidak linear, dengan kecekapan sering menurun pada arus yang sangat tinggi.
• Voltan Hadapan vs. Arus Hadapan:Ini menunjukkan ciri I-V diod, penting untuk mereka bentuk litar pembatas arus.
• Keamatan Bercahaya Relatif vs. Suhu Ambien:Lengkung ini menunjukkan bagaimana output cahaya berkurangan apabila suhu simpang meningkat, faktor kritikal untuk pengurusan terma dalam reka bentuk.
• Taburan Spektrum:Plot yang menunjukkan keamatan relatif cahaya yang dipancarkan merentasi panjang gelombang berbeza, berpusat di sekitar panjang gelombang puncak ~639 nm.

Lengkung ini penting untuk memahami tingkah laku peranti di bawah keadaan tidak piawai dan untuk mengoptimumkan litar pacuan untuk kecekapan dan jangka hayat.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Fizikal dan Garis Besar

Dimensi pakej peranti disediakan dalam lukisan (dirujuk tetapi tidak diperincikan dalam teks). Semua dimensi ditentukan dalam milimeter dengan toleransi piawai ±0.25 mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Ketinggian digit 0.56 inci (14.22mm) menentukan saiz aksara keseluruhan. Pakej ini adalah konfigurasi satu digit piawai, 10-pin biasa untuk paparan tujuh segmen dengan titik perpuluhan sebelah kanan.

5.2 Konfigurasi Pin dan Pengenalpastian Polarity

Paparan ini mempunyai konfigurasi Katod Sepunya, bermakna katod (terminal negatif) semua segmen LED disambungkan secara dalaman dan dibawa keluar ke pin sepunya. Ini adalah reka bentuk biasa untuk pemacu berbilang. Sambungan pin ditakrifkan dengan jelas:

1. Anod E
2. Anod D
3. Katod Sepunya
4. Anod C
5. Anod D.P. (Titik Perpuluhan)
6. Anod B
7. Anod A
8. Katod Sepunya
9. Anod F
10. Anod G

Pin 3 dan 8 kedua-duanya adalah Katod Sepunya. Gambar rajah litar dalaman menunjukkan susun atur tujuh segmen piawai ditambah titik perpuluhan, dengan anod setiap segmen disambungkan ke pin masing-masing dan semua katod diikat bersama ke pin sepunya.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Parameter pemasangan utama yang ditetapkan ialah profil suhu pateri. Peranti ini boleh menahan suhu pateri 260°C selama 3 saat, diukur 1/16 inci (lebih kurang 1.59mm) di bawah satah dudukan pakej. Ini adalah parameter kritikal untuk proses pateri gelombang atau refluks untuk mengelakkan kerosakan terma pada cip LED atau pakej plastik. Pereka mesti memastikan proses pemasangan mereka tidak melebihi gabungan masa-suhu ini. Untuk penyimpanan, julat yang ditetapkan -35°C hingga +85°C harus dikekalkan dalam persekitaran kering untuk mengelakkan penyerapan lembapan.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Tipikal

Paparan ini sesuai untuk peranti mudah alih berkuasa bateri, panel instrumentasi, elektronik pengguna, dan kawalan perindustrian yang memerlukan bacaan angka yang jelas dan rendah kuasa. Contoh termasuk multimeter, pemasa, penimbang, peranti perubatan, dan panel kawalan perkakas. Operasi arus rendahnya (serendah 1mA per segmen) menjadikannya sesuai untuk sistem berkuasa mikropengawal di mana pin GPIO selalunya boleh membekal atau menyerap arus terhad.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk dan Litar

Apabila mereka bentuk litar pacuan, perkara berikut adalah penting:

• Pembatas Arus:Sentiasa gunakan perintang pembatas arus bersiri untuk setiap anod segmen. Nilai perintang dikira berdasarkan voltan bekalan (Vcc), voltan hadapan LED (Vf, gunakan nilai maks untuk keselamatan), dan arus hadapan yang dikehendaki (If): R = (Vcc - Vf) / If.
• Pemultipleksan:Untuk paparan berbilang digit, skim pemacu berbilang adalah piawai. Katod sepunya setiap digit ditukar secara berurutan (imbasan) manakala anod untuk segmen yang dikehendaki didorong secara segerak. Ini mengurangkan bilangan pin mikropengawal yang diperlukan dan jumlah penggunaan kuasa. Arus puncak semasa masa ON yang singkat boleh lebih tinggi daripada penarafan DC, seperti yang dibenarkan oleh spesifikasi arus puncak (90mA pada kitaran tugas 1/10).
• Antara Muka Mikropengawal:Paparan ini boleh didorong terus dari pin GPIO mikropengawal jika arus per segmen berada dalam keupayaan pacuan pin MCU (biasanya 20-25mA). Untuk kecerahan yang lebih tinggi atau pemultipleksan dengan lebih banyak digit, pemacu luaran (contohnya, tatasusunan transistor atau cip pemacu LED khusus) adalah disyorkan.
• Sudut Pandangan:Ciri "Sudut Pandangan Luas" bermakna paparan kekal boleh dibaca dari kedudukan luar paksi, yang penting untuk panel yang dilihat dari pelbagai sudut.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Faktor pembezaan utama paparan ini ialah penggunaan teknologi AlInGaP dan prestasi arus rendah yang dioptimumkan. Berbanding dengan teknologi LED GaAsP atau GaP yang lebih lama, AlInGaP menawarkan kecekapan bercahaya yang jauh lebih tinggi, menghasilkan output yang lebih terang pada arus yang sama atau kecerahan setara pada arus yang lebih rendah. Ujian dan pemilihan eksplisit untuk "ciri arus rendah cemerlang" dan padanan segmen adalah jaminan kualiti utama. Keupayaan untuk beroperasi dengan berkesan pada arus serendah 1mA per segmen adalah kelebihan tersendiri untuk reka bentuk kuasa ultra rendah berbanding paparan yang memerlukan 5-20mA untuk kecerahan yang mencukupi.

9. Soalan Lazim (FAQ)

S: Apakah perbezaan antara panjang gelombang puncak dan panjang gelombang dominan?

J: Panjang gelombang puncak (λp) ialah panjang gelombang di mana spektrum cahaya yang dipancarkan mempunyai keamatan maksimum. Panjang gelombang dominan (λd) ialah panjang gelombang cahaya monokromatik tulen yang kelihatan mempunyai warna yang sama kepada mata manusia seperti cahaya LED. λd lebih relevan untuk persepsi warna.

S: Bolehkah saya memacu paparan ini tanpa perintang pembatas arus?

J: Tidak. LED adalah peranti berkuasa arus. Menyambungkannya terus ke sumber voltan akan menyebabkan arus berlebihan mengalir, berpotensi memusnahkan LED serta-merta disebabkan oleh tekanan lampau terma. Perintang bersiri atau litar arus malar adalah wajib.

S: Spesifikasi menunjukkan dua pin katod sepunya (3 dan 8). Adakah saya perlu menyambung kedua-duanya?

J: Ya, untuk prestasi optimum dan pengagihan arus, kedua-dua pin katod sepunya harus disambungkan ke bumi (atau sink arus) dalam litar anda. Ini membantu mengimbangi beban terma dan memastikan kecerahan segmen yang sekata.

S: Bagaimanakah saya mengira nilai perintang yang sesuai untuk bekalan 5V dan arus segmen 10mA?

J: Menggunakan Vf maksimum 2.6V: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ohm. Nilai piawai terdekat (220 atau 270 Ohm) akan digunakan. Sentiasa sahkan kecerahan sebenar memenuhi keperluan anda.

10. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Senario: Mereka bentuk pemasa digital 4-digit berkuasa bateri.

Matlamatnya adalah untuk memaksimumkan hayat bateri sambil mengekalkan kebolehbacaan yang baik. Paparan akan didorong oleh mikropengawal rendah kuasa menggunakan skim pemultipleksan.

Pelaksanaan:Katod sepunya empat digit disambungkan ke empat transistor NPN (atau cip tatasusunan transistor) yang dikawal oleh pin MCU. Tujuh anod segmen (A-G) dan titik perpuluhan disambungkan ke pin output MCU melalui perintang pembatas arus individu. MCU menjalankan gangguan pemasa (contohnya, pada 1kHz). Dalam setiap kitaran gangguan, ia mematikan semua katod digit, menetapkan pin anod kepada corak segmen untuk digit seterusnya secara berurutan, dan kemudian menghidupkan transistor katod digit tersebut. Ini mengitar melalui semua empat digit dengan pantas, mencipta ilusi semua digit menyala serentak.

Pengoptimuman Kuasa:Dengan memacu setiap segmen pada hanya 2-3mA (dalam spesifikasi) dan menggunakan kitaran tugas pemultipleksan 1:4, purata arus per segmen adalah sangat rendah, dengan ketara memanjangkan hayat bateri berbanding dengan pemacu statik (tidak berbilang). Kecekapan tinggi LED AlInGaP memastikan paparan kekal jelas kelihatan walaupun pada purata arus rendah ini.

11. Pengenalan Prinsip Teknikal

Paparan LED tujuh segmen ialah himpunan Diod Pemancar Cahaya (LED) individu yang disusun dalam corak angka lapan. Setiap tujuh segmen utama (dilabelkan A hingga G) ialah LED berasingan, dan LED tambahan berfungsi sebagai titik perpuluhan (DP). Dengan menerangi kombinasi khusus segmen ini secara selektif, semua digit perpuluhan (0-9) dan beberapa huruf boleh dibentuk.

Prinsip asas pancaran cahaya ialah elektroluminesens dalam simpang p-n semikonduktor. Apabila voltan hadapan melebihi voltan jurang jalur diod dikenakan, elektron dari rantau jenis-n bergabung semula dengan lubang dari rantau jenis-p dalam lapisan aktif (dalam kes ini, diperbuat daripada AlInGaP). Penggabungan semula ini membebaskan tenaga dalam bentuk foton (cahaya). Panjang gelombang khusus (warna) cahaya ditentukan oleh tenaga jurang jalur bahan semikonduktor. AlInGaP mempunyai jurang jalur yang sepadan dengan cahaya merah/oren/amber. Substrat GaAs tidak lutsinar menyerap cahaya sesat, meningkatkan kontras dengan menghalangnya daripada berserak keluar melalui sisi atau belakang cip.

12. Trend dan Konteks Teknologi

Walaupun teknologi paparan baharu seperti OLED dan LED matriks titik resolusi tinggi wujud, paparan LED tujuh segmen kekal sebagai penyelesaian teguh, kos efektif, dan sangat boleh dipercayai untuk aplikasi yang memerlukan output angka mudah. Trend dalam segmen ini adalah ke arah kecekapan yang lebih tinggi (lebih banyak cahaya per watt), voltan operasi yang lebih rendah untuk sepadan dengan tahap logik moden, dan peningkatan konsistensi (pengkategorian yang lebih ketat). Teknologi AlInGaP mewakili langkah penting dalam kecekapan berbanding bahan yang lebih lama. Tambahan pula, terdapat penekanan yang semakin meningkat pada paparan yang berprestasi baik di bawah arus pacuan yang sangat rendah untuk membolehkan peranti Internet of Things (IoT) cekap tenaga dan berkuasa bateri. Peranti yang diterangkan dalam spesifikasi ini, dengan fokusnya pada operasi arus rendah dan keamatan bercahaya terkategori, selaras dengan trend industri ini ke arah kecekapan, kebolehpercayaan, dan fleksibiliti reka bentuk untuk elektronik mudah alih.