Ficha Técnica do Display LED LTC-2621JG - Altura do Dígito 0,28 Polegadas - Cor Verde - Tensão Direta 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTC-2621JG é um módulo de display numérico compacto e de alto desempenho para três dígitos, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas nítidas e brilhantes. A sua função principal é representar visualmente três dígitos de dados numéricos utilizando tecnologia LED de estado sólido. A tecnologia central empregue é baseada em camadas epitaxiais de AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) crescidas sobre um substrato de GaAs, especificamente concebidas para produzir emissão de luz verde de alta eficiência. Este sistema de material foi escolhido pela sua eficiência luminosa e pureza de cor superiores em comparação com tecnologias mais antigas, como o GaP padrão, resultando num excelente brilho e aparência dos caracteres mesmo com correntes de acionamento mais baixas. O dispositivo é categorizado como um display de ânodo comum multiplexado, o que significa que todos os ânodos de cada dígito estão ligados internamente, permitindo o controlo eficiente de múltiplos dígitos com um número reduzido de pinos de I/O de microcontrolador através de multiplexação por divisão de tempo.

1.1 Características e Vantagens Principais

O display oferece várias vantagens distintas que o tornam adequado para uma ampla gama de aplicações industriais, de consumo e de instrumentação.

• Desempenho Óptico:Apresenta uma altura de dígito de 0,28 polegadas (7,0 mm) com segmentos contínuos e uniformes, eliminando lacunas para uma aparência limpa e profissional. A combinação de alto brilho e alto contraste garante uma excelente legibilidade sob várias condições de iluminação ambiente. Um amplo ângulo de visão permite que o display seja lido claramente a partir de posições fora do eixo.
• Eficiência Elétrica:O dispositivo tem requisitos de baixa potência, contribuindo para um projeto de sistema energeticamente eficiente. A utilização da tecnologia AlInGaP proporciona alta intensidade luminosa com uma corrente direta relativamente baixa.
• Fiabilidade e Consistência:Como um dispositivo de estado sólido, oferece alta fiabilidade sem partes móveis e resistência a choques e vibrações. As unidades são categorizadas por intensidade luminosa, garantindo níveis de brilho consistentes entre diferentes displays, o que é crítico para produtos com múltiplas unidades.
• Conformidade Ambiental:O encapsulamento é sem chumbo, cumprindo as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas), tornando-o adequado para utilização em produtos vendidos em mercados com regulamentações ambientais rigorosas.

1.2 Descrição Física

O display possui um painel frontal cinzento, que ajuda a absorver a luz ambiente e a melhorar o contraste. Os próprios segmentos emitem luz de cor branca quando alimentados, que brilha através do painel cinzento para criar os caracteres visíveis. Esta combinação foi escolhida para uma legibilidade ótima. O dispositivo é um display de três dígitos, o que significa que pode mostrar números de 000 a 999.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos parâmetros elétricos, ópticos e térmicos especificados na ficha técnica. Compreender estes limites e características é essencial para um projeto de circuito fiável.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação nestes limites ou além deles não é garantida e deve ser evitada.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a potência máxima que pode ser dissipada com segurança na forma de calor por um único segmento LED. Exceder este valor pode levar a sobreaquecimento e redução da vida útil ou falha.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:60 mA (a 1 kHz, ciclo de trabalho de 25%). Esta é a corrente instantânea máxima que um segmento pode suportar em condições pulsadas. Para operação DC contínua, o fator limitante é a classificação de corrente direta contínua.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corrente deve ser reduzida linearmente em 0,28 mA/°C à medida que a temperatura ambiente (Ta) sobe acima de 25°C. Por exemplo, a 85°C, a corrente contínua máxima permitida seria: 25 mA - [0,28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16,8 mA =8,2 mA.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V. A aplicação de uma tensão de polarização reversa superior a esta pode causar ruptura e danificar a junção LED.
• Intervalo de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo está classificado para funcionar e ser armazenado dentro desta ampla gama de temperaturas, tornando-o adequado para ambientes severos.
• Condição de Soldagem:260°C durante 3 segundos, com a ponta do ferro pelo menos 1/16 de polegada (aprox. 1,6 mm) abaixo do plano de assentamento do componente. Esta é uma diretriz padrão de perfil de reflow sem chumbo para prevenir danos térmicos durante a montagem.

2.2 Características Elétricas e Ópticas (Ta=25°C)

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos sob condições de teste especificadas. Os projetistas devem usar estes valores para os cálculos do circuito.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):320 μcd (Mín), 692 μcd (Tip) a I_F= 1 mA. Esta é uma medida da saída de luz. A ampla gama indica que é utilizado um sistema de binning; os projetistas devem considerar o valor mínimo para garantir brilho suficiente em todas as unidades.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):571 nm (Tip) a I_F= 20 mA. Este é o comprimento de onda no qual o LED emite a maior potência óptica, na região verde do espectro.
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ):15 nm (Tip). Isto indica a pureza espectral; uma largura mais estreita significa uma cor verde mais pura e saturada.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):572 nm (Tip). Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano, correspondendo de perto ao comprimento de onda de pico para este LED verde.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):2,05 V (Mín), 2,6 V (Tip) a I_F= 20 mA. Esta é a queda de tensão no LED quando está a conduzir. O valor da resistência limitadora de corrente deve ser calculado usando o V_Fmáximo para garantir a corrente mínima necessária.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R= 5 V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o LED está polarizado inversamente dentro da sua classificação máxima.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa:2:1 (Máx). Isto especifica que a diferença de brilho entre quaisquer dois segmentos dentro da "área de luz semelhante" (tipicamente dentro de um dígito ou entre dígitos) não excederá um fator de dois. Isto garante uniformidade visual.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica afirma explicitamente que o dispositivo é "categorizado por intensidade luminosa". Isto refere-se a um processo de binning pós-produção.

• Binning de Intensidade Luminosa:Após a fabricação, os LEDs são testados e classificados (binning) com base na sua saída de luz medida a uma corrente de teste padrão (1 mA neste caso). O LTC-2621JG tem um mínimo especificado de 320 μcd e um típico de 692 μcd. As unidades são agrupadas em bins com intervalos de intensidade mais estreitos (ex.: 320-400 μcd, 400-500 μcd, etc.). Isto permite que os clientes selecionem um bin para obter brilho consistente em múltiplos displays num produto. A ficha técnica fornece a gama geral; códigos de bin específicos estariam tipicamente disponíveis junto do fabricante para encomenda.
• Tensão Direta:Embora não seja explicitamente mencionado como binned, a gama fornecida (2,05V a 2,6V) indica variação natural. Para projetos onde o consumo de energia ou o projeto do circuito de acionamento é crítico, pode ser necessário consultar o fabricante para bins de tensão.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas". Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, podemos inferir o seu conteúdo padrão e importância.

• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta (Curva I_V/ I_F):Este gráfico mostraria como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. É tipicamente não linear, com a eficiência (saída de luz por mA) frequentemente a diminuir em correntes muito altas. Esta curva ajuda os projetistas a escolher uma corrente de operação que equilibre brilho e eficiência.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta (Curva V_F/ I_F):Isto mostra a característica exponencial I-V do díodo LED. É crucial para projetar o circuito limitador de corrente.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva ilustra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. É vital para aplicações que operam a altas temperaturas ambiente ou com altas correntes de acionamento, pois pode exigir desclassificação ou dissipação de calor.
• Distribuição Espectral:Um gráfico que mostra a potência óptica relativa ao longo dos comprimentos de onda, centrado em torno de 571-572 nm com uma largura a meia altura de ~15 nm, confirmando a emissão de cor verde.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões e Desenho do Encapsulamento

O dispositivo utiliza um formato padrão de encapsulamento duplo em linha (DIP) adequado para montagem em PCB com furos passantes. As notas dimensionais principais são: todas as dimensões estão em milímetros, e a tolerância geral é de ±0,25 mm (aproximadamente ±0,01 polegadas), a menos que uma característica específica tenha uma indicação diferente. Os projetistas devem consultar o desenho mecânico detalhado (não totalmente detalhado no texto fornecido) para obter o espaçamento exato dos furos, diâmetro dos pinos, largura do corpo, altura e espaçamento dos dígitos, a fim de criar footprints de PCB precisos e garantir um encaixe adequado dentro do invólucro.

5.2 Conexão dos Pinos e Circuito Interno

O display tem 16 posições de pino, embora nem todas estejam ocupadas com pinos físicos (os Pinos 10, 11 e 14 estão listados como "SEM PINO"). O Pino 9 é "SEM CONEXÃO". O diagrama do circuito interno mostra uma configuração multiplexada de ânodo comum.

• Ânodos Comuns:Os Pinos 2, 5, 8 e 13 são pinos de ânodo comum. O Pino 2 controla o Dígito 1, o Pino 5 controla o Dígito 2 e o Pino 8 controla o Dígito 3. O Pino 13 é um ânodo comum para os três LEDs indicadores de dois pontos (L1, L2, L3).
• Cátodos de Segmento:Os outros pinos são cátodos para segmentos específicos (A, B, C, D, E, F, G, DP) e indicadores. Por exemplo, para acender o segmento 'A' no Dígito 1, o circuito deve ligar o cátodo do segmento A (Pino 15) ao terra enquanto aplica uma tensão positiva ao ânodo do Dígito 1 (Pino 2).
• Ponto Decimal à Direita:A descrição refere "Ponto Decimal à Direita", e o Pino 3 é o cátodo para D.P. (ponto decimal), indicando que o ponto decimal está localizado à direita dos três dígitos.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O cumprimento das condições de soldagem especificadas é crítico para a fiabilidade a longo prazo.

• Soldagem Manual:Se for necessária soldagem manual, a diretriz é aplicar um ferro de soldar a 260°C por um máximo de 3 segundos por pino. A ponta do ferro deve ser posicionada pelo menos 1,6 mm abaixo do plano de assentamento do corpo do display para evitar que calor excessivo suba pelos pinos e danifique a resina epóxi interna ou as ligações dos fios.
• Soldagem por Onda ou Reflow:Para processos automatizados, um perfil de temperatura padrão sem chumbo com pico a 260°C é adequado. O intervalo de temperatura de armazenamento e operação do dispositivo (-35°C a +85°C) indica que pode suportar os ciclos térmicos típicos de reflow SMT, embora o encapsulamento com furos passantes sugira que a soldagem por onda é o método principal pretendido.
• Condições de Armazenamento:Os dispositivos devem ser armazenados nas suas embalagens originais de barreira à humidade, num ambiente dentro do intervalo de temperatura de armazenamento (-35°C a +85°C) e com baixa humidade para prevenir a oxidação dos terminais.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O LTC-2621JG é ideal para qualquer sistema embarcado que requeira um display numérico nítido, fiável e de baixa potência.

• Equipamento de Teste e Medição:Multímetros, contadores de frequência, fontes de alimentação, leituras de sensores.
• Controlos Industriais:Medidores de painel para temperatura, pressão, RPM, displays de contagem em máquinas.
• Eletrodomésticos:Fornos micro-ondas, relógios digitais, sintonizadores de equipamento de áudio, balanças de casa de banho.
• Automóvel (Aftermarket):Medidores e displays para sistemas auxiliares (tensão, temperatura).

7.2 Considerações de Projeto e Circuito de Acionamento

Projetar com este display requer atenção específica à metodologia de acionamento.

• Acionador Multiplexado:Um microcontrolador deve ativar sequencialmente o ânodo comum de cada dígito (Pinos 2, 5, 8) a uma alta taxa de atualização (tipicamente >100 Hz) enquanto envia o padrão de cátodo de segmento correspondente para esse dígito. Esta persistência da visão cria a ilusão de todos os dígitos estarem acesos simultaneamente. O ânodo dos dois pontos (Pino 13) pode ser acionado separadamente ou incluído na sequência de multiplexação.
• Limitação de Corrente:Cada linha de cátodo de segmento deve ter uma resistência limitadora de corrente em série. O valor da resistência é calculado usando R = (V_fonte- V_F) / I_F. Use o V_Fmáximo (2,6V) da ficha técnica para garantir que a I_Fmínima desejada seja sempre alcançada. Por exemplo, com uma fonte de 5V e uma I_Falvo de 10 mA: R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ω. Uma resistência padrão de 220 Ω ou 270 Ω seria apropriada.
• Dissipação de Potência:Certifique-se de que a potência por segmento (V_F* I_F) não excede 70 mW, e reduza a corrente contínua a altas temperaturas ambiente conforme descrito na secção 2.1.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão permite flexibilidade na posição de montagem em relação ao utilizador.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com outras tecnologias de display e tipos de LED mais antigos, o LTC-2621JG oferece vantagens específicas.

• vs. LEDs Verdes GaP Padrão:A tecnologia AlInGaP proporciona uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em displays mais brilhantes com a mesma corrente ou brilho equivalente com menor potência. A cor também é um verde mais vívido e puro.
• vs. Displays LCD:Os LEDs são emissores, ou seja, produzem a sua própria luz, oferecendo brilho e legibilidade superiores em condições de pouca luz ou luz solar direta sem necessidade de retroiluminação. Também têm um tempo de resposta muito mais rápido e uma gama de temperaturas de operação mais ampla. A contrapartida é geralmente um consumo de energia mais elevado quando muitos segmentos estão acesos.
• vs. Displays com Dígitos Maiores ou Menores:A altura de 0,28 polegadas oferece um bom equilíbrio entre visibilidade e consumo de espaço na placa, posicionando-se entre indicadores menores e medidores de painel maiores.
• vs. Displays sem Binning:A categorização por intensidade luminosa é um diferenciador chave para aplicações que requerem consistência visual entre múltiplas unidades, como numa linha de produtos ou painel de controlo com várias leituras idênticas.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Qual é a finalidade dos pinos "SEM PINO" e "SEM CONEXÃO"?

R1: "SEM PINO" significa que o pino físico está omitido do encapsulamento, deixando uma lacuna na fila de pinos. "SEM CONEXÃO" (Pino 9) significa que existe um pino físico, mas não está eletricamente ligado a nada dentro do display. Estes são frequentemente incluídos para padronizar o footprint do encapsulamento com outros displays da mesma família que possam usar esses pinos.

P2: Como calculo a resistência limitadora de corrente apropriada?

R2: Use a fórmula R = (V_fonte- V_F) / I_F. Utilize sempre o valormáximo V_Fda ficha técnica (2,6V) no seu cálculo para garantir que a corrente mínima desejada flui em todas as condições. Escolha um valor de resistência padrão igual ou ligeiramente inferior ao valor calculado.

P3: Posso acionar este display com uma corrente DC constante sem multiplexação?

R3: Tecnicamente sim, mas é altamente ineficiente. Seria necessário ligar todos os três ânodos dos dígitos juntos e fornecer corrente a cada cátodo de segmento continuamente. Isto consumiria 3x a corrente (para três dígitos idênticos) em comparação com um projeto multiplexado e provavelmente excederia as classificações de corrente contínua máxima se todos os segmentos estivessem acesos. A multiplexação é o método pretendido e ótimo.

P4: O que significa "taxa de correspondência de intensidade luminosa 2:1" na prática?

R4: Significa que dentro de uma "área de luz semelhante" definida (provavelmente dentro de um display), o segmento mais fraco terá pelo menos metade do brilho do segmento mais brilhante. Isto garante que o número "8" (todos os segmentos acesos) pareça uniforme, sem que alguns segmentos sejam visivelmente mais fracos do que outros.

10. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Cenário: Projetar uma Leitura de Voltímetro Digital

Um projetista está a criar um voltímetro DC de 0-30V. O ADC do microcontrolador lê a tensão, converte-a para um valor entre 0,00 e 30,00, e precisa de a mostrar em três dígitos e um ponto decimal (mostrando décimos de volt, ex.: "12,3").

1. Interface de Hardware:O projetista usa 4 pinos do microcontrolador configurados como saídas digitais para controlar os três ânodos dos dígitos (Pinos 2,5,8) e o ânodo dos dois pontos/ponto decimal (Pino 13). Outros 8 pinos são configurados como saídas digitais (ou usam um registo de deslocamento) para controlar os cátodos dos segmentos (A-G, DP).
2. Rotina de Software:O firmware executa uma interrupção de temporizador a 500 Hz. Em cada ciclo de interrupção:
   
   - Desligar todos os pinos de ânodo.
   
   - Enviar o padrão de segmentos para o Dígito 1 (a casa das centenas) para os pinos de cátodo.
   
   - Ligar o pino de ânodo para o Dígito 1 (Pino 2).
   
   - Aguardar um pequeno atraso.
   
   - Repetir para o Dígito 2 (casa das dezenas, Pino 5) e Dígito 3 (casa das unidades, Pino 8), incluindo o cátodo do ponto decimal (Pino 3) quando o Dígito 2 estiver ativo.
3. Cálculo da Corrente:Visando uma corrente de segmento de 5 mA para bom brilho e baixa potência, usando uma fonte de 5V: R = (5V - 2,6V) / 0,005A = 480 Ω. Uma resistência de 470 Ω é colocada em série com cada uma das 8 linhas de cátodo de segmento.
4. Resultado:O display mostra uma leitura de tensão estável, brilhante, de 3 dígitos com ponto decimal, consumindo I/O e potência mínimos do microcontrolador.

11. Introdução ao Princípio Técnico

O princípio operacional central baseia-se na eletroluminescência numa junção PN de semicondutor. No sistema de material AlInGaP, quando uma tensão direta que excede o potencial interno da junção (aproximadamente 2V) é aplicada, os eletrões da região tipo N e as lacunas da região tipo P são injetados através da junção. Quando estes portadores de carga se recombinam na região ativa (os poços quânticos da camada epitaxial de AlInGaP), libertam energia na forma de fotões (partículas de luz). A composição específica dos átomos de Alumínio, Índio, Gálio e Fósforo determina a energia da banda proibida do semicondutor, que dita diretamente o comprimento de onda (cor) da luz emitida. Para o LTC-2621JG, esta composição é ajustada para produzir fotões com um comprimento de onda em torno de 572 nm, que o olho humano percebe como luz verde. O painel frontal cinzento atua como um filtro de aumento de contraste, absorvendo a luz ambiente para fazer com que os segmentos verdes emitidos pareçam mais brilhantes e nítidos.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Displays como o LTC-2621JG representam um segmento maduro e altamente otimizado da optoeletrónica. A tendência nestes displays da classe de indicadores tem sido o aumento da eficiência (mais luz por watt), a melhoria da consistência através de binning avançado e a conformidade com regulamentações ambientais (sem chumbo, sem halogéneos). Embora tecnologias mais recentes, como os OLEDs, ofereçam flexibilidade e alto contraste, os tradicionais displays LED segmentados mantêm posições fortes em aplicações que requerem alto brilho, extrema fiabilidade, ampla gama de temperaturas de operação e baixo custo por dígito. A mudança do GaP:N mais antigo para o AlInGaP foi um passo significativo no desempenho dos LEDs verdes e amarelos. Desenvolvimentos futuros podem focar-se em ganhos de eficiência adicionais e integração, como displays com acionadores incorporados ou interfaces seriais (como I2C ou SPI), reduzindo a sobrecarga do microcontrolador necessária para a multiplexação. No entanto, o display básico com furos passantes, multiplexado e de ânodo comum permanece um componente fundamental e amplamente utilizado devido à sua simplicidade, robustez e capacidade de interface direta com microcontroladores de propósito geral.