Folha de Dados do Display LED LTS-313AJD - Dígito de 0,3 Polegadas - Cor Vermelho Hiper - Tensão Direta de 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um módulo de display alfanumérico compacto, de um dígito e sete segmentos. O dispositivo foi projetado para aplicações que exigem indicação numérica clara e brilhante com consumo mínimo de energia. A sua filosofia de design centraliza-se em fornecer excelente legibilidade e fiabilidade num formato reduzido.

O display utiliza materiais semicondutores avançados para alcançar a sua característica de saída. É categorizado para intensidade luminosa consistente, garantindo uniformidade na produção em lote e desempenho previsível nas aplicações do utilizador final.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste display incluem o seu requisito de corrente muito baixo, o que o torna adequado para circuitos alimentados por bateria ou sensíveis à energia. O alto brilho e contraste, combinados com um amplo ângulo de visão, garantem legibilidade sob várias condições de iluminação e de diferentes perspetivas. A construção de estado sólido oferece fiabilidade inerente e longa vida operacional em comparação com displays mecânicos ou baseados em filamento.

A sua altura de dígito de 0,3 polegadas posiciona-o idealmente para instrumentos portáteis, eletrónica de consumo, medidores de painel, interfaces de controlo industrial e qualquer sistema embebido onde o espaço é limitado, mas o feedback numérico claro é essencial. O design de segmento contínuo e uniforme contribui para uma excelente aparência dos caracteres, melhorando a experiência do utilizador.

2. Análise Aprofundada das Especificações Técnicas

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos parâmetros elétricos, óticos e físicos definidos na folha de dados.

2.1 Características Fotométricas e Óticas

Os elementos emissores de luz são baseados na tecnologia de semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP), especificamente numa formulação de cor Vermelho Hiper. Este sistema de material é conhecido pela alta eficiência e boa estabilidade térmica na região de comprimento de onda vermelho-alaranjado.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Variando de 200 a 600 microcandelas (μcd) a uma corrente de teste padrão de 1mA. Este parâmetro define o brilho percebido. A categorização mencionada implica que os dispositivos são agrupados ou classificados com base na intensidade medida para se enquadrarem nesta gama garantida.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):Tipicamente 650 nanómetros (nm). Este é o comprimento de onda no qual a potência ótica de saída é máxima.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 639 nm. Este é o comprimento de onda percebido pelo olho humano e é a métrica chave para definir a cor (Vermelho Hiper).
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):Aproximadamente 20 nm. Isto indica a pureza espectral ou a dispersão dos comprimentos de onda emitidos em torno do pico. Um valor de 20nm é característico dos LEDs AlInGaP.
• Razão de Correspondência de Intensidade Luminosa:Especificada como um máximo de 2:1. Este é um parâmetro crítico para displays multi-dígito ou aplicações que usam múltiplos segmentos, garantindo que a variação de brilho entre o segmento mais brilhante e o mais fraco não exceda esta razão, proporcionando uma aparência uniforme.

2.2 Parâmetros Elétricos

As características elétricas definem os limites operacionais e as condições típicas para o dispositivo.

• Tensão Direta por Segmento (V_F):Tipicamente 2,1V, com um máximo de 2,6V, medido a uma corrente direta (I_F) de 20mA. Esta é a queda de tensão através de um segmento iluminado. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento pode fornecer tensão suficiente.
• Corrente Direta Contínua por Segmento (I_F):A classificação absoluta máxima é de 25mA a 25°C. Um fator de derating de 0,33 mA/°C aplica-se acima de 25°C, o que significa que a corrente contínua permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta para evitar sobreaquecimento.
• Corrente Direta de Pico:É permitida uma corrente pulsada de até 90mA sob condições específicas (ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1ms). Isto permite esquemas de multiplexagem ou rajadas curtas de maior brilho.
• Tensão Reversa (V_R):Máximo 5V. Exceder este valor pode danificar a junção do LED. Os projetos de circuito devem incorporar proteção se for possível a ocorrência de tensão reversa.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo 100 μA à tensão reversa total de 5V, indicando a corrente de fuga no estado desligado.
• Dissipação de Potência por Segmento:Máximo 70 mW. Este limite térmico, combinado com o derating de corrente, é crucial para os cálculos de fiabilidade.

2.3 Classificações Térmicas e Ambientais

• Gama de Temperatura de Funcionamento:-35°C a +85°C. O dispositivo é classificado para ambientes de grau industrial.
• Gama de Temperatura de Armazenamento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Um máximo de 260°C por um máximo de 3 segundos, medido a 1,6mm (1/16 de polegada) abaixo do plano de assentamento. Esta é uma diretriz padrão para processos de soldadura por onda ou reflow para evitar danos térmicos no encapsulamento ou no chip.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados afirma explicitamente que o dispositivo é \"categorizado para intensidade luminosa.\" Isto refere-se a uma prática comum na fabricação de LEDs conhecida como \"binning.\"

Devido a variações menores inerentes no crescimento epitaxial do semicondutor e no processo de fabricação, os LEDs do mesmo lote de produção podem ter ligeiras diferenças em parâmetros-chave como intensidade luminosa e tensão direta. Para garantir consistência aos clientes, os fabricantes testam cada LED e classificam-nos em diferentes grupos de desempenho ou \"bins.\" Um produto categorizado para intensidade luminosa significa que as unidades são garantidas para cumprir a gama de intensidade especificada (200-600 μcd neste caso), e, frequentemente, bins mais apertados dentro dessa gama podem ser solicitados para aplicações de alta uniformidade. Embora não detalhado nesta breve folha de dados, outros parâmetros comuns de binning podem incluir comprimento de onda dominante (para consistência de cor) e tensão direta.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados referencia curvas características típicas. Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, podemos inferir o seu conteúdo padrão e significado com base nos parâmetros listados.

4.1 Corrente vs. Tensão (Curva I-V)

Uma curva I-V típica mostraria a relação exponencial entre a corrente direta e a tensão direta. A curva passaria pelo ponto típico V_Fde 2,1V a 20mA. Esta curva é essencial para projetar o circuito limitador de corrente, quer se use um simples resistor ou um driver de corrente constante.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (I_Vvs. I_F)

Este gráfico mostraria como o brilho aumenta com a corrente. É tipicamente linear numa gama, mas saturará a correntes mais altas devido ao droop térmico e de eficiência. A curva mostraria a intensidade na condição de teste de 1mA e ilustraria o desempenho até à corrente contínua máxima.

4.3 Dependência da Temperatura

Curvas características observadas a temperaturas diferentes de 25°C ilustrariam dependências-chave:

• Tensão Direta vs. Temperatura:Para LEDs AlInGaP, V_Ftipicamente diminui com o aumento da temperatura (coeficiente de temperatura negativo). Isto é importante para a gestão térmica e o design de acionamento de corrente constante.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura:A intensidade de saída geralmente diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. O derating da corrente contínua está diretamente ligado à gestão deste efeito térmico para manter o brilho e a longevidade.

4.4 Distribuição Espectral

Um gráfico espectral visualizaria a distribuição de potência da luz emitida através dos comprimentos de onda, centrada em torno de 650nm (pico) com uma largura a meia altura de 20nm, confirmando o ponto de cor Vermelho Hiper.

5. Informação Mecânica e de Encapsulamento

O dispositivo tem uma face cinzenta com segmentos brancos, o que melhora o contraste ao reduzir a reflexão da luz ambiente. As dimensões do encapsulamento são fornecidas em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25mm. A pegada exata e o espaçamento dos pinos são críticos para o layout da PCB. O diagrama de circuito interno confirma uma configuração de cátodo comum para todos os segmentos e os pontos decimais. Isto significa que todos os cátodos (terminais negativos) dos segmentos LED estão ligados internamente a pinos comuns (1 e 6), enquanto cada ânodo do segmento (terminal positivo) tem o seu próprio pino dedicado. Esta configuração é comum e simplifica a multiplexagem em aplicações acionadas por microcontrolador.

6. Ligação dos Pinos e Interface do Circuito

O dispositivo de 10 pinos tem a seguinte pinagem:

1. Cátodo Comum
2. Ânodo F (Segmento superior)
3. Ânodo G (Segmento central)
4. Ânodo E (Segmento inferior esquerdo)
5. Ânodo D (Segmento inferior)
6. Cátodo Comum (ligado internamente ao pino 1)
7. Ânodo RDP (Ponto Decimal Direito)
8. Ânodo C (Segmento inferior direito)
9. Ânodo B (Segmento superior direito)
10. Ânodo A (Segmento superior)

Nota: A folha de dados também menciona \"Ponto Decimal Dir. e Esq.\", indicando que o dispositivo inclui pontos decimais direito e esquerdo, embora apenas o ânodo do ponto decimal direito (RDP) esteja listado na tabela de ligação de pinos. O ponto decimal esquerdo está provavelmente ligado internamente a outro ânodo de segmento ou não é acessível separadamente nesta versão. A ligação de cátodo comum nos pinos 1 e 6 permite flexibilidade no encaminhamento da PCB e na dissipação de calor.

7. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A diretriz principal fornecida é o limite de temperatura de soldadura: 260°C máximo durante 3 segundos a 1,6mm abaixo do plano de assentamento. Isto está alinhado com as diretrizes padrão IPC para componentes de orifício passante. Para soldadura por onda, isto significa controlar o pré-aquecimento e o tempo de contacto. Para soldadura manual, deve ser usado um ferro com controlo de temperatura para evitar a aplicação prolongada de calor. Devem ser observadas as precauções padrão ESD (Descarga Eletrostática) durante a manipulação, pois os LEDs são sensíveis à eletricidade estática. O armazenamento deve ser feito dentro da gama de temperatura especificada num ambiente de baixa humidade.

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Design

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Multímetros Portáteis e Equipamento de Teste:O baixo consumo de corrente é ideal para a vida da bateria.
• Eletrodomésticos:Temporizadores, leituras de temperatura em fornos ou aquecedores.
• Painéis de Controlo Industrial:Indicadores de estado, displays de contador.
• Displays para Automóvel (Aftermarket):Para medidores auxiliares (tensão, temperatura).
• Kits Educativos e Prototipagem:Devido à sua simplicidade e interface comum.

8.2 Considerações de Design

• Limitação de Corrente:Utilize sempre um resistor em série ou um driver de corrente constante para cada ânodo de segmento. O valor do resistor pode ser calculado como R = (Tensão de Alimentação - V_F) / I_F. Para uma alimentação de 5V e visando 10mA com uma V_Ftípica de 2,1V: R = (5 - 2,1) / 0,01 = 290Ω. Um resistor padrão de 270Ω ou 330Ω seria adequado.
• Multiplexagem:Para displays multi-dígitos, uma configuração de cátodo comum é facilmente multiplexada. Ao ativar sequencialmente o cátodo comum de cada dígito e apresentar os dados do segmento para esse dígito, muitos dígitos podem ser controlados com menos pinos de I/O. A classificação de corrente de pico permite correntes pulsadas mais altas durante o ciclo de multiplexagem para alcançar brilho médio.
• Interface com Microcontrolador:Tipicamente requer 8 linhas de I/O (7 segmentos + 1 decimal) por dígito se não for multiplexado, mais um transistor ou CI driver para drenar a corrente do cátodo comum, que é a soma das correntes de todos os segmentos acesos nesse dígito.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão permite posições de montagem flexíveis, mas para legibilidade ótima, considere a linha de visão principal do utilizador.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com tecnologias mais antigas como displays incandescentes ou de fluorescência a vácuo (VFDs), este display LED oferece consumo de energia significativamente menor, maior vida útil e maior resistência a choques/vibrações. Dentro da família de displays LED, o uso de AlInGaP para Vermelho Hiper oferece vantagens sobre os LEDs vermelhos GaAsP mais antigos, tipicamente fornecendo maior eficiência (mais luz por mA), melhor estabilidade térmica e uma cor vermelha mais saturada. O tamanho de 0,3 polegadas é menor do que os displays comuns de 0,5 ou 0,56 polegadas, oferecendo maior densidade ou designs mais compactos. O baixo requisito de corrente (eficaz mesmo a 1mA) é um diferenciador chave para designs com restrições de energia em comparação com displays que requerem 5-20mA por segmento para brilho padrão.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

10.1 Qual é o propósito dos dois pinos de cátodo comum (1 e 6)?

Eles estão ligados internamente. Fornecer dois pinos permite uma melhor distribuição de corrente, reduz a densidade de corrente por pino, ajuda na flexibilidade do layout da PCB (encaminhamento de qualquer lado) e pode melhorar a dissipação de calor do chip.

10.2 Posso acionar este display diretamente a partir de um pino de um microcontrolador?

Pode ligar os ânodos dos segmentos aos pinos de saída do microcontrolador, masdeveincluir um resistor limitador de corrente em série com cada pino. O pino do microcontrolador sozinho não pode limitar a corrente com segurança. Além disso, a corrente do cátodo comum (até 25mA x número de segmentos acesos) provavelmente excederá a capacidade de drenagem de um único pino do microcontrolador, exigindo um transistor externo ou CI driver (como um ULN2003) para comutar o cátodo.

10.3 O que significa \"Vermelho Hiper\" em comparação com o Vermelho padrão?

\"Vermelho Hiper\" é um termo de marketing frequentemente usado para LEDs AlInGaP com um comprimento de onda dominante em torno de 630-640nm. Aparece como um vermelho mais profundo, com um tom mais alaranjado, em comparação com o \"Vermelho Profundo\" de comprimento de onda ligeiramente mais longo (660-670nm) ou o \"Vermelho\" padrão mais curto e mais alaranjado (620-625nm). Oferece um bom equilíbrio entre brilho visual e distinção de cor.

10.4 Como consigo brilho uniforme em todos os dígitos num design multi-dígito?

Use a técnica de multiplexagem e garanta que os resistores limitadores de corrente sejam idênticos para todos os segmentos correspondentes entre dígitos. A especificação da razão de correspondência de intensidade (máx. 2:1) na folha de dados ajuda, mas para melhores resultados, use LEDs do mesmo bin de produção ou implemente calibração de brilho por software se o seu driver permitir modulação por largura de pulso (PWM).

11. Exemplo de Design e Caso de Utilização

Cenário: Projetar um display simples de voltímetro de 3 dígitos.

1. Topologia do Circuito:Use três displays LTS-313AJD numa configuração multiplexada. Os ânodos dos segmentos (A-G, DP) dos três displays são ligados em paralelo. Os pinos de cátodo comum de cada display são ligados ao coletor de um transistor NPN separado (ex., 2N3904), com o emissor ligado ao terra. A base do transistor é acionada por um pino do microcontrolador através de um resistor de base.
2. Função do Microcontrolador:Um ADC lê a tensão. O firmware converte o valor para três dígitos. Em seguida, entra num ciclo rápido: desliga todos os transistores de cátodo, envia o padrão de segmentos para o Dígito 1 para as linhas de ânodo paralelas (através de resistores em série), liga o transistor de cátodo para o Dígito 1, aguarda um curto período (ex., 2ms), depois repete para o Dígito 2 e Dígito 3. O ciclo repete-se suficientemente rápido (ex., >60Hz) para aparecer como um display estável e sem cintilação.
3. Cálculos:Se cada segmento for acionado a 5mA durante o seu tempo ativo, e três segmentos estiverem acesos por dígito (ex., mostrando \"1\"), a corrente de pico por segmento é 5mA. A corrente média por segmento é 5mA / 3 (para multiplexagem de 3 dígitos) ≈ 1,67mA, o que está bem dentro dos limites e conserva energia. O transistor de cátodo deve drenar 3 segmentos * 5mA = 15mA, o que é facilmente suportado.

12. Introdução ao Princípio Operacional

Um display LED de sete segmentos é uma matriz de díodos emissores de luz dispostos num padrão de figura de oito. Cada díodo (segmento) é um dispositivo semicondutor de junção p-n. Quando uma tensão direta que excede o limiar da junção (aproximadamente 2,1V para este tipo AlInGaP) é aplicada, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa, libertando energia na forma de fotões (luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor, que é projetada no composto AlInGaP. Ao aplicar seletivamente corrente a diferentes combinações dos sete segmentos (A a G), podem ser formados os numerais 0-9 e algumas letras. A configuração de cátodo comum liga internamente todos os lados negativos destes díodos, simplificando o controlo externo.

13. Tendências e Contexto Tecnológico

Displays LED de sete segmentos discretos como este representam uma tecnologia madura e fiável. As tendências atuais na tecnologia de display estão a mover-se para uma maior integração, como módulos multi-dígitos com controladores incorporados (ex., drivers TM1637 ou MAX7219) que comunicam via I2C ou SPI, reduzindo drasticamente o I/O do microcontrolador e a sobrecarga de software. Há também uma mudança para displays orgânicos LED (OLED) e flexíveis para gráficos mais complexos. No entanto, para indicação numérica simples, brilhante, de baixo custo e baixo consumo em ambientes adversos (ampla gama de temperatura, alto brilho necessário), os segmentos LED discretos permanecem uma solução dominante e ótima. O desenvolvimento contínuo em materiais LED, como AlInGaP e InGaN (para azul/verde) mais eficientes, continua a melhorar a eficiência, o brilho e as opções de cor para tais displays.