Folha de Dados do Display LED LTC-46454JF - Dígito de 0,4 Polegadas - Cor Laranja-Amarela - Tensão Direta de 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTC-46454JF é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e quatro dígitos, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas nítidas e brilhantes. A sua função principal é representar visualmente dados numéricos, sendo comumente utilizado em instrumentação, painéis de controle industrial, eletrônicos de consumo e equipamentos de teste. A vantagem central deste dispositivo reside na utilização da avançada tecnologia de semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) para os chips LED, o que proporciona um desempenho superior em comparação com tecnologias mais antigas, como os LEDs padrão de GaAsP.

O mercado-alvo inclui projetistas e engenheiros que desenvolvem produtos onde a eficiência energética, a legibilidade e a confiabilidade são críticas. Isto inclui dispositivos portáteis operados por bateria, medidores de painel, displays para equipamentos médicos e qualquer sistema que requeira uma saída visual consistente e de baixa manutenção. O baixo requisito de corrente do dispositivo torna-o particularmente adequado para aplicações sensíveis ao consumo de energia.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho óptico é definido sob condições padrão de teste a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. O parâmetro chave, Intensidade Luminosa Média (Iv), tem um valor típico de 650 µcd quando acionado por uma corrente direta (IF) de 1mA por segmento. Esta medição é realizada utilizando um sensor e um filtro que aproximam a curva de resposta fotópica do olho da CIE, garantindo que o valor se correlacione com a percepção visual humana. A ampla faixa, de um mínimo de 200 µcd até o típico 650 µcd, indica um potencial processo de "binning" (classificação) para o brilho.

As características de cor são definidas pelo comprimento de onda. O Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λp) é tipicamente 611 nm, enquanto o Comprimento de Onda Dominante (λd) é tipicamente 605 nm, ambos medidos em IF=20mA. A diferença entre o comprimento de onda de pico e o dominante é normal para LEDs e está relacionada com a forma do espectro de emissão. A Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ) é de 17 nm, o que descreve a largura do espectro de luz emitida na metade da sua intensidade máxima. Uma meia-largura mais estreita indica uma cor mais pura e saturada. A combinação destes parâmetros define o tom laranja-amarelo distintivo do display.

2.2 Características Elétricas

Os parâmetros elétricos definem os limites e condições de operação para o display. As Especificações Absolutas Máximas estabelecem os limites para operação segura. A Corrente Direta Contínua por segmento é especificada em 25 mA a 25°C, com um fator de derating de 0,33 mA/°C. Isto significa que a corrente contínua máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente sobe acima de 25°C, para evitar superaquecimento e danos. Para operação pulsada, é permitida uma Corrente Direta de Pico de 90 mA sob condições específicas: um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 0,1ms. A Tensão Reversa máxima por segmento é de 5V; exceder este valor pode danificar a junção do LED.

O parâmetro de operação chave é a Tensão Direta (VF), que é tipicamente 2,6V com um máximo de 2,6V a uma corrente de teste de 20mA por segmento. O mínimo é listado como 2,05V. Esta faixa de Vf é crucial para projetar o circuito limitador de corrente. A Corrente Reversa (IR) é especificada com um máximo de 100 µA quando uma tensão reversa (VR) de 5V é aplicada, indicando a corrente de fuga no estado desligado.

2.3 Especificações Térmicas e Ambientais

O dispositivo é classificado para uma Faixa de Temperatura de Operação de -35°C a +85°C. Esta ampla faixa garante funcionalidade em várias condições ambientais, desde câmaras frigoríficas industriais até gabinetes quentes. A Faixa de Temperatura de Armazenamento é idêntica (-35°C a +85°C). Uma especificação de montagem crítica é a Temperatura Máxima de Soldagem: 260°C por uma duração máxima de 3 segundos, medida a 1,6mm abaixo do plano de assentamento. Esta diretriz é essencial para processos de soldagem por onda ou reflow, para evitar danos térmicos aos chips LED ou ao encapsulamento epóxi.

3. Explicação do Sistema de Binning

Embora a folha de dados não detalhe explicitamente um código formal de "binning", as faixas especificadas para os parâmetros-chave implicam que ocorre uma seleção ou classificação. A Intensidade Luminosa tem um mínimo de 200 µcd e um valor típico de 650 µcd, sugerindo que os dispositivos podem ser classificados com base no brilho de saída. A Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa é especificada como máxima de 2:1. Esta taxa define a variação máxima permitida no brilho entre diferentes segmentos dentro do mesmo dígito ou entre dígitos, garantindo uniformidade visual. Os dispositivos seriam testados para atender a este critério.

Da mesma forma, a Tensão Direta (VF) tem uma faixa (2,05V a 2,6V a 20mA). Os produtos podem ser agrupados com base no Vf para garantir requisitos consistentes de tensão de acionamento em um lote. As especificações de comprimento de onda dominante e de pico também indicam um controle rigoroso da cor, que é uma forma de "binning" de cromaticidade.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas" na página final. Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, as curvas padrão para tais dispositivos normalmente incluem:

• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta (Curva I-V):Este gráfico mostraria como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. É tipicamente não linear, com a eficiência frequentemente caindo em correntes muito altas devido a efeitos térmicos.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta:Isto mostra a característica de diodo do LED. A tensão aumenta logaritmicamente com a corrente.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva é crítica para entender o derating térmico. A saída de luz dos LEDs de AlInGaP geralmente diminui à medida que a temperatura da junção aumenta.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando a curva em forma de sino centrada em torno de 611 nm com uma meia-largura de 17 nm.

Estas curvas permitem que os projetistas prevejam o desempenho em condições não padrão, como acionar a uma corrente entre 1mA e 20mA, ou operar a temperaturas diferentes de 25°C.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

O dispositivo é um display padrão com altura de dígito de 0,4 polegadas (10,0 mm). As dimensões do pacote são fornecidas em um desenho (referenciado, mas não detalhado no texto), com todas as dimensões em milímetros e tolerâncias padrão de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. O design físico apresenta uma face cinza com segmentos brancos, o que melhora o contraste quando os LEDs estão desligados e difunde a luz emitida uniformemente quando ligados, contribuindo para a "excelente aparência dos caracteres" e "alto contraste" mencionados nas características.

O diagrama de conexão dos pinos e o diagrama do circuito interno são cruciais para o layout da PCB. O dispositivo tem uma configuração de 13 pinos. Utiliza uma arquitetura multiplexada de Ânodo Comum. Os pinos 6, 8, 9 e 12 são os ânodos comuns para os dígitos 4, 3, 2 e 1, respectivamente. O pino 13 é o ânodo comum para os indicadores de Dois Pontos Superior (UC) e Inferior (LC). Os cátodos dos segmentos individuais (A, B, C, D, E, F, G, DP) são trazidos para pinos separados. Esta configuração permite o acionamento multiplexado, onde os dígitos são iluminados um de cada vez em rápida sucessão, reduzindo o número total de pinos de acionamento necessários.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A diretriz principal fornecida é o limite de temperatura de soldagem: um máximo de 260°C por no máximo 3 segundos, medido a 1,6mm abaixo do plano de assentamento. Esta é uma especificação padrão para componentes de orifício passante usando soldagem por onda. Os projetistas devem garantir que o seu perfil de soldagem não exceda este choque térmico. Para soldagem manual, deve ser usado um ferro de soldar com controle de temperatura, e o tempo de contato com o pino deve ser minimizado.

Aplicam-se as precauções gerais de manuseio para LEDs: evitar tensão mecânica na lente de epóxi, proteger contra descarga eletrostática (ESD) durante o manuseio e armazenar em ambientes apropriados antiestáticos e controlados de humidade, se não for usado imediatamente.

7. Informações de Embalagem e Pedido

O número da peça é LTC-46454JF. O sufixo "JF" provavelmente indica um tipo específico de embalagem, configuração de pinos ou variante de cor (Laranja-Amarelo). O dispositivo é descrito como um display "AlInGaP Laranja-Amarelo Multiplex Ânodo Comum" com ponto decimal à direita. A embalagem padrão para tais displays é tipicamente em tubos ou bandejas antiestáticas para proteger os pinos e a lente durante o transporte e manuseio. Quantidades específicas em bobinas ou tubos não são listadas no excerto fornecido.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O design de ânodo comum multiplexado é ideal para aplicações acionadas por microcontrolador. Um circuito típico envolve o uso de portas de I/O de um microcontrolador ou um CI driver de LED dedicado. Os pinos de ânodo comum seriam conectados a transistores PNP ou MOSFETs de canal P (ou diretamente aos pinos do microcontrolador se a capacidade de fornecimento de corrente for suficiente), que são comutados para fornecer energia a cada dígito sequencialmente. Os pinos de cátodo do segmento são conectados a resistores limitadores de corrente e depois a transistores NPN, MOSFETs de canal N ou às saídas com capacidade de sumidouro de um driver IC/microcontrolador. O valor do resistor limitador de corrente é calculado usando a fórmula: R = (Vcc - Vf_led) / I_desejada. Com um Vcc de 5V, um Vf típico de 2,6V e uma corrente de segmento desejada de 10mA, o resistor seria aproximadamente (5 - 2,6) / 0,01 = 240 ohms.

8.2 Considerações de Projeto

• Frequência de Multiplexação:A taxa de atualização deve ser alta o suficiente para evitar cintilação visível, tipicamente acima de 60-100 Hz por dígito. Com 4 dígitos, a frequência de varredura precisa ser 4 vezes maior.
• Corrente de Pico:Em um design multiplexado, a corrente instantânea por segmento é maior do que a corrente média. Se a corrente média por segmento for direcionada para 5mA com um ciclo de trabalho de 1/4 (4 dígitos), a corrente instantânea durante o seu tempo LIGADO precisaria ser de 20mA. Isto deve ser verificado em relação às especificações máximas.
• Dissipação de Calor:Em correntes mais altas ou em altas temperaturas ambientes, garanta que a dissipação de potência por segmento (máx. 70mW) não seja excedida, considerando o fator de derating.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão é benéfico para painéis que podem ser visualizados a partir de posições fora do eixo.

9. Comparação Técnica

Comparado aos antigos displays LED vermelhos de GaAsP, a tecnologia AlInGaP no LTC-46454JF oferece uma eficiência luminosa significativamente maior. Isto significa que pode alcançar o mesmo ou maior brilho a uma corrente de acionamento mais baixa, permitindo diretamente a característica de "baixo requisito de energia". Também oferece tipicamente melhor estabilidade térmica e maior vida útil operacional. Comparado aos LEDs vermelhos contemporâneos de alto brilho, a cor laranja-amarela (605-611nm) proporciona excelente visibilidade e é frequentemente percebida subjetivamente como muito brilhante. Comparado aos displays fluorescentes a vácuo (VFDs) ou displays de cristal líquido (LCDs), este display LED oferece maior robustez, faixa de temperatura mais ampla, tempo de resposta mais rápido e não requer uma luz de fundo ou fonte de alta tensão, mas ao custo de um consumo de energia maior para displays com múltiplos dígitos do que os LCDs.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros)

P: Posso acionar este display com uma fonte de alimentação de microcontrolador de 3,3V?

R: Sim. A tensão direta típica é de 2,6V, deixando 0,7V para ser dissipada no resistor limitador de corrente a 3,3V. Isto é suficiente para operação, embora a margem de tensão disponível para definir a corrente com precisão seja reduzida em comparação com um sistema de 5V.

P: Qual é a corrente mínima necessária para ver um brilho visível?

R: A folha de dados especifica condições de teste até 1mA, onde a intensidade luminosa típica é de 650 µcd. Provavelmente será visível a correntes ainda mais baixas, embora o brilho seja muito fraco. As "características de baixa corrente" são uma característica chave.

P: Como controlo o ponto decimal e os dois pontos?

R: O ponto decimal (DP) tem o seu próprio pino de cátodo (Pino 3). Os dois pontos superior e inferior (UC, LC) compartilham um ânodo comum (Pino 13) e têm os seus cátodos conectados ao cátodo do segmento B (Pino 7). Para acender um dois pontos, deve ativar o ânodo comum do dígito Pino 13 e colocar o cátodo do segmento B (Pino 7) em nível baixo.

P: Por que a especificação de tensão reversa é de apenas 5V?

R: Os LEDs não são projetados para bloquear tensão reversa. A junção PN pode ser facilmente danificada por pequenas polarizações reversas. A especificação de 5V é um limite de segurança; o projeto do circuito deve garantir que a tensão reversa nunca seja aplicada, frequentemente usando diodos de proteção em paralelo com o LED em aplicações de sinal bidirecionais.

11. Caso de Uso Prático

Caso: Projetando uma Leitura de Voltímetro de 4 Dígitos.Um projetista está criando uma unidade de fonte de alimentação de bancada que requer uma leitura de tensão clara. Ele seleciona o LTC-46454JF pelo seu brilho e legibilidade. O sistema utiliza um microcontrolador com um ADC para medir a tensão de saída. O firmware do microcontrolador implementa uma rotina de multiplexação, percorrendo os quatro dígitos. Os padrões de segmento para os números 0-9 são armazenados em uma tabela de consulta. O projetista calcula os resistores limitadores de corrente para uma corrente média de segmento de 8mA, considerando a multiplexação com ciclo de trabalho de 1/4 (portanto, a corrente instantânea é de ~32mA, que está dentro da especificação de pico, mas eles podem reduzi-la para permanecer dentro das especificações contínuas). Eles usam uma linha de 5V para o display. A face cinza do display combina bem com o painel frontal do instrumento, e os dígitos laranja-amarelos são facilmente visíveis sob várias condições de iluminação em um laboratório.

12. Introdução ao Princípio Tecnológico

A tecnologia central é o sistema de material semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) cultivado em um substrato de GaAs (Arseneto de Gálio) não transparente. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção PN deste semicondutor, elétrons e lacunas se recombinam, liberando energia na forma de fótons (luz). O comprimento de onda específico desta luz - neste caso, laranja-amarelo em torno de 611 nm - é determinado pela energia da banda proibida da liga de AlInGaP, que é projetada durante o processo de crescimento do cristal. O substrato de GaAs não transparente absorve qualquer luz emitida para baixo, melhorando o contraste ao reduzir a reflexão interna e a dispersão que poderiam causar um efeito de "auréola" ao redor dos segmentos. O layout de sete segmentos é um padrão padronizado onde diferentes combinações dos segmentos (rotulados de A a G) são iluminados para formar os numerais de 0 a 9 e algumas letras.

13. Tendências Tecnológicas

Embora os displays LED discretos de sete segmentos, como o LTC-46454JF, permaneçam relevantes para aplicações específicas que requerem alto brilho, simplicidade e robustez, a tendência geral na tecnologia de display mudou para soluções integradas. Displays LED de matriz de pontos e OLEDs oferecem maior flexibilidade para mostrar caracteres alfanuméricos e gráficos. Para leituras numéricas simples, os LCDs dominam em aplicações de ultrabaixo consumo. No entanto, as vantagens inerentes dos LEDs - alto brilho, autoemissão, ampla faixa de temperatura e longa vida útil - garantem o seu uso contínuo em equipamentos industriais, automotivos e externos onde estes fatores são primordiais. Avanços em materiais de LED, como o AlInGaP mais eficiente e o surgimento de LEDs azuis/verdes/brancos baseados em GaN, expandiram as opções de cores e a eficiência para produtos de display mais novos.