Ficha Técnica do Display LED LTC-5723JD - Altura do Dígito 0,56 Polegadas - Vermelho AlInGaP - Cátodo Comum Multiplexado - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTC-5723JD é um módulo de display de sete segmentos e quatro dígitos de alto desempenho, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras e brilhantes. Sua função principal é representar visualmente dados numéricos através de quatro dígitos distintos, cada um composto por sete segmentos endereçáveis individualmente mais um ponto decimal. A tecnologia central por trás deste display é o uso de chips de diodo emissor de luz (LED) de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP), que são renomados por sua alta eficiência e excelente saída luminosa no espectro vermelho. Esses chips são fabricados em um substrato não transparente de Arseneto de Gálio (GaAs), contribuindo para o contraste e desempenho geral do dispositivo. O display apresenta um painel frontal cinza com marcações de segmento brancas, melhorando a legibilidade ao fornecer um fundo de alto contraste para os segmentos vermelhos iluminados. Esta combinação é particularmente eficaz em várias condições de iluminação, garantindo que a informação exibida seja facilmente discernível.

O dispositivo é projetado para operação multiplexada, utilizando uma configuração de cátodo comum para cada dígito. Este projeto reduz significativamente o número de pinos de entrada/saída necessários de um microcontrolador ou circuito de acionamento, tornando-o uma solução eficiente em espaço e custo-benefício para displays de múltiplos dígitos. Ao ativar sequencialmente cada dígito em alta frequência, todos os quatro dígitos parecem estar continuamente iluminados para o olho humano, uma técnica padrão em displays LED multiplexados. O LTC-5723JD é categorizado por intensidade luminosa, o que significa que as unidades são classificadas e vendidas de acordo com faixas específicas de brilho, permitindo que os projetistas selecionem peças que atendam aos requisitos precisos da aplicação para uniformidade ou limites mínimos de brilho.

1.1 Características e Vantagens Principais

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

• Desempenho Óptico:Ele oferece alto brilho e alto contraste, garantindo excelente aparência e legibilidade dos caracteres, mesmo em ambientes bem iluminados. O amplo ângulo de visão permite que o display seja lido claramente de várias posições, não apenas diretamente de frente.
• Eficiência Elétrica:O dispositivo tem uma baixa exigência de potência por segmento, contribuindo para um menor consumo geral de energia do sistema. O uso da tecnologia de alta eficiência AlInGaP é central para alcançar este desempenho.
• Design e Confiabilidade:Apresenta segmentos uniformes e contínuos, que proporcionam uma estética limpa e profissional sem quebras visíveis nas barras iluminadas. Como um dispositivo de estado sólido, oferece confiabilidade e longevidade superiores em comparação com displays mecânicos ou baseados em vácuo, sem partes móveis ou filamentos para se desgastarem.
• Características Físicas:Com uma altura de dígito de 0,56 polegadas (14,2 mm), fornece um display numérico grande e facilmente legível, adequado para medidores de painel, equipamentos de teste e outros dispositivos onde os dados devem ser monitorados à distância.

2. Especificações Técnicas e Interpretação Objetiva

Esta seção fornece uma análise objetiva e detalhada dos parâmetros elétricos, ópticos e físicos especificados na ficha técnica. Compreender estas especificações é crucial para o projeto adequado do circuito e para garantir a operação confiável dentro dos limites do dispositivo.

2.1 Valores Nominais Absolutos Máximos

Estes valores definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida e deve ser evitada no uso normal.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que pode ser dissipada com segurança na forma de calor por um único segmento LED sob qualquer condição.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:90 mA. Esta corrente é permitida apenas sob condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 0,1 ms. É usada para alcançar brilho instantâneo muito alto, por exemplo, em esquemas multiplexados.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA a 25°C. Este valor nominal diminui linearmente acima de 25°C a uma taxa de 0,28 mA/°C. Para operação confiável de longo prazo, a corrente contínua deve ser reduzida conforme a temperatura ambiente aumenta para evitar superaquecimento.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V. Aplicar uma tensão reversa maior que este valor pode quebrar a junção do LED.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo é classificado para faixas de temperatura industrial.
• Temperatura de Soldagem:Máximo de 260°C por no máximo 3 segundos, medido 1,6mm abaixo do plano de assentamento. Isto é crítico para processos de soldagem por onda ou refusão para evitar danos térmicos aos chips LED ou ao encapsulamento.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são tipicamente medidos a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C e definem o desempenho operacional normal do dispositivo.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):340 μcd (Mín), 700 μcd (Típ) a uma corrente direta (I_F) de 1 mA. Esta é uma medida do brilho percebido de um segmento. A ampla faixa indica que o dispositivo está disponível em diferentes classificações de brilho.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):650 nm (Típ) a I_F=20 mA. Este é o comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é maior, situando-o na parte vermelha brilhante do espectro visível.
• Largura de Meia Linha Espectral (Δλ):20 nm (Típ) a I_F=20 mA. Isto indica a pureza espectral; um valor menor significa uma saída mais monocromática (cor pura).
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):639 nm (Típ) a I_F=20 mA. Este é o comprimento de onda único que melhor representa a cor percebida da luz.
• Tensão Direta (V_F):2,1V (Típ), 2,6V (Máx) a I_F=20 mA. Esta é a queda de tensão através do LED durante a operação. É crucial para projetar o circuito limitador de corrente.
• Corrente Reversa (I_R):100 μA (Máx) a uma tensão reversa (V_R) de 5V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o LED é polarizado reversamente dentro de sua classificação máxima.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx) a I_F=1 mA. Isto especifica a variação máxima permitida de brilho entre diferentes segmentos do mesmo dispositivo, garantindo uniformidade visual.

Nota sobre Medição:A intensidade luminosa é medida usando uma combinação de sensor e filtro que se aproxima da curva de resposta fotópica do olho CIE, garantindo que os valores correspondam à percepção humana de brilho.

3. Explicação do Sistema de Classificação

A ficha técnica indica que o dispositivo é \"categorizado para intensidade luminosa.\" Isto se refere a uma prática comum na fabricação de LEDs conhecida como classificação (binning).

• Classificação por Intensidade Luminosa:Devido a variações inerentes no processo de fabricação de semicondutores, LEDs do mesmo lote de produção podem ter saídas de brilho ligeiramente diferentes. Os fabricantes testam e classificam (bin) esses LEDs em grupos com base em sua intensidade luminosa medida em uma corrente de teste padrão (ex.: 1 mA). O LTC-5723JD está disponível com uma intensidade mínima de 340 μcd e uma típica de 700 μcd. Códigos de pedido específicos ou sufixos provavelmente correspondem a diferentes classificações de brilho (ex.: uma classificação padrão e uma de alto brilho). Os projetistas podem especificar a classificação necessária para garantir consistência entre múltiplos displays em um produto ou para atender a um requisito mínimo de brilho.
• Classificação por Comprimento de Onda/Cor:Embora não detalhado explicitamente no trecho fornecido, LEDs AlInGaP também podem ser classificados por comprimento de onda dominante ou de pico para garantir um tom consistente de vermelho em todos os segmentos e dispositivos. Os valores típicos apertados para λ_p(650 nm) e λ_d(639 nm) sugerem boa consistência de cor inerente.

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, as curvas padrão para tais dispositivos normalmente incluem:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I_F-V_F):Esta curva não linear mostra quanta tensão é necessária para alcançar uma determinada corrente direta. É essencial para projetar o circuito de acionamento, especialmente para drivers de corrente constante.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Curva I_V-I_F):Esta curva mostra como o brilho aumenta com a corrente. Geralmente é linear em uma faixa, mas satura em correntes muito altas. Ajuda a determinar a corrente operacional necessária para alcançar um nível de brilho desejado.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente (Curva I_V-T_a):Isto mostra como o brilho diminui à medida que a temperatura ambiente (ou da junção) aumenta. Esta redução é crítica para aplicações que operam em ambientes de alta temperatura.
• Intensidade Relativa vs. Comprimento de Onda (Espectro):Um gráfico mostrando a distribuição da saída de luz através de diferentes comprimentos de onda, centrado no comprimento de onda de emissão de pico. Define as características de cor do LED.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O desenho mecânico fornece dimensões críticas para o projeto da área de montagem na PCB e dos recortes no painel. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. As características principais incluem o comprimento, largura e altura total do encapsulamento, o espaçamento entre os dígitos, o tamanho e a posição dos pinos de montagem e a localização do ponto decimal em relação aos dígitos. Os projetistas devem aderir a estas dimensões para garantir o encaixe físico e o alinhamento adequados na montagem final do produto.

5.2 Conexão dos Pinos e Diagrama do Circuito Interno

O dispositivo tem uma configuração de 12 pinos. O diagrama do circuito interno revela uma arquitetura multiplexada de cátodo comum.

• Pinagem:
  
  1: Ânodo E
  
  2: Ânodo D
  
  3: Ânodo DP (Ponto Decimal)
  
  4: Ânodo C
  
  5: Ânodo G
  
  6: Cátodo Comum (Dígito 4)
  
  7: Ânodo B
  
  8: Cátodo Comum (Dígito 3)
  
  9: Cátodo Comum (Dígito 2)
  
  10: Ânodo F
  
  11: Ânodo A
  
  12: Cátodo Comum (Dígito 1)
• Arquitetura do Circuito:Todos os ânodos de segmentos similares (ex.: todos os segmentos \"A\" dos dígitos 1-4) são conectados internamente a um único pino. Cada dígito tem seu próprio pino de cátodo comum dedicado. Para iluminar um segmento específico em um dígito específico, o pino do ânodo correspondente deve ser acionado em nível alto (ou conectado a uma fonte de corrente), e o pino do cátodo do dígito correspondente deve ser acionado em nível baixo (conectado ao terra). Esta estrutura minimiza as linhas de acionamento necessárias de 32 (4 dígitos * 8 segmentos) para apenas 12 (7 ânodos de segmento + 1 ânodo DP + 4 cátodos de dígito).

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A adesão ao perfil de soldagem especificado é obrigatória para evitar danos.

• Parâmetros de Soldagem por Refusão:A temperatura máxima permitida na junção do terminal/solda é de 260°C, e esta temperatura não deve ser mantida por mais de 3 segundos. O perfil deve ser projetado para permanecer dentro desta janela. O pré-aquecimento é necessário para minimizar o choque térmico.
• Soldagem Manual:Se a soldagem manual for necessária, deve ser usado um ferro de soldar com controle de temperatura. O tempo de contato por pino deve ser minimizado, idealmente para menos de 3 segundos, usando uma ponta de baixa massa térmica.
• Limpeza:Use apenas agentes de limpeza compatíveis com o plástico frontal do display e os materiais de epóxi. Solventes agressivos devem ser evitados.
• Condições de Armazenamento:O dispositivo deve ser armazenado em sua bolsa original de barreira de umidade em um ambiente dentro da faixa de temperatura de armazenamento (-35°C a +85°C) e com baixa umidade. Se a bolsa foi aberta, os dispositivos devem ser usados dentro de um prazo especificado ou pré-aquecidos antes da soldagem se tiverem absorvido umidade.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Equipamentos de Teste e Medição:Multímetros digitais, osciloscópios, fontes de alimentação e frequencímetros.
• Controles e Instrumentação Industrial:Medidores de painel para monitoramento de temperatura, pressão, vazão e nível; temporizadores de processo; displays de contador.
• Eletrônicos de Consumo e Comerciais:Sistemas de ponto de venda, balanças, rádios-relógio e displays de eletrodomésticos.
• Mercado Automotivo Secundário:Medidores e ferramentas de diagnóstico (onde as especificações ambientais são atendidas).

7.2 Considerações de Projeto e Circuito de Acionamento

• Driver Multiplexado:Um microcontrolador ou CI driver de display dedicado (ex.: MAX7219, TM1637) é quase sempre necessário. O firmware ou hardware deve alternar rapidamente entre os quatro dígitos (tipicamente >100 Hz) para evitar cintilação visível.
• Limitação de Corrente:Cada linha de ânodo ou cátodo deve ter resistores limitadores de corrente apropriados ou ser acionada por uma fonte de corrente constante. O valor do resistor é calculado usando R = (V_fonte- V_F) / I_F. Para uma fonte de 5V e uma I_Falvo de 10 mA com uma V_Ftípica de 2,1V, R = (5 - 2,1) / 0,01 = 290 Ω. Um resistor de 270 Ω ou 330 Ω seria adequado.
• Dissipação de Potência:Calcule a potência total para o pior cenário (todos os segmentos de um dígito ligados). Com 8 segmentos a 10 mA cada e V_F=2,1V, a potência por dígito é 8 * 0,01 * 2,1 = 0,168W. Certifique-se de que o circuito de acionamento pode lidar com isso.
• Ângulo de Visão e Montagem:Posicione o display atrás do recorte do painel para que a moldura não obstrua o amplo ângulo de visão. Garanta suporte traseiro uniforme para evitar tensão nos pinos.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a outras tecnologias de display e tipos de LED:

• vs. LCD:LEDs são emissivos (produzem sua própria luz), oferecendo brilho superior, ângulos de visão mais amplos e melhor desempenho em ambientes de baixa temperatura. Eles não requerem luz de fundo. No entanto, normalmente consomem mais energia do que LCDs reflexivos e têm uma cor fixa.
• vs. Outras Cores de LED (GaAsP, GaP):A tecnologia AlInGaP, como usada no LTC-5723JD, oferece eficiência luminosa significativamente maior e melhor estabilidade térmica do que materiais de LED vermelho mais antigos como GaAsP, resultando em displays mais brilhantes com cor mais consistente em relação à temperatura.
• vs. Displays de Dígito Único ou Menores:A integração de quatro dígitos em um único encapsulamento economiza espaço na PCB, reduz o tempo de montagem e melhora a precisão do alinhamento em comparação com o uso de quatro displays de dígito único separados.
• vs. Displays de Ânodo Comum:A escolha entre cátodo comum e ânodo comum é frequentemente ditada pelo CI driver ou circuito do microcontrolador. Cátodo comum é frequentemente usado com microcontroladores que fornecem corrente bem, mas drenam menos, pois podem fornecer corrente para os ânodos e usar transistores NPN ou MOSFETs de canal N para drenar as correntes de cátodo mais altas.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

• P: Posso acionar este display com um microcontrolador de 3,3V?
  
  R: Sim, mas você deve verificar a tensão direta. Em uma corrente de acionamento mais baixa (ex.: 5 mA), V_Fpode estar em torno de 2,0V, deixando 1,3V para o resistor limitador de corrente, o que é suficiente. Você pode precisar reduzir a corrente alvo para manter o brilho ou usar um CI driver que possa elevar a tensão para os segmentos.
• P: Por que a corrente de pico (90 mA) é tão maior que a corrente contínua (25 mA)?
  
  R: LEDs podem suportar pulsos de corrente muito altos e curtos sem superaquecer porque a massa térmica do chip impede um aumento rápido de temperatura. Isto é explorado na multiplexação, onde cada dígito está ligado apenas 25% do tempo (ciclo de trabalho de 1/4). Uma corrente de pico de 40-50 mA com 25% de ciclo de trabalho pode fazer o display parecer muito mais brilhante do que operar a 25 mA continuamente.
• P: O que significa \"taxa de compatibilidade de intensidade luminosa 2:1\" na prática?
  
  R: Significa que, dentro de um único dispositivo, o segmento mais fraco não será menos da metade do brilho do segmento mais brilhante sob as mesmas condições de teste. Isto garante uniformidade visual em todo o display. Para aplicações críticas, especificar uma classificação mais apertada (ex.: 1,5:1) pode ser necessário.
• P: Como calculo a taxa de atualização para multiplexação?
  
  R: Todo o ciclo de iluminação dos quatro dígitos deve ser concluído a uma taxa alta o suficiente para evitar cintilação, tipicamente >60-100 Hz. Portanto, o período para cada dígito é 1/(Taxa de Atualização * Número de Dígitos). Para uma atualização de 100 Hz e 4 dígitos, cada dígito fica ligado por 1/400s = 2,5 ms. O temporizador do microcontrolador deve alternar os dígitos a cada 2,5 ms.

10. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Projetando um Voltímetro Simples de 4 Dígitos.

Um projetista está criando um voltímetro DC de 0-30V. A tensão analógica é lida pelo ADC de um microcontrolador. O microcontrolador deve acionar o display LTC-5723JD.

1. Projeto de Hardware:Os pinos de I/O do microcontrolador são conectados às 8 linhas de ânodo (A-G, DP) via resistores limitadores de corrente de 330Ω. Quatro outros pinos de I/O são conectados às bases de quatro transistores NPN (ex.: 2N3904). Os coletores desses transistores conectam-se aos quatro pinos de cátodo (Dígitos 1-4), e os emissores conectam-se ao terra. Um resistor de base (ex.: 4,7kΩ) é usado para cada transistor.
2. Lógica do Firmware:O firmware converte a leitura do ADC em quatro dígitos separados. Ele entra em uma rotina de interrupção de temporizador rodando a 400 Hz. Em cada interrupção, ele desliga todos os transistores de dígito. Em seguida, define as linhas de ânodo (via uma porta ou registrador de deslocamento) para o padrão de segmento do próximo dígito na sequência. Finalmente, liga o transistor para aquele dígito específico. Este ciclo se repete continuamente.
3. Controle de Brilho:O brilho do display pode ser ajustado de duas maneiras: 1) Alterando o valor dos resistores limitadores de corrente (menor resistência = maior corrente = mais brilhante), mantendo-se dentro dos valores nominais máximos. 2) Usando Modulação por Largura de Pulso (PWM) nas linhas de habilitação de dígito dentro da rotina de multiplexação, efetivamente alterando o ciclo de trabalho para todos os dígitos simultaneamente.

11. Princípio de Operação

O princípio operacional fundamental é baseado na eletroluminescência em uma junção p-n de semicondutor. Quando uma tensão direta que excede a tensão de condução do diodo (aproximadamente 2,1V para este material AlInGaP) é aplicada, elétrons da região tipo n e lacunas da região tipo p são injetados na região ativa onde se recombinam. Em um semicondutor de banda direta como o AlInGaP, esta recombinação libera energia na forma de fótons (luz). A composição específica da liga Al_xIn_yGa_1-x-yP determina a energia da banda proibida e, portanto, o comprimento de onda (cor) da luz emitida, que está no espectro vermelho para este dispositivo. O substrato não transparente de GaAs absorve qualquer luz emitida para baixo, melhorando o contraste ao evitar reflexões internas que poderiam iluminar segmentos não ativados.

12. Tendências Tecnológicas

Embora a tecnologia AlInGaP representada nesta ficha técnica seja madura e altamente confiável, o campo mais amplo da tecnologia de display continua a evoluir. As tendências incluem o desenvolvimento de materiais ainda mais eficientes, como aqueles baseados em Nitreto de Gálio (GaN) para azul e verde, que agora são dominantes. Para displays numéricos de múltiplos dígitos, há uma tendência para módulos totalmente integrados com controladores embutidos, interfaces I2C ou SPI e, às vezes, até fontes e caracteres especiais incorporados, simplificando o projeto. Além disso, displays OLED de matriz de pontos e micro-LED oferecem potencial para maior flexibilidade na exibição de informações alfanuméricas e gráficas em fatores de forma semelhantes. No entanto, para aplicações que requerem leituras numéricas simples, brilhantes, robustas e de custo-benefício, displays LED de sete segmentos dedicados como o LTC-5723JD permanecem uma solução altamente viável e popular devido ao seu desempenho comprovado, simplicidade e excelente legibilidade.