Folha de Dados do Display LED de Matriz de Pontos LTP-2157AKD - Altura de 2.0 Polegadas - Matriz 5x7 - Vermelho Hiper (650nm) - 40mW/Ponto - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTP-2157AKD é um módulo de display de caracteres alfanuméricos de estado sólido, projetado para aplicações que requerem saída visual clara, brilhante e confiável. A sua função principal é exibir caracteres e símbolos utilizando uma grelha de diodos emissores de luz (LEDs) individualmente endereçáveis. Os principais domínios de aplicação incluem painéis de controlo industrial, instrumentação, terminais de ponto de venda, displays de equipamento médico e vários eletrónicos de consumo onde uma leitura de caracteres monocromática simples é suficiente.

O princípio de funcionamento fundamental baseia-se numa configuração de matriz de pontos 5x7. Isto significa que cada caractere é formado iluminando um padrão específico dentro de uma grelha de 5 colunas e 7 linhas de píxeis LED. Ao aplicar seletivamente tensão direta às linhas de ânodo (linha) e cátodo (coluna) correspondentes a cada píxel desejado, pontos específicos são ligados para criar formas reconhecíveis como letras e números. O dispositivo utiliza um esquema de acionamento multiplexado, onde as linhas são ativadas sequencialmente a uma alta frequência, criando a perceção de um caractere estável e totalmente iluminado, minimizando simultaneamente o número de pinos de acionamento necessários e o consumo de energia.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Detalhada

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho óptico é definido em condições padrão de teste a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. O parâmetro chave, Intensidade Luminosa Média (Iv), tem um valor típico de 3500 microcandelas (µcd) quando acionado com uma corrente de pico (Ip) de 32mA num ciclo de trabalho de 1/16. Isto indica uma saída de alta luminosidade adequada para ambientes bem iluminados. O valor mínimo especificado é de 1650 µcd, que define o limite inferior de desempenho para o produto.

As características de cor são determinadas pelo material semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio). O Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λp) é tipicamente 650 nanómetros (nm), situando-o na região do vermelho hiper do espectro visível. O Comprimento de Onda Dominante (λd) é especificado em 639 nm. A diferença entre o comprimento de onda de pico e o dominante, juntamente com a Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ) de 20 nm, descreve a pureza espectral e o tom específico de vermelho emitido. É especificada uma Proporção de Correspondência de Intensidade Luminosa de 2:1 (máx.), o que significa que o brilho do segmento mais escuro num caractere não deve ser inferior a metade do brilho do segmento mais brilhante em condições de acionamento idênticas, garantindo uma aparência uniforme.

2.2 Características Elétricas e Térmicas

As Especificações Absolutas Máximas definem os limites operacionais além dos quais pode ocorrer dano permanente. A Dissipação de Potência Média por Ponto é classificada em 40 miliwatts (mW). A Corrente Direta de Pico por Ponto pode atingir 90mA para operação pulsada, enquanto a Corrente Direta Média por Ponto tem uma classificação base de 15mA a 25°C, reduzindo linearmente 0.2 mA/°C à medida que a temperatura aumenta. Esta redução é crítica para a gestão térmica e fiabilidade a longo prazo. A Tensão Reversa Máxima por Ponto é de 5V.

Em condições típicas de operação (Corrente Direta IF=20mA), a Tensão Direta por Segmento (VF) varia entre 2.1V (mín.) e 2.6V (máx.). Este parâmetro é essencial para projetar o circuito limitador de corrente no acionador. A Corrente Reversa (IR) é muito baixa, tipicamente 2.3 a 2.8 microamperes (µA) na tensão reversa máxima de 5V, indicando boas características de díodo.

O dispositivo é classificado para uma Faixa de Temperatura de Operação de -35°C a +85°C, com uma Faixa de Temperatura de Armazenamento idêntica. Esta ampla gama torna-o adequado para ambientes adversos. A temperatura máxima de soldadura é especificada como 260°C por uma duração máxima de 3 segundos, medida 1.6mm (1/16 de polegada) abaixo do plano de assentamento, o que fornece diretrizes claras para os processos de montagem em PCB.

3. Informações Mecânicas e de Embalagem

O display tem uma altura de matriz declarada de 2.0 polegadas (50.8 mm). As dimensões da embalagem são fornecidas num desenho detalhado com todas as medidas em milímetros. As tolerâncias de fabrico são geralmente ±0.25 mm (0.01 polegadas), salvo indicação em contrário no desenho. A embalagem física apresenta uma face cinzenta com cor de ponto branca, o que melhora o contraste quando os LEDs estão desligados e difunde a luz quando estão ligados.

O diagrama de ligação dos pinos é crucial para uma interface correta. O dispositivo tem uma configuração de 14 pinos. O circuito interno é um arranjo padrão de cátodo comum para as colunas, com os ânodos para as 7 linhas ligados a pinos individuais. É importante notar as ligações internas: o Pino 4 e o Pino 11 estão internamente ligados (ambos são Cátodo para a Coluna 3), e o Pino 5 e o Pino 12 estão internamente ligados (ambos são Ânodo para a Linha 4). Estas ligações são feitas para simplificar a ligação interna do chip e não afetam a lógica de acionamento externa.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados referencia curvas típicas de características elétricas e ópticas. Embora os gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, as curvas padrão para tais dispositivos incluiriam tipicamente:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Este gráfico mostra a relação exponencial, crucial para determinar a tensão de alimentação necessária para uma determinada corrente de acionamento.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta:Esta curva mostra como a saída de luz aumenta com a corrente, tipicamente numa relação quase linear dentro da gama de operação antes da eficiência diminuir a correntes muito altas.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Isto demonstra o efeito de extinção térmica, onde a saída do LED diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Compreender isto é fundamental para aplicações com altas temperaturas ambientes ou dissipação de calor deficiente.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando a concentração da saída de luz em torno do pico de 650nm com a meia-largura definida de 20nm.

Estas curvas permitem aos projetistas otimizar o desempenho e compreender os compromissos entre brilho, eficiência, corrente de acionamento e gestão térmica.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A montagem deve aderir ao perfil de soldagem especificado para evitar danos. A temperatura máxima permitida de soldagem é de 260°C, e o componente não deve ser exposto a esta temperatura por mais de 3 segundos. Isto é tipicamente alcançado usando um processo de soldadura por refluxo controlado com um perfil que aumenta a temperatura, mantém no pico e arrefece dentro dos limites especificados. A soldadura manual com ferro requer extremo cuidado para localizar o calor e evitar exceder estes parâmetros.

Para armazenamento, o dispositivo deve ser mantido dentro da gama de temperatura especificada de -35°C a +85°C num ambiente de baixa humidade. É recomendado utilizar os componentes dentro do seu prazo de validade e seguir as precauções padrão de ESD (Descarga Eletrostática) durante a manipulação para proteger as junções semicondutoras sensíveis.

6. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O LTP-2157AKD requer um circuito acionador externo. Um projeto comum utiliza um microcontrolador com pinos de I/O suficientes ou um CI acionador de display LED dedicado (como o MAX7219 ou similar). O acionador deve implementar multiplexagem: ativa sequencialmente cada uma das 7 linhas de ânodo enquanto fornece os dados de cátodo de coluna para essa linha específica. A taxa de atualização deve ser suficientemente alta (tipicamente >100Hz) para evitar cintilação visível. Resistências limitadoras de corrente são obrigatórias para cada linha de coluna (ou integradas no acionador) para definir a corrente direta para o valor desejado (ex., 20mA para brilho típico). O cálculo para o valor da resistência é R = (Vcc - Vf - Vdriver_sat) / If, onde Vcc é a tensão de alimentação, Vf é a tensão direta do LED (~2.6V máx.), Vdriver_sat é a tensão de saturação do acionador e If é a corrente direta desejada.

6.2 Considerações de Projeto

• Fonte de Alimentação:Certifique-se de que a fonte de alimentação pode fornecer a corrente de pico necessária. Com 5 colunas potencialmente acesas por linha e uma corrente de pico de até 20mA por ponto, uma única linha pode consumir 100mA. A fonte deve suportar esta carga pulsada.
• Dissipação de Calor:Embora pontos individuais dissipem apenas 40mW máx., a operação contínua de muitos pontos pode gerar calor significativo. Garanta ventilação ou dissipação de calor adequadas se operar em altas temperaturas ambientes ou nos limites máximos.
• Ângulo de Visão e Contraste:O design de face cinzenta/ponto branco oferece bom contraste no estado desligado. Considere o ângulo de visão pretendido ao montar o display; o brilho do LED é frequentemente mais alto no eixo.
• Software:O firmware do microcontrolador precisa incluir um mapa de fontes (uma tabela de pesquisa que define o padrão 5x7 para cada caractere) e a rotina de multiplexagem.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

O principal diferenciador deste display é a sua utilização da tecnologia LED AlInGaP Vermelho Hiper. Comparado com os antigos LEDs vermelhos de GaAsP (Fosfeto de Arsénio e Gálio), o AlInGaP oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de acionamento, ou brilho equivalente com menor potência. Também proporciona melhor pureza de cor e estabilidade ao longo da temperatura e do tempo.

Comparado com um simples display de 7 segmentos, uma matriz de pontos 5x7 oferece muito mais flexibilidade, sendo capaz de exibir o conjunto completo de caracteres alfanuméricos (A-Z, 0-9, símbolos) e até gráficos simples, enquanto um display de 7 segmentos está limitado principalmente a números e algumas letras. O compromisso é o aumento da complexidade tanto no hardware (mais pinos de acionamento) como no software (geração de caracteres).

8. Perguntas Frequentes Baseadas em Parâmetros Técnicos

P: Posso acionar este display com uma corrente DC constante sem multiplexagem?

R: Tecnicamente, sim, mas é altamente ineficiente e não recomendado. Acionar todos os 35 pontos simultaneamente a 20mA exigiria um consumo de corrente de 700mA e geração significativa de calor. A multiplexagem é o método padrão e pretendido, reduzindo a potência e o número de pinos.

P: Qual é a diferença entre o Comprimento de Onda de Emissão de Pico (650nm) e o Comprimento de Onda Dominante (639nm)?

R: O comprimento de onda de pico é o ponto de intensidade máxima na saída espectral. O comprimento de onda dominante é o comprimento de onda único da luz monocromática que pareceria ter a mesma cor para o olho humano. A diferença surge porque o LED emite um espectro de luz (20nm de largura), não um único comprimento de onda puro.

P: O diagrama de pinos mostra dois pinos para a Coluna 3 e dois pinos para a Linha 4. Preciso de ligar ambos?

R: Não, estes pinos estão internamente ligados. Ligar a qualquer um deles é suficiente. Esta ligação interna é um artefacto de fabrico para simplificar a ligação do chip. Ligar ambos não causa dano, mas é desnecessário.

P: Como calculo o consumo médio de energia?

R: Para um display multiplexado, a corrente média é aproximadamente (Número de pontos acesos num caractere totalmente iluminado / Número total de pontos) * Corrente por ponto * Ciclo de Trabalho. Por exemplo, para um caractere usando 24 pontos acesos a 20mA com um ciclo de trabalho de 1/7 (7 linhas): Corrente Média ≈ (24/35) * 20mA * (1/7) ≈ 2mA por caractere. Multiplique pelo número de caracteres para a carga total.

9. Estudo de Caso de Aplicação Prática

Cenário: Projetar uma leitura de temperatura de caractere único simples para um forno industrial.

O requisito é exibir uma temperatura de 0 a 199°C. Um microcontrolador lê um sensor de temperatura. Um display LTP-2157AKD é utilizado. O microcontrolador tem pinos limitados, por isso utiliza um registo de deslocamento série-paralelo (como o 74HC595) para acionar os 5 cátodos das colunas e usa 7 dos seus próprios pinos de I/O para acionar os ânodos das linhas através de interruptores de transístor (para lidar com a corrente de linha mais alta).

O firmware inclui uma fonte 5x7 para os dígitos 0-9 e o símbolo de grau. A rotina de multiplexagem é executada numa interrupção de temporizador. O display mostra números vermelhos brilhantes e estáveis, legíveis a vários metros de distância num ambiente fabril. A ampla gama de temperatura de operação do display (-35°C a +85°C) garante fiabilidade mesmo que o invólucro externo do controlador do forno aqueça. O alto contraste da face cinzenta evita o desbotamento sob iluminação industrial brilhante.

10. Princípio Tecnológico e Tendências

10.1 Princípio Tecnológico Subjacente

A geração de luz baseia-se na eletroluminescência numa junção p-n semicondutora. Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões da camada de AlInGaP tipo n recombinam-se com as lacunas da camada tipo p. Este evento de recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). A banda proibida específica do material AlInGaP determina o comprimento de onda (cor) dos fotões emitidos, neste caso, luz vermelha em torno de 650nm. O substrato de GaAs não transparente absorve qualquer luz emitida para baixo, melhorando a eficiência global ao refletir mais luz para fora do topo do dispositivo. A matriz 5x7 é criada depositando e padronizando múltiplos chips LED minúsculos ou um único chip padronizado num substrato comum, com linhas de ânodo e cátodo interligadas.

10.2 Tendências da Indústria

Embora displays discretos de matriz de pontos 5x7 como o LTP-2157AKD permaneçam relevantes para aplicações específicas e sensíveis ao custo, tendências mais amplas da indústria estão a mover-se para soluções integradas. Estas incluem:

- Matrizes de Dispositivos de Montagem em Superfície (SMD):Pegada mais pequena, montagem automatizada mais fácil.

- Displays com Controlador/Acionador Integrado:Módulos com controladores incorporados que comunicam via SPI ou I2C, reduzindo drasticamente a carga de recursos do microcontrolador.

- Maior Resolução e Cor:Movimento em direção a matrizes de passo mais fino e displays RGB a cores completas para gráficos mais detalhados.

- Tecnologias Alternativas:Em algumas aplicações, os displays OLED (LED Orgânico) oferecem contraste e ângulos de visão superiores, embora frequentemente a um custo mais elevado e com características de vida útil diferentes.

As vantagens duradouras das matrizes LED discretas como esta são a sua extrema robustez, longa vida útil, alta luminosidade, simplicidade e baixo custo para tarefas de exibição de caracteres monocromáticos, garantindo a sua utilização contínua em sistemas industriais e embebidos.