Ficha Técnica do Display LED de 7 Segmentos LTS-5701AJF - 0,56 Polegadas Laranja-Amarelo - Altura do Dígito 14,22mm - Tensão Direta 2,6V - Dissipação de Potência 70mW

1. Visão Geral do Produto

O LTS-5701AJF é um módulo de display LED de sete segmentos e um único dígito de alto desempenho. A sua função principal é fornecer uma representação numérica e alfanumérica limitada, clara e brilhante, em dispositivos eletrónicos. A tecnologia central baseia-se no material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP), especificamente concebido para emitir luz no espectro laranja-amarelo. Este sistema de material é conhecido pela sua alta eficiência e excelente brilho em comparação com tecnologias mais antigas, como o Fosfeto de Gálio (GaP) padrão. O dispositivo apresenta um painel frontal cinza com marcações de segmentos brancas, o que melhora significativamente o contraste e a legibilidade sob várias condições de iluminação. É concebido numa configuração de ânodo comum, simplificando o projeto do circuito em muitas aplicações baseadas em microcontroladores onde o fornecimento de corrente é mais direto.

1.1 Características e Vantagens Principais

O display oferece várias vantagens distintas que o tornam adequado para uma ampla gama de aplicações:

• Tamanho de Carácter Ideal:Com uma altura de dígito de 0,56 polegadas (14,22 mm), proporciona excelente visibilidade à distância, mantendo uma pegada compacta.
• Desempenho Óptico Superior:A utilização de chips AlInGaP proporciona alto brilho e alto contraste. Os segmentos contínuos e uniformes garantem uma aparência de carácter consistente e agradável, sem pontos escuros ou irregularidades.
• Ângulo de Visão Ampla:O design permite uma visibilidade clara a partir de uma ampla gama de ângulos, o que é crítico para medidores de painel, instrumentação e eletrónica de consumo.
• Operação de Baixa Potência:Requer uma corrente direta relativamente baixa para alcançar boa intensidade luminosa, tornando-o energeticamente eficiente e adequado para dispositivos alimentados por bateria.
• Confiabilidade Aprimorada:Como um dispositivo de estado sólido, oferece alta confiabilidade, longa vida operacional e resistência a choques e vibrações em comparação com displays mecânicos ou de fluorescência a vácuo.
• Garantia de Qualidade:Os dispositivos são categorizados ("binned") por intensidade luminosa, garantindo consistência no brilho entre lotes de produção para uma aparência uniforme do painel.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação objetiva e detalhada dos parâmetros elétricos e ópticos especificados na ficha técnica. Compreender estes valores é crucial para um projeto de circuito adequado e para garantir a confiabilidade a longo prazo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida e deve ser evitada para um projeto confiável.

• 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 em operação contínua. Exceder este limite arrisca o sobreaquecimento da junção semicondutora, levando à degradação acelerada ou falha catastrófica.
• Corrente Direta de Pico por Segmento (60 mA, ciclo de trabalho 1/10, pulso de 0,1ms):Esta especificação permite pulsos breves de corrente mais alta para alcançar picos momentâneos de brilho, por exemplo, em displays multiplexados ou para realce. As limitações estritas de ciclo de trabalho e largura de pulso são críticas; a corrente média ainda deve cumprir a especificação contínua.
• Corrente Direta Contínua por Segmento (25 mA):A corrente máxima recomendada para operação em estado estacionário, não pulsada, de um único segmento. Um fator de derating linear de 0,33 mA/°C é especificado acima de 25°C de temperatura ambiente (Ta). Isto significa que se a temperatura ambiente subir para 50°C, a corrente contínua máxima permitida seria: 25 mA - ((50°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = 25 mA - 8,25 mA =16,75 mA.
• Tensão Reversa por Segmento (5 V):A tensão máxima que pode ser aplicada na direção de polarização reversa através de um segmento LED. Exceder isto pode causar ruptura e danificar a junção PN. O projeto do circuito deve incluir proteção se forem possíveis transitórios de tensão reversa.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento (-35°C a +85°C):Define os limites ambientais para operação confiável e armazenamento não operacional.
• Temperatura de Soldagem (260°C por 3 segundos):Fornece orientação para processos de soldagem por onda ou reflow, especificando a temperatura máxima num ponto específico por um tempo limitado para evitar danos ao encapsulamento plástico e às ligações internas por fio.

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

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições de teste especificadas. São usados para cálculos de projeto e expectativas de desempenho.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):320-900 μcd a I_F=1mA. Esta é a medida do brilho percebido pelo olho humano. A ampla gama (Mín: 320, Típ: 900) indica um processo de classificação (binning). Os projetistas devem usar o valor mínimo para cálculos de brilho no pior caso, garantindo visibilidade em todas as condições.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):611 nm (típico) a I_F=20mA. Este é o comprimento de onda no qual a saída espectral é mais forte. Encontra-se dentro da região laranja-amarela do espectro visível.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):605 nm (típico) a I_F=20mA. Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano que melhor corresponde à cor da luz emitida. É ligeiramente inferior ao comprimento de onda de pico, o que é comum para LEDs com espectros mais amplos.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):17 nm (típico) a I_F=20mA. Este parâmetro indica a pureza da cor. Um valor de 17 nm é moderadamente amplo, resultando numa cor laranja-amarela saturada, mas não monocromática.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):2,05V (Mín), 2,6V (Típ) a I_F=20mA. Esta é a queda de tensão no LED durante a operação. É crucial para calcular o valor do resistor limitador de corrente: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Usar o valor típico ou máximo garante que a corrente não excede o nível desejado.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R=5V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o LED está polarizado reversamente dentro da sua especificação máxima.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx). Especifica a variação máxima permitida de brilho entre diferentes segmentos do mesmo dígito ou entre diferentes dígitos num display multi-dígito. Uma taxa de 2:1 significa que o segmento mais brilhante não deve ser mais do que duas vezes mais brilhante que o mais fraco, garantindo aparência uniforme.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

A ficha técnica indica que os dispositivos são "Categorizados por Intensidade Luminosa". Isto refere-se a um processo de classificação ou triagem pós-fabricação.

• Classificação por Intensidade Luminosa:Devido a variações naturais no crescimento epitaxial do semicondutor e no processo de fabricação do chip, a saída de luz dos LEDs pode variar. Após a produção, os dispositivos são testados e classificados em diferentes categorias (bins) com base na sua intensidade luminosa medida numa corrente de teste padrão (ex.: 1mA). A gama especificada de 320 a 900 μcd provavelmente abrange várias categorias. Os fabricantes podem oferecer códigos de categoria específicos para aplicações que requerem correspondência rigorosa de brilho.
• Triagem por Tensão Direta:Embora não mencionado explicitamente como um parâmetro classificado, a gama dada para V_F(2,05V a 2,6V) é típica. Para projetos de muito alto volume ou sensíveis, as peças também podem ser triadas por tensão direta para garantir consumo de energia e características térmicas consistentes num display.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o excerto da ficha técnica fornecido mencione "Curvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas", os gráficos específicos não estão incluídos no texto. Com base no comportamento padrão do LED, estas curvas ilustrariam tipicamente as seguintes relações, vitais para compreender o desempenho do dispositivo em condições não padrão:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Mostra a relação exponencial. A curva desloca-se com a temperatura; V_Fdiminui à medida que a temperatura da junção aumenta para uma dada corrente.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta:Geralmente mostra uma relação quase linear em correntes mais baixas, com possível saturação ou queda de eficiência em correntes muito altas. Este gráfico é usado para selecionar a corrente de operação para um nível de brilho desejado.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Demonstra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura ambiente (e, portanto, da junção) aumenta. Isto é crítico para projetos que operam em ambientes de temperatura elevada.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando o pico em ~611 nm e a largura a meia altura de ~17 nm, definindo as características exatas da cor.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem e Pinagem

O dispositivo está alojado num pacote padrão de display LED de sete segmentos e um dígito com 10 pinos. A ficha técnica fornece um desenho dimensional detalhado (não reproduzido aqui) com todas as medidas críticas em milímetros. As características principais incluem a altura, largura e profundidade totais, o tamanho da janela do dígito, o espaçamento dos terminais (passo) e o plano de assentamento. As tolerâncias são tipicamente ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. A ligação dos pinos é claramente definida:

1. Pino 1: Cátodo E
2. Pino 2: Cátodo D
3. Pino 3: Ânodo Comum
4. Pino 4: Cátodo C
5. Pino 5: Cátodo D.P. (Ponto Decimal)
6. Pino 6: Cátodo B
7. Pino 7: Cátodo A
8. Pino 8: Ânodo Comum
9. Pino 9: Cátodo F
10. Pino 10: Cátodo G

O diagrama de circuito interno mostra que todos os LEDs de segmento (A-G e DP) têm os seus ânodos ligados internamente aos dois pinos de ânodo comum (3 e 8), que também estão ligados internamente. Este design de ânodo comum significa que, para iluminar um segmento, o seu pino de cátodo correspondente deve ser colocado em nível baixo (ligado ao terra ou a uma tensão mais baixa), enquanto os pinos de ânodo são mantidos a uma tensão positiva através de um resistor limitador de corrente.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

As especificações máximas absolutas definem uma condição de soldagem: 260°C por 3 segundos, medidos 1/16 de polegada (aproximadamente 1,59 mm) abaixo do plano de assentamento. Esta é uma referência padrão para soldagem por onda. Para soldagem por reflow, um perfil padrão sem chumbo com uma temperatura de pico não excedendo 260°C é apropriado. É crucial evitar stress térmico excessivo, que pode rachar o encapsulamento epóxi, danificar a fixação interna do chip ou quebrar as finas ligações por fio que conectam o chip aos terminais. O pré-aquecimento é recomendado para minimizar o choque térmico. Após a soldagem, o dispositivo deve ser deixado arrefecer gradualmente. Para armazenamento, a gama especificada de -35°C a +85°C num ambiente seco e sem condensação deve ser mantida para preservar a soldabilidade e prevenir a absorção de humidade (que pode causar "popcorning" durante o reflow).

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O LTS-5701AJF é ideal para aplicações que requerem leituras numéricas claras e confiáveis:

• Equipamento de Teste e Medição:Multímetros digitais, contadores de frequência, fontes de alimentação, leituras de sensores.
• Controlos Industriais:Medidores de painel para temperatura, pressão, fluxo, RPM e displays de variáveis de processo.
• Eletrónica de Consumo:Relógios, temporizadores, displays de eletrodomésticos de cozinha, medidores de nível de equipamento de áudio.
• Automóvel (Aftermarket):Medidores e displays para sistemas auxiliares (não instrumentação primária devido a requisitos de certificação de temperatura e confiabilidade).
• Dispositivos Médicos:Displays de parâmetros simples em equipamentos de monitorização não críticos (sujeitos a aprovações regulatórias apropriadas).

7.2 Considerações de Projeto e Implementação do Circuito

• Limitação de Corrente:Um resistor deve ser ligado em série com o(s) ânodo(s) comum ou cada cátodo para limitar a corrente direta a um valor seguro (ex.: 10-20 mA). O valor do resistor é calculado usando a tensão da fonte (V_CC), a tensão direta do LED (V_F), e a corrente desejada (I_F): R = (V_CC- V_F) / I_F. Use o valor máximo de V_Fda ficha técnica para um projeto conservador que garante que a corrente nunca excede o alvo.
• Multiplexagem:Para displays multi-dígitos, uma técnica de multiplexagem é quase sempre usada para minimizar a contagem de pinos no microcontrolador de acionamento. Isto envolve iluminar um dígito de cada vez numa sequência rápida. A persistência da visão faz com que o display pareça continuamente aceso. Ao multiplexar, a corrente de pico por segmento pode ser mais alta (dentro da especificação de pulso de 60mA) para compensar o ciclo de trabalho reduzido e manter o brilho médio. O projeto deve garantir que a corrente média e a dissipação de potência por segmento estejam dentro dos limites contínuos.
• Acionamento por Microcontrolador:Displays de ânodo comum são facilmente acionados por pinos de porta de microcontrolador configurados como saídas de dreno aberto ou coletor aberto, drenando corrente para o terra. Alternativamente, circuitos integrados dedicados de acionamento de LED ou matrizes de transistores (ex.: ULN2003) podem ser usados para maior capacidade de corrente ou lógica mais simples.
• Ângulo de Visão e Montagem:Considere o ângulo de visão pretendido do utilizador ao projetar o recorte do painel e a profundidade de montagem para aproveitar o amplo ângulo de visão do display.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O principal diferenciador do LTS-5701AJF é a sua utilização do material AlInGaP para emissão laranja-amarela. Comparado com os antigos LEDs amarelos de GaP, o AlInGaP oferece eficiência luminosa significativamente maior, resultando em displays mais brilhantes com a mesma corrente ou brilho equivalente com menor potência. Comparado com LEDs vermelhos de GaAsP ou AllnGaP, fornece uma cor distinta que pode ser mais fácil de ler em certas condições de luz ambiente e pode ser preferida para requisitos específicos de codificação de cor estética ou funcional. O tamanho de dígito de 0,56 polegadas coloca-o numa categoria comum para painéis de instrumentos, oferecendo um bom equilíbrio entre tamanho e legibilidade.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P1: Que valor de resistor devo usar com uma fonte de 5V para acionar um segmento a 15mA?

R1: Usando o V_Fmáximo de 2,6V para um projeto seguro: R = (5V - 2,6V) / 0,015A = 2,4V / 0,015A = 160 Ω. O valor padrão mais próximo de 150 Ω ou 180 Ω seria adequado. Verifique sempre o brilho e a corrente reais no circuito.

P2: Posso ligar os dois pinos de ânodo comum juntos?

R2: Sim, os pinos 3 e 8 estão ligados internamente. Ligá-los juntos na PCB é uma prática padrão e ajuda a distribuir a corrente, potencialmente melhorando a uniformidade do brilho.

P3: Como exibo o número "7"?

R3: Para exibir "7", precisa de iluminar os segmentos A, B e C. Portanto, com uma configuração de ânodo comum, aplique uma tensão positiva (através de um resistor limitador de corrente) ao(s) ânodo(s) comum, e ligue os pinos de cátodo para A (pino 7), B (pino 6) e C (pino 4) ao terra (nível lógico baixo).

P4: Por que a corrente contínua máxima tem derating acima de 25°C?

R4: O limite de dissipação de potência é fixo. À medida que a temperatura ambiente aumenta, a diferença de temperatura entre a junção do LED e o ar ambiente (o gradiente térmico) diminui, tornando mais difícil dissipar calor. Para evitar que a temperatura da junção exceda o seu limite seguro, a potência permitida (e, portanto, a corrente para um dado V_F) deve ser reduzida.

10. Exemplo Prático de Projeto

Cenário: Projetar um display de voltímetro de 4 dígitos.

Um microcontrolador com pinos de I/O limitados é usado. Os quatro displays LTS-5701AJF são ligados numa configuração multiplexada. Os cátodos de segmento (A-G, DP) de todos os quatro dígitos são ligados em paralelo. O pino de ânodo comum de cada dígito é controlado por um transistor NPN separado acionado por um pino do microcontrolador. O microcontrolador usa uma interrupção de temporizador para percorrer os dígitos a cada 2-5 milissegundos. Calcula os dados de segmento para o dígito ativo e envia-os para uma porta ligada aos cátodos comuns através de resistores limitadores de corrente. Para manter um bom brilho com um ciclo de trabalho de 1/4, a corrente de pico do segmento durante o seu tempo ativo pode ser definida para 25-30 mA (bem abaixo da especificação de pulso de 60mA), resultando numa corrente média de ~6-7,5 mA por segmento, o que é seguro e fornece brilho amplo. O projeto deve incluir o cálculo de derating se o dispositivo for esperado operar num ambiente quente.

11. Introdução ao Princípio Tecnológico

O LTS-5701AJF baseia-se num composto semicondutor III-V, Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (Al_xIn_yGa_1-x-yP). As proporções específicas destes elementos determinam a energia da banda proibida do material, que dita diretamente o comprimento de onda (cor) da luz emitida. Neste caso, a composição é concebida para uma banda proibida correspondente a fotões laranja-amarelos (~605-611 nm). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção PN, eletrões e lacunas são injetados na região ativa. Recombina-se radiativamente, libertando energia na forma de luz. A utilização de um substrato de GaAs não transparente ajuda a absorver luz dispersa, melhorando o contraste. A face cinza e os segmentos brancos são feitos de epóxi moldado com pigmentos difusores, o que ajuda a espalhar a luz uniformemente por cada segmento e melhora o contraste contra o fundo não iluminado.

12. Tendências Tecnológicas

Embora os displays discretos de sete segmentos permaneçam relevantes para muitas aplicações, a tendência geral na tecnologia de displays é para integração e flexibilidade. Isto inclui:

Integração:Módulos multi-dígitos com circuitos integrados de acionamento incorporados (ex.: com interface SPI/I2C) estão a tornar-se mais comuns, simplificando a interface com o microcontrolador.

Materiais:Embora o AlInGaP seja eficiente para vermelho-laranja-amarelo, materiais mais recentes como o InGaN (para azul/verde/branco) oferecem eficiências ainda maiores. Displays híbridos ou matrizes de LED endereçáveis a cores completas estão a ganhar popularidade para exibição de informação mais complexa.

Fatores de Forma:Existe uma procura constante por embalagens mais finas, maior brilho para legibilidade à luz solar e menor consumo de energia para dispositivos portáteis. No entanto, a simplicidade fundamental, robustez e custo-eficácia dos LEDs padrão de sete segmentos como o LTS-5701AJF garantem a sua utilização contínua numa vasta gama de aplicações onde é necessária saída numérica simples.