Folha de Dados do Display LED de 7 Segmentos Azul LTC-5689TBZ - Altura do Dígito 0,56 Polegadas - Tensão Direta 3,6V - Chip Azul InGaN - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTC-5689TBZ é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e três dígitos de alto desempenho. Foi concebido para aplicações que requerem leituras numéricas nítidas e brilhantes com excelente visibilidade. O componente central deste display é um chip de LED azul InGaN (Nitreto de Gálio e Índio) epitaxialmente cultivado num substrato de safira, o que proporciona uma emissão de luz estável e eficiente. Uma característica integrada fundamental é um diodo Zener para cada segmento, oferecendo proteção contra picos de tensão reversa, um fator crítico para melhorar a fiabilidade a longo prazo do display em ambientes eletricamente ruidosos.

O display apresenta uma face preta com segmentos brancos, criando uma aparência de alto contraste que melhora significativamente a legibilidade sob várias condições de iluminação. É categorizado como um display do tipo Ânodo Comum, uma configuração padrão para circuitos de acionamento multiplexados comumente usados em sistemas baseados em microcontroladores. O dispositivo está em conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas), garantindo que é fabricado com materiais sem chumbo.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens do LTC-5689TBZ derivam do seu design optoelectrónico e construção robusta. O uso da tecnologia InGaN proporciona alto brilho e uma cor azul consistente com um comprimento de onda dominante tipicamente em torno de 470-475 nm. Os segmentos contínuos e uniformes garantem uma aparência de carácter profissional e sem costuras, o que é crucial para interfaces de utilizador em eletrónica de consumo, painéis de controlo industrial, instrumentação e equipamentos de teste.

O seu baixo requisito de energia torna-o adequado para dispositivos alimentados por bateria ou com consciência energética. O amplo ângulo de visão garante que o display permaneça legível mesmo quando visto de lado, expandindo a sua usabilidade em aplicações montadas em painel. A fiabilidade de estado sólido dos LEDs, combinada com a proteção adicional do diodo Zener, torna este display uma escolha durável para aplicações que exigem longa vida operacional e estabilidade.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Compreender as especificações máximas absolutas é essencial para evitar falhas do dispositivo durante o design e operação do circuito. Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a potência máxima que pode ser dissipada com segurança na forma de calor por um único segmento iluminado em operação contínua.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:100 mA. Esta corrente é permitida apenas em condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 0,1 ms. Não deve ser usada para calcular condições normais de operação.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:20 mA a 25°C. Esta é a corrente máxima recomendada para operação padrão. Um fator de derating linear de 0,21 mA/°C aplica-se à medida que a temperatura ambiente (Ta) aumenta acima de 25°C. Por exemplo, a 50°C, a corrente contínua máxima seria aproximadamente 20 mA - (0,21 mA/°C * 25°C) = 14,75 mA.
• Intervalo de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo é classificado para intervalos de temperatura industrial.
• Condições de Soldadura:O dispositivo pode suportar processos de soldadura por onda ou reflow onde a temperatura da solda a 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6 mm) abaixo do plano de assentamento é de 260°C por um máximo de 3 segundos.

2.2 Características Elétricas e Óticas (Ta=25°C)

Estes parâmetros são medidos sob condições de teste específicas e representam o desempenho típico do dispositivo.

• Intensidade Luminosa Média (Iv):5400 - 9000 µcd (microcandelas) a uma corrente direta (IF) de 10 mA. Esta ampla gama indica que o dispositivo é categorizado (binned) por intensidade. Os projetistas devem considerar esta variação ao visar um brilho consistente em várias unidades ou displays.
• Tensão Direta por Segmento (VF):3,3V (Mín), 3,6V (Tip) a IF=20 mA. Este parâmetro é crucial para projetar o valor do resistor limitador de corrente. Usando uma fonte de alimentação padrão de 5V, o valor do resistor seria R = (Vcc - VF) / IF = (5V - 3,6V) / 0,020A = 70 Ohms. Um valor ligeiramente superior (por exemplo, 75-100 Ohms) é frequentemente usado por fiabilidade e para considerar a variação de VF.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λp):468 nm (Tip). Este é o comprimento de onda no qual a intensidade da luz emitida é mais alta.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):470 - 475 nm (Tip). Este é o comprimento de onda percebido pelo olho humano e define a cor do LED.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):25 nm (Tip). Isto indica a pureza espectral; um valor menor significa uma luz mais monocromática.
• Corrente Reversa por Segmento (IR):100 µA (Máx) a uma Tensão Reversa (VR) de 5V.Nota Crítica:Esta condição de teste é apenas para garantia de qualidade (teste IR). O dispositivo NÃO foi projetado para operar continuamente sob polarização reversa. O diodo Zener integrado destina-se à proteção contra transientes, não para operação em tensão reversa em estado estacionário.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa:2:1 (Máx). Isto especifica a taxa máxima permitida entre os segmentos mais brilhantes e mais fracos dentro de um único dígito ou em áreas iluminadas semelhantes, garantindo uniformidade visual.

3. Sistema de Categorização (Binning)

A folha de dados afirma explicitamente que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa." Esta é uma prática comum na fabricação de LEDs para agrupar produtos com base em parâmetros de desempenho medidos.

• Categorização por Intensidade Luminosa:A gama Iv de 5400-9000 µcd sugere múltiplas categorias (bins) de intensidade. Para aplicações que requerem brilho consistente (por exemplo, displays multi-dígitos ou painéis com várias unidades), é aconselhável especificar uma categoria mais restrita ou obter unidades do mesmo lote de produção.
• Categorização por Comprimento de Onda/Cor:Embora não detalhado explicitamente com códigos, a gama típica λd de 470-475 nm implica uma possível triagem por cor. Um comprimento de onda dominante consistente é fundamental para uma aparência de cor uniforme.
• Triagem por Tensão Direta:A gama VF (3,3V a 3,6V) também pode estar sujeita a categorização, o que pode afetar o design da fonte de alimentação e a gestão térmica em grandes matrizes.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados referencia "Curvas Típicas de Características Elétricas/Óticas." Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no excerto, as curvas padrão de LED podem ser inferidas e são críticas para o design.

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Um LED exibe uma relação exponencial I-V. A VF especificada a 20 mA dá um ponto nesta curva. A curva mostra a tensão de limiar (turn-on) e como a corrente aumenta rapidamente com a tensão acima deste ponto, destacando a necessidade de mecanismos limitadores de corrente.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Curva L-I):A saída de luz é geralmente proporcional à corrente direta, mas pode saturar a correntes altas devido a efeitos térmicos. Operar na ou abaixo da corrente recomendada de 20 mA garante linearidade e longevidade.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:A saída de luz do LED diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. O derating da corrente contínua (0,21 mA/°C) está diretamente relacionado com a gestão deste efeito térmico para manter o brilho e a fiabilidade.
• Distribuição Espectral:O gráfico mostraria a intensidade relativa da luz emitida através dos comprimentos de onda, centrada em torno de 470-475 nm com uma largura a meia altura típica de 25 nm.

5. Informações Mecânicas, de Embalagem e Pinagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O display tem uma altura de dígito de 0,56 polegadas (14,2 mm). Todas as dimensões mecânicas são fornecidas em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. Uma nota específica menciona uma tolerância de deslocamento da ponta do pino de +0,4 mm, o que é importante para o design da impressão digital (footprint) da PCB para garantir o alinhamento e soldabilidade adequados.

5.2 Diagrama de Circuito Interno e Ligação dos Pinos

O diagrama de circuito interno revela a arquitetura: cada segmento (A-G, DP1-5) é um chip de LED azul InGaN individual em série com um diodo Zener. Todos estes pares LED-Zener partilham uma ligação de ânodo comum por dígito. A pinagem é a seguinte:

• Pinos 1-7: Cátodos para os segmentos A, B, C, D, E, F, G respetivamente.
• Pino 8: Cátodo comum para os três pontos decimais do lado direito (DP1, DP2, DP3).
• Pinos 9, 10, 11: Ânodos comuns para o Dígito 3, Dígito 2 e Dígito 1 respetivamente. Este é o ponto de alimentação para cada dígito.
• Pino 12: Ânodo comum para os dois pontos decimais do lado esquerdo (DP4, DP5).
• Pinos 13, 14: Cátodos para DP5 e DP4 respetivamente.

Esta configuração é ideal para multiplexação. Ao acionar sequencialmente os ânodos comuns (pinos 9,10,11,12) em HIGH e drenando corrente através dos pinos de cátodo de segmento apropriados, todos os três dígitos e cinco pontos decimais podem ser controlados com um número relativamente baixo de pinos de um microcontrolador.

6. Diretrizes de Soldadura, Montagem e Manuseamento

A adesão às especificações de soldadura é crítica. O dispositivo pode suportar uma temperatura máxima de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1,6 mm abaixo do corpo do pacote. Os perfis de reflow padrão sem chumbo (IPC/JEDEC J-STD-020) são geralmente aplicáveis. Deve-se ter cuidado para evitar tensão mecânica nos pinos durante a inserção e para evitar aquecimento excessivo durante a soldadura manual. Para armazenamento, o intervalo recomendado é de -35°C a +85°C num ambiente seco e sem condensação.

7. Notas de Aplicação e Considerações de Design

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O método de acionamento mais comum é a multiplexação. Um microcontrolador usará pinos de saída para controlar interruptores de transistor (por exemplo, PNP ou MOSFETs de canal P) nas linhas de ânodo comum e usará portas de I/O com capacidade de sumidouro (sink) ou ICs driver (como registos de deslocamento 74HC595 com matrizes Darlington ULN2003) nas linhas de cátodo. Um resistor limitador de corrente é necessário para cada linha de cátodo (ou incorporado no driver). A frequência de multiplexação deve ser suficientemente alta para evitar cintilação (tipicamente >60 Hz).

7.2 Considerações de Design

• Limitação de Corrente:Utilize sempre resistências em série. Calcule com base no pior caso (VF mínimo) para evitar sobrecorrente.
• Ciclo de Trabalho da Multiplexação:Como cada dígito só é alimentado durante uma fração do tempo, a corrente instantânea por segmento pode ser maior do que a média para alcançar o brilho desejado. Por exemplo, numa multiplexação de 3 dígitos, o ciclo de trabalho por dígito é ~1/3. Para alcançar uma corrente média de 10 mA, a corrente instantânea durante o seu tempo ativo pode ser definida para 30 mA, desde que não exceda a classificação de corrente de pico e a dissipação de potência média esteja dentro dos limites.
• Função do Diodo Zener:O diodo Zener integrado limita quaisquer transientes de tensão negativa no segmento, protegendo o delicado chip de LED. Ele não regula a tensão durante a operação direta normal.
• Ângulo de Visão e Montagem:Certifique-se de que o display está montado corretamente na PCB e que o recorte no painel está alinhado corretamente para maximizar o benefício do amplo ângulo de visão.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com displays de sete segmentos padrão sem diodos de proteção, o LTC-5689TBZ oferece uma resiliência significativamente melhorada contra sobretensão elétrica de back-EMF, comutação indutiva ou erros de fiação. Comparado com displays que usam tecnologia mais antiga de GaP ou GaAsP, o chip azul InGaN proporciona maior brilho e uma cor azul mais vibrante e saturada. A altura do dígito de 0,56 polegadas coloca-o numa categoria adequada para visualização a médio alcance, maior do que displays SMD miniaturas, mas menor do que grandes medidores de painel.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Posso acionar este display com um sistema de microcontrolador de 3,3V?

R: Possivelmente, mas com cautela. A VF típica é de 3,6V, que é superior a 3,3V. Pode obter iluminação muito fraca ou nenhuma. Seria necessário um circuito de boost ou um driver IC alimentado por uma tensão mais alta (como 5V) para o fornecimento do LED, enquanto os sinais de controlo podem permanecer nos níveis lógicos de 3,3V.

P: Por que existe uma especificação de corrente reversa (IR) se não devo aplicar tensão reversa?

R: O teste IR é uma verificação de qualidade de fabrico para garantir que o diodo Zener e a junção do LED estão intactos. Não é uma diretriz operacional. A polarização reversa contínua pode degradar o dispositivo.

P: Como controlo os pontos decimais de forma independente?

R: Os cinco pontos decimais estão divididos em dois grupos: DP1/DP2/DP3 (cátodo comum no Pino 8) e DP4/DP5 (cátodos individuais nos Pinos 14 e 13, ânodo comum no Pino 12). Eles devem ser acionados de acordo na sequência de multiplexação.

10. Exemplo de Aplicação Prática

Caso: Projetar uma Leitura Simples de Voltímetro de 3 Dígitos.Um microcontrolador com um ADC mede uma tensão. O firmware converte a leitura para três dígitos. Usando uma rotina de multiplexação, ativa o ânodo do Dígito 1 (Pino 11), depois define os pinos de cátodo (1-7, 8 para DP) para o padrão de terra para o valor do primeiro dígito, espera um curto intervalo, depois desativa o Dígito 1 e ativa o Dígito 2 (Pino 10), e assim por diante. O ponto decimal (por exemplo, DP2) é iluminado ativando o seu grupo de ânodo comum (Pino 12 para DP4/DP5, ou incluído no ciclo do dígito para DP1/2/3) e puxando o seu cátodo específico para baixo durante o período ativo do dígito correto. Resistências limitadoras de corrente de 100 Ohms em cada linha de cátodo proporcionariam um ponto de operação seguro a partir de uma fonte de 5V.

11. Princípio Operacional

O dispositivo opera com base no princípio da eletroluminescência numa junção p-n de semicondutor. Quando uma tensão direta que excede o limiar de ativação do diodo (aproximadamente 3,3-3,6V para este LED InGaN) é aplicada, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa, libertando energia na forma de fotões. A composição específica do material (InGaN) determina a energia do bandgap, que corresponde ao comprimento de onda azul da luz emitida. O diodo Zener integrado conduz fortemente quando uma tensão reversa excede a sua tensão de ruptura, desviando assim a corrente reversa prejudicial da junção do LED e protegendo-a de danos.

12. Tendências Tecnológicas

Os LEDs baseados em InGaN representam uma tecnologia madura e altamente eficiente para emissão azul e verde. As tendências na tecnologia de display incluem uma mudança para maior densidade de píxeis (segmentos menores ou matriz de pontos), drivers e controladores integrados dentro do pacote do display, e a adoção de pacotes de dispositivo de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada. Embora os displays discretos de sete segmentos permaneçam vitais para aplicações específicas, o seu papel é cada vez mais complementado por módulos OLED e LCD TFT que oferecem maior flexibilidade para gráficos e saída multicolor. A integração de componentes de proteção como diodos Zener, como visto no LTC-5689TBZ, reflete um foco da indústria em melhorar a robustez e fiabilidade em aplicações sensíveis ao custo.