Ficha Técnica do Display LED LTD-5250JD - Altura do Dígito de 0,52 Polegadas - Cor Vermelho Hiper - Tensão Direta de 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTD-5250JD é um módulo de display de díodo emissor de luz (LED) de sete segmentos e dois dígitos. A sua função principal é fornecer uma leitura numérica clara e legível para vários dispositivos eletrónicos e instrumentação. A tecnologia central utiliza o material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) para produzir uma emissão na cor vermelho hiper. Este dispositivo apresenta um painel frontal cinzento com marcações de segmentos brancas, melhorando o contraste e a legibilidade sob várias condições de iluminação. É categorizado com base na intensidade luminosa, garantindo consistência nos níveis de brilho para aplicações em lote.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O display oferece várias vantagens-chave que o tornam adequado para aplicações industriais, de consumo e de instrumentação. O seu baixo requisito de potência torna-o energeticamente eficiente, enquanto o alto brilho e a excelente relação de contraste garantem visibilidade a partir de um amplo ângulo de visão. A construção de estado sólido proporciona uma fiabilidade inerente e uma longa vida operacional em comparação com outras tecnologias de display. Os segmentos uniformes e contínuos contribuem para uma aparência de caráter agradável e profissional. Esta combinação de características visa aplicações como equipamento de teste, terminais de ponto de venda, painéis de controlo industrial, mostradores de relógio e qualquer dispositivo que necessite de uma leitura numérica fiável e brilhante.

2. Análise Aprofundada das Especificações Técnicas

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros técnicos do dispositivo, conforme definido na ficha técnica.

2.1 Características Ópticas

O desempenho óptico é central para a função do display. A emissão principal está no espectro do vermelho hiper.

• Intensidade Luminosa (I_V):A intensidade luminosa média por segmento é especificada com um mínimo de 320 µcd, um valor típico de 700 µcd, e sem máximo declarado, numa condição de teste de I_F= 1mA. Este parâmetro é crucial para determinar o brilho do display na aplicação final. A relação de correspondência entre segmentos é especificada como 2:1 no máximo, o que define a variação permitida no brilho entre diferentes segmentos do mesmo dígito.
• Características do Comprimento de Onda:O dispositivo apresenta um comprimento de onda de emissão de pico (λ_p) de 650 nm (nanómetros) e um comprimento de onda dominante (λ_d) de 639 nm, ambos medidos a I_F= 20mA. A meia largura da linha espectral (Δλ) é de 20 nm. Estes valores definem precisamente o ponto de cor da saída "vermelho hiper", que é uma cor vermelha profunda e saturada.

2.2 Parâmetros Elétricos

Compreender os limites elétricos e os pontos de operação é essencial para um projeto de circuito seguro e fiável.

• Valores Máximos Absolutos:Estes são limites de stress que não devem ser excedidos em nenhuma condição. Os limites-chave incluem: Dissipação de potência por segmento (70 mW), corrente direta de pico por segmento (90 mA a 1/10 do ciclo de trabalho, largura de pulso de 0,1ms) e corrente direta contínua por segmento (25 mA a 25°C, com redução linear de 0,33 mA/°C). A tensão reversa máxima por segmento é de 5V.
• Tensão Direta (V_F):A queda de tensão num segmento iluminado é tipicamente de 2,6V, com uma variação de 2,1V até ao máximo, quando alimentado a 20mA. Este valor é necessário para calcular os valores das resistências limitadoras de corrente e os requisitos da fonte de alimentação.
• Corrente Reversa (I_R):A corrente de fuga máxima quando é aplicada uma polarização reversa de 5V é de 100 µA.

2.3 Especificações Térmicas e Ambientais

O desempenho do dispositivo é especificado dentro de limites ambientais definidos.

• Intervalo de Temperatura de Funcionamento:O display está classificado para funcionamento contínuo numa temperatura ambiente (T_a) de -35°C a +85°C.
• Intervalo de Temperatura de Armazenamento:Pode ser armazenado em condições de não funcionamento de -35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Para montagem, a temperatura máxima permitida de soldadura é de 260°C por uma duração máxima de 3 segundos, medida a 1,6mm abaixo do plano de assentamento do componente. Isto é crítico para processos de soldadura por onda ou por refluxo.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica indica que o dispositivo está "categorizado por intensidade luminosa". Isto implica um processo de binning ou triagem pós-fabrico.

• Binning por Intensidade Luminosa:Os LEDs são testados e agrupados (binning) com base na sua saída luminosa medida a uma corrente de teste padrão (provavelmente 1mA ou 20mA). Os dispositivos dentro do mesmo bin terão um brilho muito semelhante, garantindo uniformidade visual quando múltiplos displays são usados num único produto. A relação de correspondência de intensidade luminosa de 2:1 é a garantia de desempenho dentro de um único dispositivo.
• Binning por Comprimento de Onda:Embora não seja explicitamente detalhado no conteúdo fornecido, os LEDs de AlInGaP são frequentemente também agrupados por comprimento de onda dominante ou de pico para garantir uma saída de cor consistente. O comprimento de onda dominante especificado de 639 nm provavelmente representa um valor alvo ou nominal para este produto.

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 incluem tipicamente:

• Curva I-V (Corrente-Tensão):Este gráfico mostra a relação entre a corrente direta (I_F) e a tensão direta (V_F). É não linear, com uma tensão característica de "joelho" (à volta dos típicos 2,6V) acima da qual a corrente aumenta rapidamente com pequenos aumentos de tensão. Esta curva é vital para projetar o circuito de acionamento.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta:Esta curva mostra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. É geralmente linear numa ampla gama, mas pode saturar a correntes muito altas. Ajuda os projetistas a escolher uma corrente de operação para alcançar o brilho desejado, considerando a eficiência e o calor.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva ilustra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. Os LEDs de AlInGaP exibem menos extinção térmica do que alguns outros materiais, mas a saída ainda tipicamente decresce. Isto é crucial para aplicações que operam em ambientes de alta temperatura.
• Distribuição Espectral:Um gráfico que mostra a intensidade relativa da luz emitida em diferentes comprimentos de onda, centrado no comprimento de onda de pico de 650 nm com uma meia largura definida de 20 nm.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

A construção física define como o dispositivo se integra num produto.

5.1 Dimensões e Desenho de Contorno

O desenho da embalagem é referenciado. A especificação-chave é uma altura de dígito de 0,52 polegadas (13,2 mm). Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. A pegada exata e as dimensões gerais seriam retiradas do desenho referenciado para o layout da PCB.

5.2 Ligação dos Pinos e Polaridade

O dispositivo tem uma configuração de 18 pinos e utiliza uma topologia de circuito deânodo comum. Isto significa que os ânodos (terminais positivos) para todos os segmentos de um dígito estão ligados internamente. Cada cátodo de segmento (terminal negativo) é trazido para um pino separado, e há um pino de ânodo comum separado para cada um dos dois dígitos (Dígito 1 e Dígito 2). A tabela de pinagem fornece um mapa completo, especificando qual pino controla cada segmento (A-G e ponto decimal) para cada dígito. A identificação correta do pino 1 é essencial para a orientação adequada.

5.3 Diagrama de Circuito Interno

O diagrama referenciado representa visualmente a estrutura de ânodo comum, mostrando os dois nós de ânodo comum independentes (um por dígito) e os cátodos individuais para os sete segmentos e ponto decimal de cada dígito. Isto esclarece a arquitetura elétrica para multiplexagem ou acionamento direto.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A manipulação adequada garante fiabilidade e previne danos durante a fabricação.

• Parâmetros de Soldadura por Refluxo:Aderir estritamente ao valor máximo: temperatura de pico de 260°C por não mais de 3 segundos, medida no ponto especificado abaixo da embalagem. Deve ser usado um perfil de refluxo padrão sem chumbo com taxas de aquecimento e arrefecimento apropriadas para minimizar o stress térmico.
• Precauções:Evitar stress mecânico nos pinos. Garantir que o dispositivo é armazenado num ambiente seco e antiestático antes da utilização. Limpar a PCB de quaisquer resíduos de fluxo que possam afetar a clareza óptica ou causar corrosão.
• Condições de Armazenamento:Armazenar dentro do intervalo de temperatura especificado (-35°C a +85°C) num ambiente de baixa humidade. O saco de barreira de humidade original é recomendado para armazenamento a longo prazo.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este display é ideal para qualquer aplicação que necessite de dois dígitos brilhantes e fáceis de ler. Usos comuns incluem: multímetros digitais e equipamento de teste, contadores de frequência, mostradores de temporizador e relógio, placares, leituras simples de painéis de controlo (ex., temperatura, velocidade), mostradores de terminais de ponto de venda e eletrodomésticos.

7.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:Como um dispositivo de ânodo comum, é tipicamente acionado ligando o ânodo comum a uma tensão de alimentação positiva (via uma resistência limitadora de corrente ou uma fonte de corrente regulada) e drenando corrente através dos pinos de cátodo individuais para a terra, geralmente via um transistor ou um CI driver. A multiplexagem dos dois dígitos é simples, alternando os dois pinos de ânodo comum.
• Limitação de Corrente:Resistências limitadoras de corrente externas são obrigatórias para cada cátodo de segmento (ou para o ânodo comum numa configuração multiplexada) para definir a corrente de operação. O valor da resistência é calculado usando R = (V_{alimentação}- V_F) / I_F. Use o V_Fmáximo da ficha técnica para um projeto conservador, garantindo que a corrente não excede os limites.
• Ângulo de Visão e Contraste:O amplo ângulo de visão e o alto contraste tornam-no adequado para painéis onde o utilizador pode não estar diretamente em frente ao display. O painel frontal cinzento/segmentos brancos melhoram a legibilidade tanto em ambientes com pouca luz como em ambientes muito iluminados.
• Gestão Térmica:Embora o dispositivo tenha uma classificação de dissipação de potência, garantir ventilação adequada no invólucro é uma boa prática, especialmente se for acionado a correntes altas ou em temperaturas ambientes elevadas, para manter a saída luminosa e a fiabilidade a longo prazo.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com outras tecnologias de display de sete segmentos, o uso de AlInGaP pelo LTD-5250JD oferece vantagens específicas:

• vs. LEDs Vermelhos Padrão GaAsP ou GaP:A tecnologia AlInGaP geralmente fornece maior eficiência luminosa (mais saída de luz por mA de corrente), melhor estabilidade térmica e uma cor vermelha mais saturada e profunda (vermelho hiper vs. vermelho padrão).
• vs. Displays LCD:Os LEDs são emissores, o que significa que produzem a sua própria luz, tornando-os claramente visíveis no escuro sem retroiluminação. Também têm um tempo de resposta muito mais rápido e um intervalo de temperatura de funcionamento mais amplo. No entanto, tipicamente consomem mais energia do que LCDs reflexivos.
• vs. VFD (Displays Fluorescentes a Vácuo):Os LEDs são de estado sólido, mais robustos, têm tensões de operação mais baixas e não requerem um filamento ou circuitos de acionamento de alta tensão. Os VFDs podem oferecer uma estética diferente e ângulos de visão muito amplos, mas são geralmente mais complexos de acionar.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é o propósito da "relação de correspondência de intensidade luminosa" de 2:1?
R: Esta especificação garante que, dentro de uma única unidade de display, o segmento mais fraco não será menos de metade do brilho do segmento mais brilhante. Isto garante a uniformidade visual do número exibido, impedindo que alguns segmentos pareçam visivelmente mais fracos do que outros.

P: Posso acionar este display diretamente a partir de um pino de um microcontrolador de 5V?
R: Não, não pode ligá-lo diretamente. O pino do microcontrolador não pode fornecer ou drenar corrente suficiente (tipicamente 20-25mA necessários por segmento) e seria danificado. Deve usar transístores externos (ex., transístores NPN no lado do cátodo ou PNP no lado do ânodo) ou um CI driver de LED dedicado. Além disso, uma resistência limitadora de corrente é sempre necessária.

P: Como controlo os dois dígitos de forma independente?
R: O dispositivo tem pinos de ânodo comum separados para o Dígito 1 (pino 14) e Dígito 2 (pino 13). Para exibir números diferentes em cada dígito simultaneamente, deve multiplexá-los. Isto envolve alternar rapidamente (ex., a 100Hz ou mais rápido) qual ânodo do dígito está alimentado, enquanto apresenta os dados de segmento correspondentes nas linhas de cátodo partilhadas. A persistência da visão faz com que ambos os dígitos pareçam estar ligados continuamente.

P: O que significa "Vermelho Hiper" em comparação com o vermelho padrão?
R: Vermelho Hiper refere-se a LEDs com um comprimento de onda dominante tipicamente entre 620nm e 645nm, produzindo um vermelho mais profundo e com um tom mais alaranjado em comparação com os LEDs vermelhos padrão mais brilhantes e rosados, que estão frequentemente à volta de 630nm ou abaixo. É um ponto de cor específico dentro do espectro vermelho.

10. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Cenário: Projetar um Temporizador Digital Simples com Dois Dígitos.
O objetivo é construir um temporizador de contagem decrescente que exiba minutos de 00 a 99. O microcontrolador (ex., um Arduino ou PIC) tem um número limitado de pinos de I/O. Usar o LTD-5250JD numa configuração multiplexada é eficiente. Dois transístores NPN (ou um transístor duplo) seriam usados para comutar a alimentação de +5V para os dois pinos de ânodo comum (pinos 13 e 14) sob controlo do microcontrolador. Os oito cátodos de segmento (7 segmentos + ponto decimal, embora o DP possa não ser usado) seriam ligados ao microcontrolador via oito resistências limitadoras de corrente (calculadas para ~15-20mA de acionamento) e possivelmente através de um único CI driver de dreno de 8 canais (como um registo de deslocamento 74HC595 ou um array ULN2003) para reduzir ainda mais a contagem de pinos. O firmware manteria um contador, converteria os dígitos das dezenas e unidades em padrões de 7 segmentos, e alternaria entre ativar o Dígito 1 e o Dígito 2 enquanto enviava o padrão de segmento correspondente, criando um display estável de dois dígitos.

11. Introdução ao Princípio Tecnológico

O LTD-5250JD é baseado na tecnologia semicondutora de Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP). Este material é um semicondutor de banda proibida direta, crescido epitaxialmente num substrato de Arsenieto de Gálio (GaAs), que neste caso não é transparente. Quando uma tensão direta que excede a energia da banda proibida do material é aplicada através da junção p-n, os eletrões e as lacunas recombinam-se, libertando energia na forma de fotões (luz). A composição específica da liga de AlInGaP determina a energia da banda proibida e, assim, o comprimento de onda (cor) da luz emitida, que está na região do vermelho hiper (~639-650 nm). O painel frontal cinzento atua como um filtro de aumento de contraste, e os segmentos são formados pelos chips de LED padronizados por trás das marcações brancas. A configuração de ânodo comum é um design padrão que simplifica a eletrónica de acionamento para displays de múltiplos dígitos.

12. Tendências Tecnológicas

Embora os displays LED de sete segmentos permaneçam uma solução robusta e económica para leituras numéricas, as tendências mais amplas na tecnologia de display continuam a evoluir. Há uma mudança geral para uma maior integração, com a eletrónica de acionamento cada vez mais incorporada dentro dos módulos de display. A eficiência do AlInGaP e de materiais relacionados (como o InGaN para azul/verde) continua a melhorar, permitindo displays mais brilhantes a correntes mais baixas ou o uso de chips mais pequenos. As embalagens de dispositivo de montagem em superfície (SMD) estão a tornar-se mais prevalentes para montagem automatizada, embora displays de orifício passante como este persistam para prototipagem, reparação e certas aplicações industriais devido à sua robustez e facilidade de soldadura manual. Além disso, o aumento das tecnologias de display orgânico LED (OLED) e flexível oferece fatores de forma alternativos, embora para displays numéricos simples, de alto brilho e baixo custo, a tecnologia LED tradicional como a AlInGaP usada aqui permaneça altamente competitiva e fiável.