Ficha Técnica do Display LED LTD-2601JS - Altura do Dígito 0,28 Polegadas - Amarelo AlInGaP - Tensão Direta 2,6V - Dissipação de Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTD-2601JS é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e dois dígitos, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas nítidas e brilhantes. Sua função principal é representar visualmente números e alguns caracteres limitados através de segmentos endereçáveis individualmente. A tecnologia central utiliza material semicondutor de AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio), especificamente projetado para emitir luz no espectro de comprimento de onda amarelo. Esta escolha de material oferece vantagens em eficiência e pureza de cor em comparação com tecnologias mais antigas. O dispositivo apresenta um painel frontal cinza com marcações de segmentos brancas, proporcionando alto contraste para uma legibilidade ideal em várias condições de iluminação. É categorizado como uma configuração de ânodo comum, um design padrão que simplifica o multiplexamento em aplicações com múltiplos dígitos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O display possui várias vantagens-chave que definem sua posição no mercado. Sua altura de dígito de 0,28 polegadas (7 mm) oferece um formato compacto, mas legível, adequado para medidores de painel, instrumentação, eletrodomésticos e interfaces de controle industrial onde o espaço é limitado. O uso da tecnologia AlInGaP proporciona alta intensidade luminosa e excelente aparência dos caracteres, garantindo visibilidade mesmo em ambientes bem iluminados. Um amplo ângulo de visão é outra característica crítica, permitindo que o display seja lido com precisão de várias posições, o que é essencial para equipamentos montados em painéis. O dispositivo também é categorizado por intensidade luminosa, o que significa que as unidades são classificadas para garantir brilho consistente, e é oferecido em um encapsulamento sem chumbo em conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas), tornando-o adequado para mercados globais com regulamentações ambientais rigorosas. O mercado-alvo inclui projetistas de equipamentos de teste e medição, terminais de ponto de venda, painéis de automóveis (displays secundários) e eletrodomésticos que requerem indicadores numéricos confiáveis e de baixa manutenção.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Uma compreensão completa dos parâmetros elétricos e ópticos 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 estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Elas não são para operação contínua.

• 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 de LED. Exceder este limite corre o risco de degradação térmica da junção semicondutora.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:60 mA. Esta é a corrente instantânea máxima que um segmento pode suportar, tipicamente relevante para esquemas de multiplexamento com pulsos de alto ciclo de trabalho.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta é a corrente máxima recomendada para operação em estado estacionário (CC). Um fator de derating de 0,28 mA/°C é especificado, o que significa que a corrente contínua máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente (Ta) sobe acima de 25°C para evitar superaquecimento.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V. Aplicar uma tensão de polarização reversa superior a esta pode causar ruptura e danificar o LED.
• Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +105°C. O dispositivo é classificado para operação e armazenamento dentro desta ampla faixa de temperatura, adequada para a maioria dos ambientes industriais e de consumo.

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

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições de teste especificadas.

• Intensidade Luminosa Média (Iv):200 (Mín), 600 (Típ) µcd a uma corrente direta (If) de 1 mA. Este parâmetro, medido com um filtro que simula a resposta do olho humano (curva CIE), quantifica o brilho percebido. A ampla faixa indica que um sistema de classificação (binning) é utilizado.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λp):588 nm (Típ) a If=20mA. Este é o comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é máxima, definindo a cor amarela.
• Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ):15 nm (Típ). Isto indica a pureza espectral; uma largura mais estreita significa uma cor amarela mais saturada e pura.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):587 nm (Típ). Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano para corresponder à cor do LED, intimamente relacionado ao comprimento de onda de pico.
• Tensão Direta por Segmento (Vf):2,05 (Mín), 2,6 (Típ) V a If=20mA. Esta é a queda de tensão no LED quando ele está conduzindo. É crucial para projetar o circuito limitador de corrente.
• Corrente Reversa por Segmento (Ir):100 µA (Máx) a Vr=5V. Esta é a pequena corrente de fuga quando o LED está polarizado reversamente em sua especificação máxima.
• Taxa de Compatibilidade de Intensidade Luminosa:2:1 (Máx). Isto especifica a variação máxima permitida de brilho entre os segmentos dentro do mesmo dígito ou entre dígitos, garantindo uma aparência uniforme.
• Crosstalk (Interferência):≤2,5%. Este parâmetro mede a iluminação não intencional de um segmento adjacente quando um segmento vizinho é energizado, causada por reflexão óptica interna ou fuga elétrica.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

A ficha técnica afirma explicitamente que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa". Isto implica um processo de classificação ou triagem pós-fabricação.

• Classificação por Intensidade Luminosa:A especificação Iv mostra um mínimo de 200 µcd e um valor típico de 600 µcd a 1mA. As unidades são testadas e classificadas em diferentes categorias de intensidade (ex.: alto brilho, brilho padrão). Os projetistas podem selecionar uma categoria específica para aplicações que requerem brilho consistente em múltiplos displays ou lotes de produção.
• Classificação por Comprimento de Onda/Cor:Embora não detalhado explicitamente com múltiplas categorias, as especificações rigorosas para o comprimento de onda de pico (588 nm) e dominante (587 nm) indicam um controle de processo apertado. Para aplicações críticas de correspondência de cores, uma classificação adicional por comprimento de onda pode estar disponível como uma opção personalizada.
• Classificação por Tensão Direta:A faixa de Vf (2,05V a 2,6V) sugere alguma variação natural. Para projetos sensíveis à tensão da fonte de alimentação ou que visam correspondência precisa de corrente em matrizes multiplexadas, selecionar LEDs de uma categoria de Vf apertada pode ser importante.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o trecho do PDF mencionado mencione "CURVAS TÍPICAS DE CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS / ÓPTICAS", os gráficos específicos não estão incluídos no texto. Com base no comportamento padrão de LEDs, essas curvas normalmente incluiriam:

• Curva Corrente vs. Tensão (Curva I-V):Este gráfico mostraria a relação exponencial entre a corrente direta (If) e a tensão direta (Vf). É essencial para determinar a tensão de acionamento necessária para uma corrente desejada e para projetar drivers de corrente constante.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Curva L-I):Este gráfico mostra como a saída de luz aumenta com a corrente. Geralmente é linear em correntes mais baixas, mas pode saturar em correntes mais altas devido ao decaimento térmico e de eficiência. Esta curva ajuda a otimizar a corrente de acionamento para o brilho e eficiência desejados.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva ilustra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Compreender este derating é crítico para aplicações que operam em ambientes de alta temperatura.
• Curva de Distribuição Espectral:Um gráfico da potência óptica relativa versus comprimento de onda, mostrando o pico em ~588 nm e a largura a meia altura espectral de ~15 nm, confirmando as características da cor amarela.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões e Tolerâncias do Encapsulamento

O display está em conformidade com o formato padrão DIP (Dual In-line Package) de montagem através de orifício. Notas dimensionais importantes da ficha técnica incluem: todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância geral de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. A tolerância de deslocamento da ponta do pino é de ±0,4 mm, o que é importante para o posicionamento dos furos na PCB. Controles de qualidade específicos são observados: material estranho em um segmento deve ser ≤10 mils, contaminação por tinta na superfície ≤20 mils, curvatura deve ser ≤1/100, e bolhas dentro do material do segmento devem ser ≤10 mils.

5.2 Conexão dos Pinos e Circuito Interno

O dispositivo possui 10 pinos em uma única fileira. O diagrama do circuito interno mostra que é do tipo ânodo comum com dois pinos de ânodo comum separados (Pino 6 para o Dígito 2, Pino 9 para o Dígito 1). Cada segmento (A, B, C, D, E, F, G e Ponto Decimal) tem seu próprio pino de cátodo dedicado. Esta configuração é padrão para multiplexamento: ao habilitar sequencialmente um ânodo comum (dígito) por vez e acionar os pinos de cátodo apropriados para os segmentos desse dígito, múltiplos dígitos podem ser controlados com um número reduzido de pinos de I/O.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A ficha técnica fornece condições específicas de soldagem para evitar danos térmicos durante a montagem da PCB: "Condições de Soldagem: 1/16 de polegada abaixo do plano de assentamento por 3 segundos a 260°C." Isto se refere à soldagem por onda. A ponta do ferro deve ser posicionada 1,6 mm (1/16") abaixo do corpo plástico do display, e o tempo de contato não deve exceder 3 segundos a uma temperatura máxima de 260°C. Isto evita que o invólucro plástico derreta ou que as ligações internas dos fios sejam danificadas pelo calor excessivo. Para soldagem por refluxo, o perfil não deve exceder a classificação de temperatura máxima derivada da temperatura de armazenamento (+105°C) mais uma margem de segurança, embora um perfil de refluxo específico não seja fornecido. Os componentes devem ser armazenados em suas embalagens originais à prova de umidade em um ambiente controlado para evitar a absorção de umidade, que pode causar "efeito pipoca" durante o refluxo.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O método de acionamento mais comum é o multiplexamento. Um microcontrolador usaria dois pinos de I/O como seletores de dígito (drenando corrente para os ânodos comuns via transistores) e 8 pinos de I/O (ou um registrador de deslocamento) para drenar corrente para os cátodos dos segmentos. Um resistor limitador de corrente é necessário em série com cada cátodo de segmento ou com cada ânodo comum. O valor do resistor é calculado usando R = (Vcc - Vf_led) / I_desejada. Dado que Vf é tipicamente 2,6V a 20mA, com uma fonte de 5V, R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ohms. Para operação multiplexada, a corrente instantânea por segmento pode ser maior (ex.: 20mA), mas a corrente média, considerando o ciclo de trabalho, deve permanecer dentro da classificação contínua.

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Sempre use resistores em série ou drivers de corrente constante. Nunca conecte um LED diretamente a uma fonte de tensão.
• Frequência de Multiplexamento:Use uma taxa de atualização alta o suficiente para evitar cintilação visível (tipicamente >60 Hz por dígito). A persistência da visão integra a luz.
• Ângulo de Visão:Posicione o display de forma que a direção de visualização principal esteja dentro do amplo ângulo de visão especificado para obter o melhor contraste.
• Proteção contra ESD:Embora não explicitamente declarado, os LEDs são sensíveis à descarga eletrostática. Manipule com precauções de ESD durante a montagem.
• Dissipação de Calor:Em aplicações de alto brilho ou alta temperatura ambiente, garanta que o layout da PCB permita alguma dissipação de calor do encapsulamento do LED, especialmente se estiver operando próximo à corrente contínua máxima.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos antigos displays LED vermelhos de GaAsP (Fosfeto de Arsênio e Gálio), a tecnologia AlInGaP no LTD-2601JS oferece eficiência luminosa significativamente maior, resultando em displays mais brilhantes na mesma corrente, ou brilho equivalente com menor potência. A cor amarela (587-588 nm) está em uma região de alta sensibilidade para a visão fotópica (diurna) humana, fazendo-a parecer subjetivamente mais brilhante do que LEDs vermelhos ou verdes de potência radiante similar. Comparado aos displays contemporâneos de brilho lateral ou matriz de pontos, o formato de sete segmentos é mais simples de acionar e decodificar, oferecendo menor custo do sistema para aplicações puramente numéricas. Seu encapsulamento através de orifício proporciona fixação mecânica robusta em comparação com alternativas de montagem em superfície, o que é benéfico em aplicações sujeitas a vibração.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

• P: Posso acionar este display com um microcontrolador de 3,3V?R: Sim. A Vf típica é de 2,6V, então com uma fonte de 3,3V, há uma margem de 0,7V para um resistor limitador de corrente. O valor do resistor seria menor: R = (3,3 - 2,6) / I_desejada. Certifique-se de que a corrente desejada seja alcançável dentro das capacidades de fornecimento/drenagem de corrente do pino do microcontrolador.
• P: Qual é o propósito do fator de derating para corrente contínua?R: O fator de derating (0,28 mA/°C) leva em conta a capacidade reduzida de dissipação de calor em temperaturas ambientes mais altas. A 85°C ambiente, a corrente contínua máxima permitida é 25mA - [0,28mA/°C * (85°C-25°C)] = 25mA - 16,8mA = 8,2mA. Operar acima desta corrente deratingada corre o risco de exceder a temperatura máxima da junção.
• P: A ficha técnica menciona um "Ponto Decimal à Direita". O que isso significa?R: Isto indica a posição do segmento do ponto decimal. Um "Ponto Decimal à Direita" significa que o ponto decimal está localizado à direita do dígito, que é a convenção padrão para exibir números fracionários (ex.: "12,3").
• P: É necessário um dissipador de calor?R: Para operação típica em ou abaixo de 20mA por segmento em uma temperatura ambiente moderada, um dissipador de calor dedicado não é necessário. A própria PCB atua como um espalhador de calor. No entanto, para operação contínua nas especificações máximas absolutas ou em ambientes de alta temperatura, o gerenciamento térmico deve ser considerado.

10. Caso Prático de Projeto e Uso

Caso: Projetando uma Leitura Simples de Voltímetro Digital.Um projetista precisa de um display de dois dígitos para mostrar tensões de 0,0 a 9,9V para uma fonte de alimentação de bancada. O LTD-2601JS é selecionado por sua legibilidade e interface simples. O ADC do microcontrolador lê a tensão, converte-a para um número decimal e procura os códigos de 7 segmentos para o dígito das dezenas, dígito das unidades e ponto decimal. Dois transistores NPN são usados para comutar os pinos de ânodo comum (Dígitos 1 e 2) para o terra. Oito pinos de I/O do microcontrolador, cada um com um resistor de 120 ohms em série, são conectados aos cátodos dos segmentos (A-G e DP). O firmware multiplexa os dígitos a 100 Hz. O painel frontal cinza/segmentos brancos proporciona excelente contraste contra o painel preto da fonte de alimentação. O alto brilho garante que seja visível em um laboratório bem iluminado. A conformidade sem chumbo atende aos padrões ambientais da empresa para novos produtos.

11. Introdução ao Princípio de Operação

O princípio fundamental é a eletroluminescência em uma junção P-N semicondutora. O material AlInGaP é um semicondutor de banda direta. Quando uma tensão direta que excede o potencial interno da junção (aproximadamente igual a Vf) é aplicada, elétrons da região N são injetados através da junção na região P, e lacunas da região P se movem para a região N. Esses portadores minoritários injetados (elétrons no lado P, lacunas no lado N) se recombinam com os portadores majoritários. Em um material de banda direta como o AlInGaP, uma parte significativa dessas recombinações é radiante, o que significa que liberam energia na forma de fótons (luz). A energia específica do fóton e, portanto, seu comprimento de onda (cor), é determinada pela energia da banda proibida do material semicondutor, que é projetada pelas proporções precisas de Alumínio, Índio, Gálio e Fósforo. O substrato de GaAs não transparente ajuda a refletir a luz para cima, aumentando a intensidade luminosa direta. Cada segmento é um chip de LED separado, e a combinação dos segmentos acesos forma o numeral ou caractere desejado.

12. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

Embora displays de sete segmentos através de orifício como o LTD-2601JS permaneçam relevantes para prototipagem, kits educacionais e aplicações que requerem montagem mecânica robusta, a tendência mais ampla da indústria é decisivamente em direção a encapsulamentos de dispositivos de montagem em superfície (SMD). Os LEDs SMD oferecem pegada menor, perfil mais baixo, adequação para montagem automatizada pick-and-place e, muitas vezes, melhor desempenho térmico via fixação direta à PCB. Para displays, circuitos integrados driver estão se tornando mais comuns, combinando a matriz de LED com lógica de varredura e, às vezes, até interfaces de comunicação serial (como I2C ou SPI), reduzindo drasticamente a sobrecarga de I/O e software do microcontrolador. Em termos de materiais, enquanto o AlInGaP é excelente para vermelho, laranja e amarelo, o InGaN (Nitreto de Índio e Gálio) domina os mercados de LED azul, verde e branco devido à sua maior capacidade de ajuste da banda proibida. Para futuros displays, as tecnologias micro-LED e mini-LED prometem densidade, brilho e eficiência ainda maiores, embora atualmente sejam direcionadas a telas de vídeo de alta resolução, em vez de displays de segmentos simples. O princípio duradouro do formato de sete segmentos, no entanto, garante sua utilidade em aplicações numéricas sensíveis ao custo e críticas em legibilidade para o futuro previsível.