Ficha Técnica do Display LED LTC-5675KG - Dígito de 0,52 Polegadas - Verde AlInGaP - Tensão Direta de 2,6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTC-5675KG é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e quatro dígitos. A sua função principal é fornecer informações numéricas e alfanuméricas limitadas de forma clara e com alta visibilidade em diversos dispositivos eletrónicos e instrumentação. A tecnologia central utiliza chips LED de AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) montados num substrato não transparente de GaAs, conhecido por produzir luz verde de alta eficiência. O display apresenta um painel frontal cinza com marcações de segmentos brancas, oferecendo um excelente contraste para os segmentos verdes iluminados. Este design é direcionado para aplicações que requerem leituras numéricas confiáveis, de estado sólido, com baixo consumo de energia e desempenho visual superior, como painéis de controlo industrial, equipamentos de teste, eletrodomésticos e instrumentação onde são necessários múltiplos dígitos num factor de forma compacto.

1.1 Características e Vantagens Principais

• Tamanho do Dígito:Altura do caráter de 0,52 polegadas (13,2 mm), proporcionando boa legibilidade.
• Design do Segmento:Segmentos contínuos e uniformes para excelente aparência e estética dos caracteres.
• Desempenho Ótico:Alto brilho e alto contraste para visibilidade clara em várias condições de iluminação.
• Ângulo de Visão:Amplo ângulo de visão, garantindo que o display seja legível a partir de posições fora do eixo.
• Eficiência Energética:Baixa exigência de potência, tornando-o adequado para aplicações alimentadas por bateria ou com consciência energética.
• Confiabilidade:Confiabilidade de estado sólido sem partes móveis, levando a uma longa vida operacional.
• Controlo de Qualidade:Os dispositivos são categorizados por intensidade luminosa, permitindo uma correspondência de brilho consistente em aplicações com múltiplos dígitos ou múltiplas unidades.
• Conformidade Ambiental:Embalagem sem chumbo em conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas).

2. Análise Profunda das Especificações Técnicas

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos parâmetros elétricos e óticos especificados na ficha técnica.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é aconselhável operar fora destes limites.

• Dissipação de Potência por Segmento:Máximo de 70 mW. Isto limita a corrente contínua máxima com base na tensão direta.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:Máximo de 60 mA, mas apenas em condições pulsadas (1 kHz, ciclo de trabalho de 25%). Esta classificação é para multiplexagem ou condições de surto breves.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:Máximo de 25 mA a 25°C. Esta corrente é reduzida linearmente em 0,33 mA/°C à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C. Por exemplo, a 85°C, a corrente contínua máxima permitida seria aproximadamente: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = 5,2 mA.
• Tensão Reversa por Segmento:Máximo de 5 V. Exceder este valor pode causar ruptura da junção.
• Gama de Temperatura de Funcionamento:-35°C a +85°C. O dispositivo é classificado para gamas de temperatura industrial.
• Gama de Temperatura de Armazenamento:-35°C a +85°C.
• Condições de Soldadura:260°C durante 3 segundos, com a estipulação de que esta medição é feita 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6mm) abaixo do plano de assento do componente. Esta é uma diretriz típica de perfil de reflow.

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

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

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Este é o parâmetro de brilho chave.
  • Mínimo: 320 µcd a I_F= 1 mA
  • Típico: 1050 µcd a I_F= 10 mA
  • Máximo: 11550 µcd a I_F= 10 mA. A ampla gama de mínimo a máximo indica que os dispositivos são classificados (categorizados). Os projetistas devem selecionar a partir de categorias apropriadas para um brilho uniforme.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):571 nm (típico) a I_F=20mA. Isto está na região verde do espectro visível.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):15 nm (típico). Isto indica a pureza espectral ou largura de banda da luz verde emitida.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):572 nm (típico). Ligeiramente diferente do comprimento de onda de pico, este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano para corresponder à cor da fonte.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):2,1V (mín), 2,6V (típico) a I_F=20mA. Isto é crucial para projetar circuitos limitadores de corrente. O circuito de acionamento deve fornecer tensão suficiente para superar este V_F.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):100 µA máximo a V_R=5V. Um valor baixo indica boa qualidade da junção.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 máximo para segmentos dentro da "área de luz similar". Isto significa que o segmento mais brilhante não deve ser mais do que duas vezes mais brilhante que o segmento mais fraco dentro de um único dígito ou grupo especificado, garantindo uniformidade visual.

Nota sobre Medição:A intensidade luminosa é medida usando uma combinação de sensor e filtro que se aproxima da curva de resposta fotópica do olho CIE, garantindo que os valores correspondam à perceção de brilho humano.

3. Explicação do Sistema de Categorização

A ficha técnica afirma explicitamente que os dispositivos são "categorizados por intensidade luminosa". Este é um processo de categorização.

• Categorização por Intensidade Luminosa:A ampla dispersão na especificação de I_V(320 a 11550 µcd a 10mA) implica que existem múltiplas categorias de brilho. Os fabricantes testam e classificam os componentes em grupos (categorias) com base na sua saída medida. Isto permite aos clientes adquirir peças com níveis de brilho mínimo garantidos (por exemplo, uma categoria com I_V> 8000 µcd) para aplicações de alto brilho, ou categorias padrão para projetos sensíveis ao custo. Usar peças categorizadas é essencial para alcançar uma aparência uniforme em múltiplos displays ou dígitos.
• Consistência do Comprimento de Onda:Embora não seja explicitamente declarado como categorizado, os valores típicos apertados para λ_p(571 nm) e λ_d(572 nm) sugerem um bom controlo do processo, resultando numa cor verde consistente entre lotes de produção.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia "Curvas Típicas de Características Elétricas / Óticas". Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, podemos inferir o seu conteúdo padrão e importância.

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Este gráfico mostraria a relação exponencial. É crítico para determinar a tensão de alimentação necessária para uma dada corrente de acionamento e para calcular a dissipação de potência (P = V_F* I_F).
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta:Esta curva mostra como o brilho aumenta com a corrente. É tipicamente não linear, com a eficiência (lúmens por watt) frequentemente a diminuir em correntes muito altas devido ao aquecimento. A ficha técnica fornece pontos discretos a 1mA e 10mA.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Para LEDs de AlInGaP, a saída de luz geralmente diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta curva é vital para projetar aplicações que operam em toda a gama de temperatura (-35°C a +85°C) para garantir brilho adequado a altas temperaturas.
• Distribuição Espectral:Um gráfico mostrando intensidade relativa vs. comprimento de onda, centrado em torno de 571-572 nm com uma largura a meia altura de ~15 nm, confirmando a saída de cor verde.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O dispositivo utiliza uma embalagem padrão de display LED. O desenho dimensional (referenciado mas não detalhado no texto) mostraria tipicamente:

• Comprimento, largura e altura total do módulo.
• Espaçamento entre dígitos (passo).
• Dimensões e espaçamento dos segmentos.
• Espaçamento, comprimento e diâmetro dos terminais (pinos). A nota afirma que todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância geral de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário.

5.2 Configuração dos Pinos e Polaridade

O LTC-5675KG é um dispositivo deânodo comum. Isto significa que os ânodos de todos os LEDs para cada dígito estão ligados internamente e saem para um único pino por dígito (Pinos 10-13: Ânodo do Dígito 1-4). Os cátodos para cada segmento (A-G, DP) são partilhados por todos os dígitos e ligados aos seus respetivos pinos (Pinos 27-30, 35-37 para segmentos A-G; Pinos 31-34 para pontos decimais). Esta configuração é ideal para multiplexagem.

Operação de Multiplexagem:Para exibir um número, um microcontrolador faria:

1. Definir o padrão dos cátodos dos segmentos (A-G) para o caráter desejado.
2. LIGAR (aplicar tensão ao) pino de ânodo comum para o dígito específico onde esse caráter deve aparecer.
3. Ciclar sequencialmente pelo ânodo de cada dígito a uma alta frequência (por exemplo, 100Hz+), criando a perceção de todos os dígitos estarem acesos simultaneamente. Isto reduz drasticamente os pinos de acionamento necessários e o consumo de energia em comparação com o acionamento estático.

Diagrama de Circuito Interno:O diagrama referenciado confirma visualmente a arquitetura de ânodo comum e multiplexada, mostrando os quatro ânodos dos dígitos e os cátodos dos sete+1 segmentos.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

• Soldadura por Reflow:A condição especificada é 260°C durante 3 segundos, medida 1,6mm abaixo do corpo do componente. Isto está alinhado com perfis típicos de reflow sem chumbo (temperatura de pico 245-260°C).
• Precauções:
  • Evitar stress mecânico nos terminais durante a manipulação.
  • Garantir que o display não seja submetido a temperaturas superiores à temperatura máxima de armazenamento antes ou depois da soldadura.
  • Seguir precauções padrão ESD (Descarga Eletrostática) durante a manipulação.
• Condições de Armazenamento:Armazenar dentro da gama de temperatura especificada de -35°C a +85°C num ambiente seco para prevenir absorção de humidade, o que poderia causar "pipocagem" durante o reflow.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Instrumentação Industrial:Medidores de painel, controladores de processo, displays de temporizador.
• Equipamento de Teste e Medição:Multímetros digitais, contadores de frequência, fontes de alimentação.
• Eletrodomésticos/Equipamento Comercial:Fornos micro-ondas, equipamento de áudio, terminais de ponto de venda.
• Automóvel (Aftermarket):Medidores e displays onde é necessário alto brilho para visibilidade diurna.

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:SEMPRE usar resistências limitadoras de corrente em série para cada cátodo de segmento ou ânodo de dígito (dependendo do esquema de acionamento). O valor da resistência é calculado como R = (V_{alimentação}- V_F) / I_F. Para uma alimentação de 5V, V_F=2,6V, e I_F=10mA: R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω.
• Acionador de Multiplexagem:Usar um microcontrolador com pinos I/O suficientes ou circuitos integrados de acionamento de LED dedicados (por exemplo, MAX7219, TM1637) que lidam com multiplexagem e controlo de corrente. Os CIs de acionamento simplificam o projeto e frequentemente fornecem controlo de brilho.
• Dissipação de Potência:Calcular a potência total, especialmente ao acionar todos os segmentos de múltiplos dígitos simultaneamente durante a multiplexagem. Garantir que não excede as classificações e considerar gestão térmica se operar a altas temperaturas ambientes.
• Correspondência de Brilho:Para os melhores resultados visuais, especificar uma categoria de intensidade luminosa ao seu fornecedor, especialmente se usar múltiplos displays.
• Ângulo de Visão:O amplo ângulo de visão permite montagem flexível, mas considerar a linha de visão principal do utilizador durante o projeto mecânico.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com tecnologias mais antigas como LEDs verdes padrão de GaP (Fosfeto de Gálio) ou displays incandescentes filtrados, a tecnologia AlInGaP no LTC-5675KG oferece:

• Maior Eficiência e Brilho:O AlInGaP fornece eficácia luminosa superior, resultando em displays mais brilhantes a correntes mais baixas.
• Melhor Saturação de Cor:A cor verde é tipicamente mais pura e vibrante.
• Confiabilidade Melhorada:Os LEDs de estado sólido têm uma vida útil muito mais longa do que displays incandescentes ou fluorescentes a vácuo (VFDs).
• Menor Consumo de Energia:Essencial para dispositivos portáteis e alimentados por bateria.
• Comparado com alguns LEDs brancos modernos de chip azul + fósforo usados atrás de filtros, o verde AlInGaP é frequentemente mais eficiente para aplicações monocromáticas verdes.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

1. P: Qual é a diferença entre "comprimento de onda de pico" e "comprimento de onda dominante"?
   
   R: O comprimento de onda de pico é o comprimento de onda único no qual o espectro de emissão tem a sua intensidade máxima. O comprimento de onda dominante é o comprimento de onda único da luz monocromática que corresponderia à cor percebida da fonte. Eles são frequentemente próximos mas não idênticos, sendo o comprimento de onda dominante mais relevante para a perceção humana.
2. P: Posso acionar este display com um microcontrolador de 3,3V sem um CI acionador?
   
   R: Possivelmente, mas com cuidado. O V_Ftípico é 2,6V a 20mA. A 3,3V, a margem de tensão para a resistência limitadora de corrente é de apenas 0,7V. Para uma corrente de 10mA, precisaria de uma resistência de 70Ω. Isto é viável, mas variações no V_Fe na tensão de alimentação podem causar variação significativa de corrente. Um acionador de LED dedicado ou um buffer de transistor é mais robusto.
3. P: Por que a corrente contínua é reduzida com a temperatura?
   
   R: À medida que a temperatura da junção do LED aumenta, a sua eficiência interna diminui e o risco de fuga térmica aumenta. Reduzir a corrente previne geração excessiva de calor, garantindo confiabilidade a longo prazo e prevenindo degradação de brilho ou falha.
4. P: O que significa "categorizado por intensidade luminosa" para o meu projeto?
   
   R: Significa que deve trabalhar com o seu distribuidor para selecionar uma categoria de brilho específica (por exemplo, um valor mínimo de I_V). Se não o fizer, pode receber peças de diferentes categorias, levando a diferenças de brilho notáveis entre dígitos ou entre diferentes unidades do seu produto.

10. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Cenário: Projetar um medidor de painel de tensão DC de 4 dígitos.

1. Seleção do Microcontrolador:Escolher um MCU com pelo menos 12 pinos I/O digitais (4 ânodos de dígitos + 7 cátodos de segmentos + 1 ponto decimal) ou usar um expansor de I/O.
2. Circuito de Acionamento:Implementar multiplexagem no firmware. O MCU irá ciclar rapidamente pelos dígitos 1-4. Para cada dígito, define o padrão de segmentos nos pinos dos cátodos e ativa o pino de ânodo correspondente através de um pequeno transistor NPN (uma vez que a corrente de ânodo para um dígito '8' totalmente aceso poderia ser 8 segmentos * 10mA = 80mA, excedendo os limites da maioria dos pinos do MCU).
3. Limitação de Corrente:Colocar oito resistências de 220Ω (uma para cada cátodo de segmento A-G e DP). Isto limita a corrente por segmento para ~10-11mA com uma alimentação de 5V e V_F.
4. Controlo de Brilho:Implementar PWM (Modulação por Largura de Pulso) por software no tempo de ativação do dígito para escurecer globalmente o display, se necessário.
5. Resultado:Um display compacto, eficiente e brilhante mostrando leituras de tensão de 0,000 a 19,99V, com excelente legibilidade em condições de iluminação interior e exterior devido aos segmentos de AlInGaP de alto contraste e alto brilho.

11. Introdução ao Princípio Tecnológico

O LTC-5675KG é baseado na tecnologia de semicondutorAlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio). Este sistema de material é cultivado epitaxialmente numsubstrato não transparente de GaAs (Arsenieto de Gálio). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n das camadas de AlInGaP, os eletrões e as lacunas recombinam-se, libertando energia na forma de fotões. A composição específica dos átomos de Al, In, Ga e P na camada ativa determina a energia da banda proibida, que dita diretamente o comprimento de onda (cor) da luz emitida. Para este dispositivo, a composição é ajustada para produzir luz verde centrada em torno de 572 nm. O substrato não transparente significa que a luz é emitida principalmente a partir da superfície superior do chip, o que é adequado para a estrutura de display baseada em segmentos. Os chips LED individuais são ligados por fios e montados no padrão padrão de sete segmentos dentro da embalagem plástica.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

A tecnologia AlInGaP representa uma solução madura e altamente otimizada para LEDs vermelhos, laranja, âmbar e verdes de alta eficiência. No panorama de displays:\p>

• Para Displays Monocromáticos:O AlInGaP permanece uma escolha de topo para verde puro, vermelho e âmbar devido à sua eficiência e pureza de cor, frequentemente superando LEDs brancos de chip azul+fósforo filtrados para estas cores.
• Contexto de Mercado:Enquanto OLEDs de matriz de pontos e TFT-LCDs dominam em displays de cor total e alto conteúdo de informação, displays LED de sete segmentos como o LTC-5675KG mantêm uma posição forte em aplicações que requerem leituras numéricas simples, muito brilhantes, de baixo custo, confiáveis e de baixa potência.
• Desenvolvimentos Futuros:As tendências incluem melhorias adicionais de eficiência, categorização de brilho e cor ainda mais apertada para aplicações de alta gama, e a integração de eletrónica de acionamento e interfaces de comunicação (como I2C) diretamente no módulo de display, simplificando o projeto do sistema. No entanto, o factor de forma fundamental de sete segmentos e a tecnologia AlInGaP para cores padrão provavelmente permanecerão relevantes por muitos anos nas suas aplicações-alvo.