Folha de Dados do Display LED LTC-5753JD-01 - Altura do Dígito 0,56 Polegadas - Vermelho Hiper (650nm) - Tensão Direta 2,6V - Dissipação de Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTC-5753JD-01 é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e quatro dígitos de alto desempenho, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras e brilhantes. A sua função principal é representar visualmente dados numéricos através de quatro dígitos distintos, cada um composto por sete segmentos LED endereçáveis individualmente, mais um ponto decimal. O dispositivo é projetado para integração em painéis de instrumentação, sistemas de controle industrial, equipamentos de teste, eletrônicos de consumo e qualquer interface onde um display numérico multi-dígito confiável seja essencial.

A vantagem central deste display reside no uso da tecnologia de semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) para os chips LED Vermelho Hiper. Este sistema de material é reconhecido pela sua alta eficiência e excelente intensidade luminosa no espectro vermelho-alaranjado. O display apresenta uma face cinza claro com segmentos brancos, o que melhora significativamente o contraste e a legibilidade sob várias condições de iluminação, contribuindo para a sua "aparência de caractere excelente". O dispositivo é categorizado por intensidade luminosa, garantindo níveis de brilho consistentes entre lotes de produção para um desempenho visual uniforme em instalações com múltiplas unidades.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros técnicos definidos na folha de dados, explicando a sua importância para o projeto e aplicação.

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho óptico é central para a funcionalidade do display. Os parâmetros-chave são medidos em condições de teste padronizadas (tipicamente Ta=25°C).

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Varia de um mínimo de 200 µcd a um valor típico de 650 µcd a uma corrente direta (I_F) de 1mA. Este parâmetro quantifica o brilho percebido do segmento aceso pelo olho humano, usando um filtro que aproxima a curva de resposta fotópica CIE. O alto valor típico garante boa visibilidade.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):650 nanómetros (nm). Este é o comprimento de onda no qual a potência óptica de saída do LED está no seu máximo. Define a característica de cor "Vermelho Hiper".
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):639 nm. Este é o comprimento de onda único que melhor corresponde à cor percebida da luz do LED pelo olho humano. A diferença entre o comprimento de onda de pico e o dominante é típica para LEDs devido à forma do espectro de emissão.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):20 nm. Especifica a largura de banda da luz emitida, medida como a largura total à meia altura (FWHM) da distribuição de potência espectral. Um valor de 20 nm indica uma cor vermelha relativamente pura e saturada.
• Razão de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):Máximo de 2:1. Este é um parâmetro crítico para a uniformidade do display. Especifica que a intensidade luminosa de qualquer segmento não deve ser mais do que o dobro da de qualquer outro segmento dentro do mesmo dispositivo quando acionado em condições idênticas (I_F=1mA). Isto garante um brilho equilibrado em todos os segmentos de um dígito.

2.2 Características Elétricas e Térmicas

Estes parâmetros definem os limites e condições de operação elétrica para uso confiável e seguro.

• Tensão Direta por Segmento (V_F):Tipicamente 2,6V, com um máximo de 2,6V a I_F=20mA. Esta é a queda de tensão através de um segmento LED quando está a conduzir corrente. É crucial para projetar o circuito limitador de corrente no estágio de acionamento.
• Corrente Direta Contínua por Segmento (I_F):Máximo de 25 mA a 25°C. Esta é a corrente DC máxima que pode ser aplicada continuamente a um único segmento sem risco de degradação. A folha de dados especifica um fator de derating de 0,33 mA/°C acima de 25°C, significando que a corrente máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta para gerir a temperatura de junção.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:Máximo de 90 mA. Isto é permitido apenas em condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 0,1ms. Isto permite esquemas de multiplexação onde uma corrente instantânea mais alta é usada para alcançar o brilho percebido, mantendo a dissipação de potência média dentro dos limites.
• Tensão Reversa por Segmento (V_R):Máximo de 5 V. Aplicar uma tensão de polarização reversa superior a esta pode causar falha imediata e catastrófica da junção LED.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):Máximo de 100 µA a V_R=5V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o LED está polarizado inversamente dentro da sua classificação máxima.
• Dissipação de Potência por Segmento (P_D):Máximo de 70 mW. Esta é a potência máxima que pode ser dissipada como calor num único segmento. Exceder este limite, determinado principalmente por I_F* V_F, pode levar a sobreaquecimento e redução da vida útil.

2.3 Valores Máximos Absolutos e Limites Ambientais

Estes são limites de stress que não devem ser excedidos em nenhuma circunstância, mesmo momentaneamente. Operar além destas classificações pode causar danos permanentes.

• Intervalo de Temperatura de Operação:-35°C a +85°C. O dispositivo tem garantia de funcionamento dentro deste intervalo de temperatura ambiente, embora parâmetros elétricos como a corrente direta possam precisar de derating a altas temperaturas.
• Intervalo de Temperatura de Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo pode ser armazenado sem operação dentro deste intervalo.
• Temperatura de Soldagem:Máximo de 260°C por um máximo de 3 segundos, medido 1,6mm (1/16 polegada) abaixo do plano de assentamento. Isto é crítico para processos de soldagem por onda ou reflow para prevenir danos térmicos aos chips LED ou à embalagem.

3. Sistema de Categorização e Binning

A folha de dados afirma explicitamente que o dispositivo é "categorizado por intensidade luminosa". Isto indica um processo de binning de produção. Embora códigos de bin específicos não sejam fornecidos neste excerto, a categorização típica para tais displays envolve agrupar unidades com base na intensidade luminosa medida a uma corrente de teste padrão (ex.: I_F=1mA). Isto garante que os projetistas que adquirem múltiplos displays para um único produto possam alcançar um brilho uniforme em todas as unidades, o que é vital para produtos finais com aparência profissional. Implica-se que outros parâmetros-chave como tensão direta e comprimento de onda dominante também são controlados dentro de tolerâncias especificadas para garantir desempenho consistente.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados referencia "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas". Embora os gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, as curvas padrão para tais dispositivos incluem tipicamente:

• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta (I_Vvs. I_F):Mostra como o brilho aumenta com a corrente, geralmente de forma sub-linear a correntes mais altas devido ao aquecimento e queda de eficiência.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta (V_Fvs. I_F):Demonstra a característica exponencial I-V do díodo, crucial para projetar drivers de corrente constante.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente (I_Vvs. T_a):Ilustra como a saída do LED diminui à medida que a temperatura de junção aumenta, destacando a importância da gestão térmica.
• Distribuição Espectral de Potência:Um gráfico que mostra a intensidade da luz emitida ao longo do espectro de comprimentos de onda, centrado no pico de 650nm.

Estas curvas permitem aos projetistas prever o desempenho em condições de operação não padrão e otimizar os seus circuitos de acionamento para eficiência e longevidade.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões Físicas e Contorno

O desenho da embalagem é referenciado. As características-chave de um display padrão de 4 dígitos e 0,56 polegadas incluem um tamanho total do módulo que aloja quatro dígitos lado a lado, um espaçamento de pinos compatível com soquetes DIP (Dual In-line Package) padrão ou footprints de PCB, e uma altura de segmento de 14,2 mm. A característica de "segmentos uniformes contínuos" sugere uma aparência contínua entre dígitos, frequentemente alcançada com um painel frontal moldado único. As tolerâncias nas dimensões são tipicamente ±0,25 mm, salvo indicação em contrário.

5.2 Diagrama de Conexão dos Pinos e Circuito

O dispositivo tem uma configuração de 12 pinos. Utiliza uma arquitetura de multiplexação deCátodo Comum. Isto significa que o cátodo (lado negativo) de todos os LEDs para um dígito específico estão ligados internamente, enquanto os ânodos (lado positivo) para cada tipo de segmento (A-G, DP) são partilhados por todos os dígitos.

• Pinos 6, 8, 9, 12:Estes são os pinos de cátodo comum para o Dígito 4, Dígito 3, Dígito 2 e Dígito 1, respetivamente.
• Pinos 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11:Estes são os pinos de ânodo para os segmentos E, D, DP, C, G, B, F e A, respetivamente.

O diagrama de circuito interno mostraria quatro conjuntos de sete LEDs (mais DP) dispostos com os seus ânodos ligados às linhas de segmento e os seus cátodos ligados às respetivas linhas de dígito. Esta estrutura é fundamental para a técnica de acionamento por multiplexação.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A adesão ao perfil de soldagem especificado é inegociável para a fiabilidade. O valor máximo absoluto para a temperatura de soldagem é 260°C durante 3 segundos. Na prática, recomenda-se um perfil de reflow sem chumbo com uma temperatura de pico ligeiramente abaixo deste máximo (ex.: 250°C) para fornecer uma margem de segurança. O ponto de medição (1,6mm abaixo do plano de assentamento) é crítico, pois representa a temperatura nos terminais do encapsulamento, não necessariamente a temperatura do ar quente no forno de reflow. A exposição prolongada a alta temperatura pode danificar as ligações internas por fio, degradar a resina epóxi do LED ou causar delaminação. A soldagem manual com ferro deve ser realizada rapidamente e com alívio térmico adequado na almofada do PCB. Procedimentos adequados de manuseamento ESD (Descarga Eletrostática) devem ser sempre seguidos durante a montagem.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O LTC-5753JD-01 é projetado paraoperação multiplexada (multiplex). Um circuito de acionamento típico envolve um microcontrolador ou um CI dedicado de acionamento de display (ex.: MAX7219, TM1637). O driver ativa sequencialmente (drena corrente para terra) um cátodo de dígito de cada vez, enquanto aplica o padrão correto de tensões de ânodo de segmento (através de resistências limitadoras de corrente) para esse dígito. Este ciclo repete-se a uma alta frequência (tipicamente >100Hz), explorando a persistência da visão para fazer com que todos os quatro dígitos pareçam continuamente acesos. Este método reduz drasticamente o número necessário de pinos de acionamento de 36 (4 dígitos * 9 segmentos) para apenas 12 (8 segmentos + 4 dígitos).

7.2 Considerações de Projeto e Melhores Práticas

• Resistências Limitadoras de Corrente:Essenciais para cada linha de ânodo de segmento. O valor da resistência é calculado com base na tensão de alimentação (V_CC), na tensão direta do LED (V_F) e na corrente de segmento desejada (I_F). Fórmula: R = (V_CC- V_F) / I_F. Para multiplexação, I_Fé a corrente depico, não a média.
• Frequência de Multiplexação e Ciclo de Trabalho:É necessária uma frequência suficientemente alta para evitar cintilação visível (geralmente >60-100 Hz). O ciclo de trabalho para cada dígito numa multiplexação de 4 dígitos é 1/4 (25%). Para alcançar o mesmo brilho percebido que um LED acionado estaticamente com corrente I, a corrente de pico durante o seu intervalo de tempo ativo deve ser aproximadamente 4I. Isto deve ser verificado em relação à classificação de corrente de pico (90mA).
• Desacoplamento da Fonte de Alimentação:Coloque um capacitor cerâmico de 0,1µF próximo aos pinos de alimentação do módulo de display para suavizar as demandas de corrente pulsada da multiplexação.
• Ângulo de Visão:A característica de "ângulo de visão amplo" é benéfica para aplicações onde o display pode ser visto a partir de posições fora do eixo. A montagem no PCB deve considerar a linha de visão pretendida do utilizador.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com tecnologias mais antigas como LEDs vermelhos padrão GaAsP ou GaP, o LED Vermelho Hiper AlInGaP oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de acionamento ou menor consumo de energia para o mesmo brilho. O comprimento de onda de 650nm fornece uma cor vermelha vibrante e profunda. Comparado com configurações de ânodo comum, a configuração de cátodo comum é frequentemente mais conveniente para interface com microcontroladores modernos, que são melhores a drenar corrente (para terra) do que a fornecê-la. A altura do dígito de 0,56 polegadas coloca-o numa categoria adequada para visualização a média distância, maior do que displays SMD miniaturas, mas menor do que unidades grandes montadas em painel.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Posso acionar este display com uma tensão DC constante sem multiplexação?

R: Tecnicamente sim, mas é altamente ineficiente e requer um grande número de pinos de I/O (um por segmento por dígito). A multiplexação é o método de operação pretendido e ideal.

P: Por que a classificação de corrente de pico é tão mais alta do que a classificação de corrente contínua?

R: Isto deve-se a limites térmicos. Durante um pulso curto, a junção LED não tem tempo para aquecer significativamente, permitindo uma corrente instantânea mais alta sem exceder a temperatura máxima de junção. Esta propriedade é explorada na multiplexação.

P: Qual é o propósito da razão de correspondência de intensidade luminosa?

R: Garante uniformidade visual. Sem esta especificação, um segmento (ex.: segmento A) pode ser notavelmente mais brilhante ou mais escuro do que outro (ex.: segmento D) no mesmo dígito, criando uma aparência irregular e pouco profissional.

P: Como calculo o consumo médio de energia?

R: Para um display multiplexado, calcule a potência para um segmento quando aceso (I_{F_peak}* V_F), multiplique pelo número de segmentos acesos num dígito típico (ex.: 7 para um "8"), depois multiplique pelo ciclo de trabalho (1/4 para multiplexação de 4 dígitos). Isto dá a potência média para um dígito. Multiplique por 4 para a potência total do módulo. Lembre-se de incluir o consumo próprio do CI driver.

10. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base no princípio da eletroluminescência numa junção p-n de semicondutor. Quando uma tensão de polarização direta que excede a tensão de condução do díodo (aproximadamente 2,1-2,6V) é aplicada através de um segmento LED AlInGaP, elétrons e lacunas são injetados na região ativa onde se recombinam. Este processo de recombinação liberta energia na forma de fotões (luz) com um comprimento de onda característico da banda proibida do material AlInGaP, que está na região do vermelho hiper (~650nm). O circuito interno está disposto numa matriz (cátodo comum por dígito, ânodos comuns por tipo de segmento) para permitir a multiplexação por divisão de tempo, onde apenas um dígito está eletricamente ativo em qualquer instante, mas todos parecem acesos devido à varredura sequencial rápida.

11. Contexto e Tendências da Indústria

Displays como o LTC-5753JD-01 representam uma tecnologia madura e confiável. Embora tecnologias de display mais recentes como OLEDs e LCDs de matriz de pontos de alta resolução ofereçam mais flexibilidade para gráficos e fontes personalizadas, os displays LED de sete segmentos permanecem dominantes em aplicações que priorizam extrema confiabilidade, alto brilho, amplos ângulos de visão, baixo custo e simplicidade - especialmente em ambientes industriais, automotivos e externos. A tendência dentro deste segmento é para maior eficiência (mais lúmens por watt), permitindo menor consumo de energia e redução da geração de calor, e para embalagens de dispositivo de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada, embora embalagens de orifício passante como esta permaneçam populares para prototipagem, reparação e certas aplicações robustas. O uso de materiais semicondutores avançados como AlInGaP em vez dos mais antigos GaAsP é um resultado direto desta tendência orientada para a eficiência.